1、錨桿擋土墻概述 錨桿擋土墻概述核心提示：錨桿擋土墻是利用錨桿技術形成的一種擋土結構物。錨桿是一種新型的受拉構件，它的一端與工程結構物聯結，另一端錨固在穩定的地層中，以承受土壓力對結構物所施加的推力，從而利用錨桿與地層間的錨固力來維持結構物的錨桿擋土墻是利用錨桿技術形成的一種擋土結構物。錨桿是一種新型的受拉構件，它的一端與工程結構物聯結，另一端錨固在穩定的地層中，以承受土壓力對結構物所施加的推力，從而利用錨桿與地層間的錨固力來維持結構物的穩定。在50年代以前，錨桿技術只是作為施工 過程的一種臨時措施。50年代中期以后，西方國家在隧道工程中開始采用小型永久性的灌漿錨桿和噴射混凝土代替襯砌結構。錨桿

2、擋土墻在我國的應用于1966年始于成昆線，繼而在許多鐵路線上修建，使用效果良好。現已廣泛應用于鐵路、公路、煤礦和水利等支擋工程中。錨桿擋土墻按墻面的結構形式可分為柱板式擋土墻和壁板式擋土墻，如圖10-35所示。柱板式錨桿擋土墻是由擋土板、肋柱和錨桿組成，如圖10-35a)。肋柱是擋土板的支座，錨桿是肋柱的支座，墻后的側向土壓力作用于擋土板上，并通過擋土板傳遞給肋柱，再由肋柱傳遞給錨桿，由錨桿與周圍地層之間的錨固力即錨桿抗拔力使之平衡，以維持墻身及墻后土體的穩定。壁板式錨桿擋土墻是由墻面板和錨桿組成，如圖10-40b)所示。墻面板直接與錨桿連接，并以錨桿為支撐，土壓力通過墻面板傳給錨桿，依靠錨桿

3、與周圍地層之間的錨固力（即抗拔力）抵抗土壓力，以維持擋土墻的平衡與穩定。目前多用柱板式錨桿擋土墻。a)柱板式b)壁板式 圖10-40 錨桿擋土墻類型錨桿擋土墻可根據地形設計為單級或多級，每級墻的高度不宜大于8 m，具體高度應視地質和施工條件而定。在多級墻的上、下兩級墻之間應設置平臺，平臺寬度一般不小于2.0m。平臺應使用厚度不小于0.15 m的C15混凝土封閉，并設向墻外傾斜的橫坡，坡度為2%。多級墻總高度不宜大于18m。錨桿擋土墻的特點是：（1）結構質量輕，使擋土墻的結構輕型化，與重力式擋土墻相比，可以節約大量的圬工和節省工程投資；（2）利于擋土墻的機械化、裝配化施工，可以提高勞動生產率；（

4、3）不需要開挖大量基坑，能克服不良地基挖基的困難，并利于施工安全。但是錨桿擋土墻也有一些不足之處，使設計和施工受到一定的限制，如施工工藝要求較高，要有鉆孔、灌漿等配套的專用機械設備，且要耗用一 定的鋼材。錨桿擋土墻適用于一般地區巖質路塹地段，但其他具有錨固條件的路塹墻也可使用，還可應用于陡坡路堤。在不良地質地段使用時，必須采取相應措施。另一類錨桿擋土墻為豎向預應力錨桿擋土墻，它也是利用了錨桿技術，即豎向錨桿錨固巖層地基中，并施加預應力，以豎向預應力錨桿代替重力式擋土墻的部分圬工斷面，減小擋土墻的圬工數量且增加其穩定性。豎向預應力錨桿擋土墻的工作原理、設計方法與普通錨桿擋土墻有很大的差異。二、土

