关于岩土工程中锚杆挡土墙的设计及作用分析

时间：2024-10-30

王连

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队，贵州遵义 563000）

目前，随着我国大基建政策的铺开，相关岩土工程项目越来越多，解决复杂地质条件下的高边坡支护问题已成为一个紧迫的现象。随着锚定技术的发展，这些技术已广泛应用于诸如锚定、井坑保护和斜坡保护等岩土工程问题。从锚杆挡土墙的组成来看，主要包括钢筋混凝土助柱和前面板等，为支档结构物。基于锚杆技术，形成的高性能挡土墙，能够承受一定的土体侧压力。按照构造指标划分，锚杆挡土墙主要包括柱板式两种[1]。随着挡土墙施工技术的不断提高，其结构轻型化日益明显，技术应用优势有所提升，被广泛应用。本文分析了岩土工程中锚杆挡土墙的设计及作用，以供参考[2]。

1 锚杆挡土墙的特征

从岩土工程建筑实际情况来看，常见高差大和地形条件不佳的情况，增加了建设的难度。若上述问题出现，要做好地形平整，同时减少平整土方的作业量，确保工程质量以及进度，实现对工程成本的控制。近年来，锚杆挡土墙凭借自身安全性高和经济性能好等优势，被广泛应用于工程支护。通过对锚杆技术的转变，建设挡土结构的物体，促使其与工程结构相互连接。基于锚杆孔径大小，划分为锚索和小锚杆。其中，锚索直径很大，借助使用钻机或者锚杆钻机开展钻孔作业，深度能达到50m以上，主要组成包括钢丝以及钢绞线[3]。

2 锚杆挡土墙的发展及优点

20世纪50年代中期，西方国家为了取代以往隧道衬砌的施工，在隧道工程中广泛采用小型固定螺钉和喷射混凝土，20世纪60年代以来，锚杆技术发展迅速，不仅用于临时建筑物的开挖，也广泛应用于永久性建筑物的施工中，如加强开挖边坡的稳定性；加固路堑墙、陡坡路堤和桥梁基础；加强隧道衬砌；码头的抗浮等。锚固层不仅限于硬质岩石，还包括软岩、粘土层等，与重力式挡墙相比，具有以下优点：①圬工量少，可节省大量的圬工材料，降低造价；②有利于机械化和安装施工，占用的建筑面积小，可根据不同地域和区域选择。③锚杆的抗拔力可以通过抗拔试验获得，设计安全系数较大。④适用于边坡高度较大，挖方困难同时便于锚固的地区。（5）施工时的噪音和振动均很小。

图1 锚杆挡土墙优点

3 锚杆挡土墙的特性

从实际角度看，由于地形差异大和地质条件复杂，边坡支挡工程的施工往往是困难的。如果出现这些问题，就必须在减少作业量的同时采用轻型化支挡结构。支挡工程施工前应结合原生地质条件做好支挡工程设计，锚杆按锚开口孔径的大小，分为大锚杆（锚索）和小锚杆。锚索主要由钢丝或钢绞线组成，其锚定装置直径大，可使用空压潜孔钻或锚定钻机进行深度超过50米的钻孔作业；小型锚定装置的直径参数为38毫米至50毫米。而钻探钻机是在大约3米至5米深度使用正常的风钻进行的，它们可以提高结构的总体稳定性，确保工程的安全。

4 岩土工程中锚杆挡土墙的设计要点分析

图2 工程中锚杆挡土墙设计

4.1 土压力计算

在设计锚墙时，对岩土层侧向压力进行了计算，墙面所受侧向压力的大小由岩土层力学参数和墙高的控制，由于设计建造了一个锚杆与墙面结合的支挡体系，岩土侧向压力的大小对墙的整体结构影响更大，因此有必要进行计算和控制，目前，在理论层面上没有非常准确的岩土压力计算方法以反映各种因素对支挡体系各方面的影响，主要是因为土压力系数的大小和墙面与岩土体接触面实际受力情况难以控制，在这两个方面需要加强检验和研究。

