應用錨桿擋土墻處理路塹邊坡的設計思路

齊小壟

1 概述

錨桿擋土墻位于東冶—溫塘間(DK130+000～DK243+000)，線路順滹沱河而下，鐵路大部分在陡峻狹窄的河谷中穿行，深路塹、塹坡防護工程隨處可見。在DK204+760～DK204+913.39處，由于山坡自然坡度為1∶0.75～1∶1，路塹中心挖深約14 m，如按常規塹坡防護，右側塹坡高達40 m。該段地層為太古界阜平群(Afpr2)混合片麻巖，巨厚，片麻理發育，產狀 347°∠24°，風化嚴重～頗重，山坡表層1 m～2 m內有松動基巖。為降低路塹邊坡，從運營安全、養護維修著想，設計時考慮右側邊坡采用錨桿擋墻降坡。

2 設計方案的選擇

2.1 分級設護墻防護方案

該方案最大路塹邊坡高將近40 m，設四級護墻，對自然環境破壞極大，且挖方量大，圬工量大，上部邊坡砌護工程施工時建筑材料需多次倒運，施工難度大，工程造價也較高。

2.2 重力式路塹擋土墻與護墻組合的方案

于路塹下部設15 m高重力式路塹擋土墻，墻頂以上以護墻防護，單級護墻最大高度12 m，每級護墻間設2.0 m寬邊坡平臺。

該方案最大路塹邊坡高30 m左右，與分級設護墻方案相比有效的降低了塹坡高度，但塹坡仍較高，且下部擋土墻基底壓應力大，圬工工程量較大。采用此方案，路塹開挖形成凌空面后，由于巖體節理發育，且混合巖一經開挖失去地表植被保護，極易風化剝落，如果砌護工程不能及時進行，邊坡坍塌的情況極易發生。

2.3 錨桿擋土墻方案

于路塹下部設1級～2級C20鋼筋混凝土柱板式錨桿擋土墻支擋，單級擋墻最大高度不超過8 m，兩級擋墻之間設2.0 m寬平臺，墻頂塹坡以護墻防護。該方案最大路塹邊坡高24 m左右，有效的降低了挖方工程量及圬工工程量，減少了對自然山體的破壞。雖然由于鋼筋用量較大，工程造價比重力式路塹擋土墻與護墻組合的方案稍高，但肋柱與擋板均為現場預制，圬工工程量小，大大的提高了施工效率，隨開挖、隨鉆孔、隨安裝，體現了塹坡需及時支護的原則。下一級擋墻的施工是在上一級擋墻已施工完成、穩定的條件下進行，提高了生產的安全性以及整體的穩定性。經過經濟技術比較，本段塹坡支護設計中采用了以鋼筋混凝土錨桿擋土墻支擋的方案，具體橫斷面設計如圖1所示。

3 錨桿擋土墻的設計

3.1 肋柱的計算

如圖1所示，肋柱置于M5水泥砂漿砌片石基礎之上，肋柱底端可視為自由端。每根肋柱承受相鄰兩半跨的土壓力，根據肋柱高度及庫侖土壓力理論計算所得土壓力，每級肋柱布置3根錨桿，因此肋柱視為兩端帶懸臂的連續梁進行設計。由于在施工過程中肋柱受力狀態往往與回填土或砂夾卵石墊層以后有所不同，可能出現僅有兩個支點先受力，即為簡支梁作用，內應力增大很多，還可能出現相反的彎矩，設計時已充分考慮。

肋柱截面設計及配筋采用極限狀態法。

3.2 錨桿的布置及計算

1)錨桿的布置。設計時采用“等彎矩”法來布置錨桿，決定其間距，以盡量使連續梁各跨最大彎矩絕對值或各錨桿拉力相近，從而使設計結構經濟、合理。

2)錨桿的計算。a.錨桿軸向拉應力。錨桿軸向拉應力即為計算所得支座反力與錨桿傾斜角度(與水平線的夾角)的余弦之比。b.錨桿長度計算。錨桿長度是設計錨桿擋土墻的關鍵所在，一般錨桿與砂漿之間的粘結力很大，所以錨桿抗拔力往往由孔壁接觸面的抗剪強度決定。本工點錨桿開孔孔徑φ=130 mm，長度分別為:下部8 m高錨桿擋墻:L上=7.60 m，L中=10.45 m，L下=7.65 m;上部8 m 高錨桿擋墻:L上=10.05 m，L中=12.91 m，L下=10.11 m。施工時要求進行現場拉拔試驗，得出孔壁接觸面的抗剪強度，以驗證設計是否合理。c.錨桿截面計算。錨桿采用20MnSi螺紋鋼筋，截面積為錨桿所受拉應力與鋼筋容許拉應力之比。錨桿截面分別為:A下=2φ 28，A中=2φ 28，A上=1φ 28。

3.3 擋土板的計算

擋土板是以肋柱為支座的簡支梁，荷載即為該擋土板所在高度范圍的土壓力。為方便施工，設計時同級擋墻設計的擋土板厚度相同，擋土板截面采用槽形，較其他形式經濟。

4 錨桿擋土墻建成后的效果

該工點從路塹開挖到施工建成僅用不到4個月的時間，與漿砌圬工相比大大的縮短了施工周期，提高了生產效率。施工中分段開挖，及時安裝錨桿、肋柱、擋板，因此未出現巖體開裂、塌落。而相鄰的小覺車站的某路塹地段，設計為重力式路塹擋土墻與護墻相結合的方案，在邊坡開挖后因圬工量大，砌護周期長，邊坡巖層長期暴露，出現了局部的坍塌。由此可見，塹坡的穩定與施工工藝、施工方法、防護措施密切相關。該段建成后整體穩定，未出現變形情況，投入運營將近兩年效果良好。

5 設計的幾點體會

1)對陡峻邊坡路塹，應盡可能少的開挖巖體，以免對山體穩定和自然環境造成大的破壞。以漿砌圬工支擋防護，雖能降低邊坡高度，但若圬工量大，塹坡巖體節理發育、易風化，則往往會由于砌護周期長，邊坡巖體長期暴露，出現塹坡失穩的現象。而一旦出現塹坡坍塌、滑動，則整治起來不但費時、費力，還會大幅度的增加投資，設計時應全面綜合考慮。

2)采用錨桿擋土墻支擋的方法，從上至下分級開挖、分級支護，防護及時，分級穩定，施工效率高，既避免了因防護不及時造成的塹坡塌滑等問題，又保證了施工安全和進度，設計理論及施工工藝都較為成熟，是值得在陡邊坡路塹設計中推廣應用的方法。

[1] 袁林新，陽文輝.錨桿擋土墻設計[J].山西建筑，2009，35(8):132-134.