5、壓力計算由于墻后巖（土）層中有錨桿的存在，造成比較復雜的受力狀態，因此土壓力的計算至今沒有得到很好的解決。目前設計中大多仍按庫倫主動土壓力理論進行近似計算。但是，錨桿擋土 墻后一般為巖體，巖體產生的土壓力用庫倫公式是不夠恰當的。設計時可根據經驗，結合巖體的節理、裂縫、巖層的風化程度合理選用，有條件時亦可用巖石力學分析方法進行計算。對于多級擋土墻，應利用延長墻背法分別計算每一級的墻背土壓力。計算上級墻時，視下級墻為穩定結構，可不考慮下級墻對上級墻的影響，計算下級墻時，則應考慮上級墻的影響。三、錨桿抗拔力計算錨桿抗拔力的確定是錨桿擋土墻設計的基礎，它與錨桿錨固的形式、地層的性質、錨孔的直徑、有效錨

6、固段的長度以及施工方法、填筑材料等因素有關。因此，從理論上確定錨桿抗拔力復雜而困難，至今尚未有理想的方法。目前普遍采用的方法是根據以往的施工經驗、理論計算值與拉拔試驗結果綜合加以確定。（一）摩擦型灌漿錨桿的抗拔力摩擦型灌漿錨桿是用水泥砂漿將一組粗鋼筋錨固在地層內部的鉆孔中，鋼筋所承受的拉力首先通過錨桿周邊的砂漿握裹力傳遞到砂漿中，然后通過錨固段周邊地層的摩擦力傳遞到錨固區的穩定地層中，如圖10-41所示。1巖層錨桿的抗拔力當錨桿錨固于較完整的巖層中時，由于巖層與孔壁砂漿的摩阻力一般大于砂漿對錨桿的握裹應力。因此，錨桿抗拔力一般取決于砂漿的握裹能力，錨桿的極限抗拔力為： （10-48）式中： 錨

7、桿的極限抗拔力（kN）； d 錨桿的直徑（m）； 錨桿的有效錨固長度（m）；u 砂漿對于鋼筋的平均握裹應力（kPa）。 2.土層錨桿的抗拔力當錨桿錨固在風化巖層和土層中時，錨桿孔壁對砂漿的摩阻力一般低于砂漿圖10-41 灌漿錨桿錨固段的受力狀態圖對錨桿的握裹力。因 此，錨桿的極限抗拔能力取決于錨固地段地層對于錨固段砂漿所能產生 的最大摩阻力，則錨桿的極限抗拔力為： （10-49）式中：D 錨桿鉆孔的直徑（m）；錨固段周邊砂漿與孔壁的平均抗剪強度（kPa）。 抗剪強度除取決于地層特性外，還與施工方法、灌漿質量等因素有關，最好進行現場拉拔試驗以圖6-42 錨桿的拉力變形曲線確定錨桿的極限抗拔力。在

8、沒有試驗條件的情況下，可根據過去拉拔試驗得出的統計數據參考使用（如表10-9所示），但施工時應進行拉拔驗證。 表109孔壁對砂漿的極限抗剪強度 3灌漿錨桿拉拔試驗在計算錨桿的錨固長度時，關鍵是確定錨桿抗拔力。許多資料和實際經驗表明， 的計算值與實測值之間或同樣條件下的 實測值之間有相當大的離散性。因此，計算值只能作為一種估計，具體數值應通過現場拉拔試驗的驗證后確定。國外有關錨桿中明確規定：為了避免過分依靠錨桿抗拔力的計算公式，原則上要根據原位的拉拔試驗結果及材料強度來確定錨桿的容許抗拔力。錨桿的拉拔試驗用于驗證設計方案，應在初步設計之后和全面開工之前進行，并應在工程現場至少取得三根錨桿的極限抗

9、拔力和拉力（P）變形（S）曲線（如圖10-42所示）。以曲線上明顯的轉折點A對應的拉力 為極限抗拔力。由拉拔試驗結果來獲得極限抗拔力時，重要的是選定一個衡量極限抗拔力的標準，鐵道部科學研究院針對錨定板抗拔力提出了三種判別標準，即極限穩定標準、局部破壞標準和極限變形標準，以轉折點A確定極限抗拔力采用的就是第二種判別標準。根據拉拔試驗的極限抗拔力 確定錨桿容許承載力TR時應考慮一定的安全儲備。已有資料表明， 值不會隨著錨固段的長度成比例地增大，式（10-49）只適用于10m以內的錨固段。另外， 值也不會單純地隨錨桿直徑的增大成比例地提高。（二）擴孔型灌漿錨桿的抗拔力1.壓縮樁法對于錨桿端部采用擴孔