4.2 肋柱、锚杆的内力计算

柱板式锚杆挡土墙中每根肋柱都承受着相邻两条锚的地面压力，其中肋柱受力的特点是：有悬臂自由端和固定端，锚孔的位置承受下倾角下拉力的作用，其中法向分力主要由主动土压力构成，可视为支座反力。根据这些特性，肋柱和锚杆之间的连接（即锚杆挡土墙锚的位置）可被视为一个铰链支撑点，从而使肋柱变成一个连续的条形结构或横梁，内部剪力的计算图也可以当锚杆有两层并以固定部分或铰链为基础，或锚杆条数超过两层时，可以被视为一个连续梁；当锚杆为两层但以一个自由端为基础时，内力按两个点的悬臂梁计算[1]。

4.3 墙面的计算

在设计内容的这一部分时，应该对外观进行计算：①拟定锚杆挡土墙截面尺寸大小。②明确开展设计的截面位置，比如正截面的设计位置等。③按照基本组合，开展荷载效应的计算，包括弯矩和剪力、轴力等。④对承载能力极限状态的计算。在进行计算时，基于设计弯矩的参数，明确主筋的规格以及数量等。⑤计算主筋的截断点。⑥以正常使用极限状态为条件，开展相应的计算，比如支点等。根据计算出的数据和参数，对锚杆挡土墙进行了初步配置，根据计算得出的信息，配置锚杆、肋柱和墙壁板的材料，以及所需的混凝土。

5 岩土工程中锚杆挡土墙的作用

在岩土工程中采用锚墙支挡体系可以有效减少边坡安全事故。在目前的做法中，许多建筑工程需要有效的边坡支挡防护措施，由于设计方案质量差，缺乏科学依据，导致在施工过程中经常发生的各种类型的安全事故，在建筑实践中，复杂地质条件下支挡体系的支挡作用与岩土压力作用之间的平衡完全基于以下因素：对支挡结构进行自我检查很难完全保证支挡体系的安全稳定，使用锚杆可以加强对边坡的支护，并发挥积极作用。

图3 工程中锚杆挡土墙结构

锚杆、肋柱结构和挡土墙体的结合，这些技术使我们能够在支挡体系受力方向和大小方面作出合理的分配与调整，以提高锚墙的总体支挡效果，采用锚杆挡土墙的技术弥补传统重力式挡墙的不足，具有高效、经济、轻便和安全方面的优点。它已得到广泛实施并取得了良好成果。

6 施工准备

（1）首先，必须充分了解技术设计文件，了解其意图，然后明确界定基本的施工要求，以便工程管理人员和建筑工作人员能够充分了解施工要求。除其他外，必须仔细核查工程的特点、工作计划、设备、材料等[2]。

（2）对建筑工程中使用的材料的质量进行了彻底检查，以确保建筑材料的质量。

（3）锚杆挡土墙施工时，应制定一项高质量的施工方案，且必须严格考虑到设计控制参数的准确性和合理性，以便为开展有关工作奠定基础，并最大限度地确保其效用。

（4）强调锚杆的生产和安放：在锚杆的制造过程中，例如需要3根φ20的钢螺栓，首先是在安装锚固支架时，根据设计图焊接钢材料。这一范围应保持在2米左右，在放置锚杆时，应尽可能将锚杆竖立起来，以避免扭曲、曲线条问题和钢筋自由段的塑料涂层问题。在这一过程中，应考虑将锚杆和喷射管放在与钻孔倾角相吻合的角度上，以确保该杆始终处于钻孔中心。

（5）在实际中，对材料和技术等的全面控制，确保了建造锚墙的质量，从而在施工阶段发挥其作用；在这方面，应加强对整个加固工事的监督和管理，敦促项目施工人员严格遵守设计方案，把控细节问题，避免质量问题。此外，还将加强对现有设施的监测和管理[3]。

（6）在施工前，施工员必须对施工设备进行起动测试和分析结果，以便更好地了解锚杆和锚索的质量；在施工阶段，将采用从上到下的分层挖掘法和分段挖掘法。在斜坡平整后，为了确保斜坡的稳定性，避免垮塌等问题，将进行混凝土的局部喷射固化。支挡结构的施工将尽可能保护原生地质环境，避免地质条件的破坏等问题。在进行钻探时，应进行定位工作，以便在施工锚杆的同时，控制误差。每一个钻孔的完整性和锚杆的插入质量都得到保证，钻探孔误差保持在3厘米以内，在钻孔完成后及时清理后进行下一步施工，诸如安装锚杆、喷射机等操作，以避免钻孔垮塌。