錨桿擋土墻在陡坡路基中的應(yīng)用

何鑫輝

泉州市某鎮(zhèn)的鄉(xiāng)村道路，路基一側(cè)原依地勢修建的8 m～13 m高的重力式條石擋土墻，長約40多米，現(xiàn)條石擋土墻與路面產(chǎn)生較大的裂縫，需要進(jìn)行改造加固。

1 方案選擇

1)采用重力式鋼筋混凝土擋土墻。因該段高差大，且基底標(biāo)高不等，若在本工程中使用，則工程量大，造價(jià)高，施工難度大等。

2)采用錨桿擋土墻。在陡坡路基中，可以更早的收縮坡角降低擋墻高度，較之重力式擋墻自重輕、節(jié)省圬工，降低工程造價(jià)。

經(jīng)對地形及地質(zhì)條件分析，提出采用錨桿混凝土擋土墻。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 土壓力計(jì)算

采用庫侖公式，土壓力分布為:q=rHKa。

其中，r為填土容重，采用碎石土，取 r=20 kN/m3;H為擋土墻高度;Ka為主動土壓力系數(shù)。

1)計(jì)算高度 H取值。路面壓力取 q路=20 kN/m2，將路面壓力換成土當(dāng)量，土當(dāng)量厚度采用 h=q路/r=20/20=1 m，則計(jì)算高度 H=13+1=14 m。

2)主動土壓力系數(shù) Ka。a.擋土墻采用直立，取 α=0°;b.填土傾角，取 β=0;c.墻后填土為碎石土，φ=40°～ 45°，取 φ=40°;d.墻背與填土摩擦角:由于擋土墻內(nèi)側(cè)有梁柱凸出，所以墻背可選粗糙，排水良好，δ=(1/3～ 1/2)φ，取 δ=15°;由此，查表得主動土壓力系數(shù)Ka=0.201。

2.2 錨桿拉力計(jì)算

經(jīng)鐵道部科研所多次巖層拉拔試驗(yàn)證實(shí)，錨植在完整的硬質(zhì)巖中只要滿足最小錨固長度，錨桿在錨固段不會破壞，不會從錨孔拔出，且錨固巖體沒有明顯變化。

1)錨桿拉力計(jì)算公式。Rt≤πd1Lf(見規(guī)范 GBJ 7-89)。其中，d1為錨植孔直徑;L為錨桿的有效錨固長度(＞40d，d為錨桿直徑);f為砂漿與巖石間粘結(jié)強(qiáng)度，取 f=0.45;

2)錨桿承力Rt。錨桿采用20MnSi鋼，d≥28，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fy=290 N/mm2，傾覆安全系數(shù)取 1.5，選鋼筋 φ 32，φ 36兩種:Rt32=804.3×290/1.5=155 498 N=155 kN。Rt36=1 017.9×290/1.5=196 794 N=197 kN。

2.3 擋土墻結(jié)構(gòu)布置

擋土墻結(jié)構(gòu)布置見圖1。

2.4 擋土墻受力計(jì)算

1)鋼筋混凝土板:采用普通連續(xù)板計(jì)算;2)橫梁:采用普通連續(xù)梁計(jì)算;3)立柱:假定錨桿、基礎(chǔ)為簡支撐，承受橫梁集中力及水平土壓力(由橫梁傳至)的桿件計(jì)算;4)基礎(chǔ):承受立柱傳力，因地基面標(biāo)高不等高，地基為硬質(zhì)花崗巖，可選擇鋼筋混凝土獨(dú)立基。

以上土壓力荷載為梯形分布，計(jì)算略。

2.5 錨桿配筋計(jì)算

1)土壓力分布 q=rHKa;2)板傳至橫梁，橫梁傳至立柱;3)配筋20×14×0.201=56.28 kN/m2，錨桿集中力 Rt=2×3q。

2.6 錨桿最小錨固長度

單根采用孔徑 d1=120，雙根采用孔徑 d1=160。

1)單根錨桿最小錨固長度。

2)雙根錨桿最小錨固長度。

考慮錨桿雙根并列，最小錨固長度增大20%。

L最小值=1 400×1.2=1 728≈1 730 mm。

3 構(gòu)造措施

1)錨桿在巖層中的錨固長度:單根錨桿采取錨固長度2 800 mm，雙根錨桿采取錨固長度3 500 mm(本工程巖體表面不存在風(fēng)化層)。

2)錨孔直徑:采用單根錨桿錨孔為φ 120，雙根錨桿錨孔為φ 160。

3)錨桿組裝:為了保證錨桿便于插入孔中，在沿錨桿(入孔部分)長度方向每隔1 000 mm焊接圓形支架(用φ 6圓鋼作φ 110，φ 150圓形)，以保證錨桿有足夠保護(hù)層。雙根錨桿，每1 000 mm尚應(yīng)加拼接焊，焊縫長度為100 mm。

4)錨桿防銹:錨桿放入孔前應(yīng)除銹，以便能與砂漿足夠粘結(jié)。露出孔前(不包括與擋土墻錨固部分)應(yīng)除銹后刷防銹油漆三遍，并用熱瀝青浸透玻璃纖維布包扎三遍。

5)灌漿:因巖體中存有節(jié)理，灌漿應(yīng)采用高壓注漿，水泥砂漿(或細(xì)石混凝土)強(qiáng)度等級采用M30。灌漿前應(yīng)清孔。

6)錨桿與擋土墻的連接見圖2。

7)擋土墻泄水孔:設(shè)φ 100@2 000×2 000泄水孔。泄水孔設(shè)在橫梁上，并設(shè)排水盲溝。

8)擋土墻混凝土保護(hù)層:擋土墻混凝土等級應(yīng)采用C25，板筋保護(hù)層為30 mm，梁柱筋保護(hù)層為40 mm。

9)試驗(yàn)要求:錨桿灌漿養(yǎng)護(hù)28 d后，應(yīng)對錨桿進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，試驗(yàn)拔力為錨桿設(shè)計(jì)承載力乘試驗(yàn)系數(shù)2，數(shù)量為錨桿總數(shù)5%，且不少于5根。

4 結(jié)語

錨桿混凝土擋土墻作為輕型的支柱結(jié)構(gòu)，由于錨桿與肋柱共同作用，可改變重力式擋土墻的受力方式，充分利用各種材料性能，降低了擋土墻的工程造價(jià);采用錨桿混凝土土墻代替重力式普通擋土墻，可避免開挖有穩(wěn)定層的巖體，節(jié)約大量工料投入;另外，錨桿混凝土擋土墻因自重輕，且不需開挖很深基礎(chǔ)，可在較低的軟弱地基土及基底標(biāo)高不一的情況下做基礎(chǔ)。因此，錨桿混凝土擋土墻特別是在陡坡路基應(yīng)用中更有其自身的優(yōu)越性，較適用于墻后有巖體可靠錨固的高位擋土墻。

[1] 王振文.列車振動下路肩擋土墻的穩(wěn)定性分析[J].山西建筑，2008，34(16):294-295.