10、形式的錨桿，其極限抗拔力視地層性質而不同。當錨固體處在巖層中時，錨桿的極限抗拔力往往取決于砂漿的抗壓強度；當錨固體處在土層中時，錨固體的抗拔力為錨固體側面的摩阻力與斷面突出部分的抗壓力之和（如圖10-43所示），即： （10-50）式中：F 錨固體的周面摩阻力；Q 錨固體受壓面上的抗壓力。 圖10-43 壓縮樁法圖 圖10-44 柱狀剪切法2.柱狀剪切法對于土層擴孔錨桿，假定錨桿在拉拔力的作用下錨固體擴大部分以上的土體沿錨桿軸線方向作柱狀剪切破壞，如圖10-44所示，錨固體的極限抗拔力： （10-51）式中： 錨固體擴大部分以上滑動土體與外界土體表面間的抗剪強度(kPa)。 值也是根據統計資料

11、憑經驗選定的或根據現場拉拔試驗數值綜合加以確定。四、構件設計錨桿擋土墻構件包括墻面板、鋼筋混凝土肋柱和錨桿。1. 墻面板設計墻面板一般采用鋼筋混凝土槽形板、矩形板和空心板，有時也采用拱形板，大多為預制構件。混凝土強度不低于C20，墻面板厚度不得小于0.2m ，寬度視吊裝設備的能力而定，但不得小于0.3m，一般采用0.5 m。預制墻面板的長度考慮到錨桿與肋柱的連接一般較肋柱間距短0.10.12 m，或將錨桿處的墻面板留有缺口。墻面板與肋柱的搭接長度不小于0.1 m。墻面板以肋柱為支點，當采用槽形板、 矩形板和空心板預制構件時，墻面板可按簡支板計算內力，其計算跨度為凈跨加板的兩端搭接長度；當采用拱

12、形板預制構件時，墻面板可按雙鉸拱板計算內力。墻面板直接承受土壓力，對每一塊墻面板來說，承受的荷載為梯形均勻荷載，而且每一塊板所承受的荷載是不同的。在設計中一般將墻面板自上而下地分為若干個區段，每一區段內的墻面板厚度是相同的，并按區段內的最大荷載進行計算，但墻面板的規格不宜過多。在現澆結構中，墻面板常作成與肋柱連在一起的連續板，應按連續梁計算內力。2.肋柱設計 肋柱截面可采用矩形、形、正方形，沿墻長方向肋柱寬度不宜小于0.3m。肋柱的間距由工點的地形、地質、墻高及施工條件等因素確定，考慮工地的起吊能力和錨桿的抗拔力等因素，一般可采用2.02.5 m。肋柱可采用整體預制，亦可分段拼裝或就地灌注，肋

13、柱采用的混凝土標號不低于C20。肋柱與地基的嵌固程度與基礎的埋置深度有關，它取決于地基的條件及結構的受力特點。一般設計時考慮采用自由端或鉸支端。當為自由端時，肋柱所受側壓力全部由錨桿承受，此時肋柱下端的基礎僅做簡單處理。通常當地基條件較差、擋土墻高度不大以及處治滑坡時按自由端考慮。鉸支端時要求肋柱基礎有一定的埋深，使少部分推力由地基承受，可減少錨桿所受的拉力。若肋柱基礎埋置較深，且地基為堅硬的巖石時，可以按固定端考慮，這對減少錨桿受力較為有利，但應注意地基對肋 柱基礎的固著作用而產生的負彎矩。固定端的使用應慎重，因為施工中往往較難保證設計條件，同時由于固定端處的彎矩、剪力較大，也影響肋柱截面尺

14、寸。肋柱的基礎應采用C15混凝土或75號水泥砂漿砌片石。錨桿的內力計算時，嚴格地說，肋柱是支承在一系列彈性支座上的，但由于這些彈性支座的柔度系數不易確定，故在計算時一般仍視肋柱為支承于剛性支座的簡支梁或連續梁。由于肋柱上的錨桿層數和肋柱基礎嵌固程度的不同，其內力計算圖式也不同，當錨桿層數為三層或三層以上時，可近似地看成連續梁；當錨桿為兩層，且基礎為固定端或鉸支端時，按連續梁計算內力；基礎為自由端時，應按雙支點懸臂梁計算內力。肋柱截面尺寸應按計算截面彎矩來確定，并滿足構造要求。考慮到肋柱的受力及變形情況較復雜，截面配筋一般采用雙向配筋，并在肋柱的內外側配置通長的主要受力鋼筋。配筋設計包括：（1）

15、按最大正負彎矩決定縱向受拉鋼筋截面面積；（2）計算截面的抗剪強度，確定箍筋數量、間距以及抗剪斜鋼筋的截面面積與位置；（3）抗裂性計算。五、錨桿設計1.錨桿的主要類型錨桿按孔徑大小可分為錨索（大錨桿）和小錨桿。錨索所需錨孔孔徑較大，一般為100150mm,有時達250350mm，采用鉆機 或錨桿鉆機鉆孔，鉆孔深度可達50m或更長。錨索由數根鋼筋或鋼絲束或鋼絞線組成。小錨桿錨孔直徑為3850mm，可用普通風鉆鉆孔，鉆孔深度35m，小錨桿一般為一根鋼筋。按地層中的錨固方法可分為楔縫式錨桿和灌漿錨桿。楔縫式錨桿一般用在錨固巖層較為堅硬的地區，小錨桿楔縫較為簡單，錨桿插入鉆孔后，施加壓力，使楔子擠入錨桿

16、端部楔縫，迫使桿端張開嵌固在巖層上。大錨桿的固定較為復雜，一般要加工特殊錨固裝置，使錨桿頭上的外夾片嵌固在巖層上。灌漿錨桿分為普通灌漿錨桿（如圖10-45所示）、擴孔錨桿（如圖10-46所示）、預壓錨桿、預應力錨桿。預壓錨桿是在灌漿時對水泥砂漿施加一定的壓力，預應力錨桿是對錨桿施加張拉應力。此外，法國曾采用一種I·R·P 型 錨桿，桿心設有孔道，桿壁有閥門，可以通過錨桿于肋柱的接頭處，重復灌入砂漿，以控制灌注的深度，從而使錨桿本身在錨固的同時對土層進行加固。在灌漿材料上，除常用的水泥砂漿外，美國、法國曾用過樹脂材料，日本還用了化學液體灌漿，利用化學液體的膨脹性來提高錨桿的抗

17、拔能力。2.錨桿的布置 圖1045普通灌漿錨桿錨桿的布置直接涉及到錨桿擋土墻 墻面構件和錨桿本身設計的可行性和經濟性。布設時要求考慮墻面構件的預制、運輸、吊裝和構件受力的合理性，同時要考慮錨桿施工條件、受力條件等。每級肋柱上視肋柱高度可設為兩層或多層錨桿，一般布置23層。若錨桿布置太疏，則肋柱截面尺寸大，錨桿粗而長，但若布置過密，錨桿之間受力的相互影響使錨桿抗拔力受到影響，此時錨桿抗拔力就變的比單根錨桿設計拉力低。根據已建工程的經驗，錨桿的位置應盡可能使肋柱所受彎矩均勻分布。3.錨桿截面設計錨桿截面設計主要是確定錨桿所用材料的規格和截面積，并根據錨桿的布置和灌漿管的尺寸確定鉆孔的直徑。錨桿可采

18、用級或級鋼筋或鋼絲索，還可采用高強鋼絞線或高強粗鋼筋。鋼筋錨桿宜采用螺紋鋼，直徑一般應為1832mm，錨孔直徑應與錨桿直徑相配合，一般為錨桿直徑的3倍。錨桿應盡量采用單根鋼筋，如果單根不能滿足拉力需要，也可采用兩根鋼筋共同組成一根錨桿，但每孔鋼筋數不宜多于3根。作用于肋柱上的側壓力由錨桿承受。錨桿為軸心受拉構件,其每層錨桿所受軸向拉力 (MN)(如圖10-47所示)為： （10-52）式中： 錨桿軸向拉力（kN）R由肋柱計算求得的支座反力（kN）；所需鋼筋面積為： （10-53）式中： 鋼筋的截面積（ ）；荷載安全系數，可取.0； 鋼筋的抗拉設計強度（kPa）.錨桿鋼筋直徑除滿足強度需求外，尚

19、需增加2mm防銹安全儲備。為防止鋼筋銹蝕，還需驗算水泥砂漿（或混凝土）的裂縫，其值不應超過容許寬度(0.2mm)。圖10-47 錨桿拉力計算圖式 圖10-48 錨桿長度計算圖式4.錨桿的長度設計錨桿由非錨固段（即自由段）和有效錨固段組成。非錨固段不提供抗拔力，其長度 應根據肋柱與主動破裂面或滑動面（有限填土）的實際距離確定（如圖10-48所示）。如果地質條件較好，不太可能形成主動破裂面，則非錨固段長度可以短于到理論破裂面的距離。有效錨固段提供錨固力，其長度 應根據錨桿的拉力按式（10-54）計算。并應按式（10-55）驗算錨桿與砂漿之間的容許粘結力。 （10-54）式中 錨桿有效錨固長度（m）

20、；N錨桿軸向拉力（kN）；D錨孔直徑（m）；錨孔壁對砂漿的極限剪應力（kPa）；K安全系數，可取2.5。同時尚應按下式對錨桿與砂漿間的容許粘結力進行檢算： （10-55）式中：n錨桿鋼筋根數；d錨桿鋼筋直徑(m)；c錨桿與砂漿之間的容許粘結力（kPa）； 考慮成束鋼筋系數，單根鋼筋=1.0，兩根一束=0.85，三根一束=0.7。錨桿有效錨固段長度除滿足抗拔穩定性要求外，還應控制錨桿最小長度，即巖層中 4m；土層中 5m。5.錨桿與肋柱的連接當肋柱為就地灌注時，必須將錨桿鋼筋伸入肋柱內，其錨固長度應滿足鋼筋混凝土結構規范的要求。當采用預制的肋柱時，錨桿與肋柱的連接形式有三種：螺母錨固、彎鉤錨固和

21、焊短鋼筋錨固。外露金屬部分用砂漿包裹加以保護。螺絲端桿應采用延伸性能和可焊性能良好的鋼材，按照與錨桿鋼筋截面等強度的條件進行設計，如果采用45SiMnV精軋螺紋鋼筋作錨桿，鋼筋本身的螺旋即可作為絲扣并可安裝螺帽，所以不需要再另外焊接螺絲端桿。6.錨桿防銹措施鋼筋的銹蝕作用受許多因素影響。暴露在濕空氣中并與酸性水和空氣反復接觸的鋼筋銹蝕速度最快，埋在堿性土中而且其周圍孔隙水和空氣不易流動時鋼筋不易銹蝕。一般埋在土中的鋼筋必須進行防銹處理。鋼筋錨桿的防銹措施應選用柔性材料，而不宜采用包混凝土等剛性防護。錨桿未錨入地層部分，必須作好防銹處理。一般在鋼筋表面涂兩層防銹漆，并纏裹用熱瀝青浸透的玻璃纖維布兩層，以完全隔絕鋼筋與土中水及空氣的接觸。錨桿也可采用鍍鋅的方法進行防銹處理。錨桿螺栓與肋柱連接部位無法包裹，是防銹的薄弱環節，應壓注水泥砂漿或用瀝青水泥砂漿充填其周圍并用瀝青麻布塞縫。此處應慎重處理。7.錨桿的傾斜錨桿在地層中一般都沿水平向下傾斜一定的角度， 通常在10°45°之間。具體傾斜度應根據施工機具、巖層穩定的情