淺談錨定板擋土墻的設計

摘要：錨定板擋土墻結構是一種適用于填方的輕型擋土結構，它的特點是結構輕型、構件可預制、能進行機械化施工，并能適用于承載力較低的地基，比重力式擋墻可節省圬工約70%-80%，節約造價50%左右。因而這種結構形式深受現場的歡迎，也引起了相關單位的重視。本文對錨定板擋土墻設計進行一些探討。

關鍵詞：錨定板擋土墻;設計要點;穩定性分析

在上個世紀70年代，鐵道部工程師發現某公路路堤是采用當地砂、卵石作填料，在堤中每隔一定厚度夾鋪榆樹，埋設方法是樹根朝向邊坡，邊坡坡度一般為1：0.1-1：0.5，高度可達10米，而不夾鋪的填土路基邊坡不能陡于1：1。并且工程師發現糧倉中大米任意堆放時，邊坡角不能陡于大米的安息角，而袋裝大米堆放時，邊坡可以很直很高，如將米袋內側口打開，并把米仍然填滿，這時米袋的外側仍然是直立的，并不因內側米袋口打開而有變化。大米向外的側壓力是靠壓在米袋皮上大米的重量所產生的摩阻力來平衡的。在1973年，鐵道部自立式擋土結構試驗組先后做了三座路肩式的試驗工程。經過多次的室內模型試驗和現場實踐，證明錨定板多種布置方式都可保持穩定。通過實測土壓力以及從施工方便上全面考慮，試驗組認為采用桿件中間層長、上下層短的布置形式較為切合實際，也更合理些。在1975年，鐵道部第三設計院、西南交通大學和四川省建研所組建的新型支擋建筑科研組進行了40組模型試驗，最終認為當錨定板總面積a等于墻面面積A，這時填料形成整體;若無錨定板，即a=0，這時不會形成整體，只是普通重力式擋土墻。因此，錨定板面積從0-A之間，會有一個限界使錨定板擋土墻形成整體。利用填料自重來支承填料和外荷所產生的側壓力。這次試驗為錨定板擋土墻的設計施工提供了理論依據。

一、錨定板擋土墻的分類

1.從結構形式分，按錨定板埋于填料中的層數不同，可分為單層錨定板和多層錨定板擋土墻兩種。按肋柱在斷面上的布置位置不同，可分為單級和分級錨定板擋土墻兩種，單級是自基礎至全墻頂只采用一根肋柱，而分級則是采用兩根以上肋柱，自基礎至全墻頂用錯臺分級布置，單級的肋柱又可分為一根整體和截開的分段主柱兩種。按有無肋柱又可分為肋柱式錨定板擋土墻和無肋柱式錨定板擋土墻，有肋柱的擋土墻與錨桿擋土墻相似，區別在于抗拔力不是靠鋼拉桿與填料之間的摩阻力來提供，而是由錨定板提供，填料局限性小;無肋柱的則全是墻面板，與加筋擋土墻相似。按一根肋柱或截開分段肋柱上的拉桿層次不同，可分為單拉桿、雙拉桿和多拉桿。按多層錨定板連線所形成的坡度不同，可分為垂直、仰斜、俯斜和折線等幾種。

2.從受力狀態分，可分為單錨和群錨擋土墻，單錨是錨定板前的填料因摩擦作用而支承側壓力;而群錨則是當錨定板布置到一定的密度時，墻面和錨定板及其中的填料形成一個整體墻來支承側壓力。

二、結構設計

錨定板擋土墻的設計主要為設計荷載計算、肋柱設計、拉桿設計、錨定板設計和墻面板設計等。由于擋土板、拉桿、錨定板及填料的相互作用，影響土壓力的因素很多，是一個很復雜并涉及土與結構相互作用的問題，目前一般作一些假定和簡化，墻面板所受的土壓力一般按重力式擋土墻有關規定計算。

肋柱按受彎構件設計，主要承受由擋土板傳遞的側向土壓力，設計荷載的計算跨度為相鄰肋柱中心的距離。根據肋柱上設置的拉桿層數及肋柱與肋柱、肋柱與基礎的連接狀況按單跨梁、連續梁、彈性支承連續梁或者剛性支撐連續梁計算。并需考慮肋柱支點的變形，以及在搬運、吊裝和施工過程中由于拉桿受力不均勻等非正常荷載情況，肋柱斷面尺寸按計算的肋柱最大彎矩來確定，同時考慮支撐墻面板的需要，肋柱寬度不宜小于24cm，高度不宜小于30cm。

拉桿的設計應滿足最上排拉桿至填土頂面的距離不得小于10m。拉桿長度應滿足墻的整體穩定性要求，且最下一排拉桿的長度應置于主動土壓力破裂面以外不小于3.5倍錨定板高度。路肩墻最上一排拉桿長度，應大于另一側軌枕端頭。拉桿直徑應根據拉桿設計拉力及所選用鋼材的容許應力計算，且不宜小于22mm。

錨定板面積一般根據拉桿設計拉力及錨定板容許抗拔力來計算，其中錨定板容許抗拔力應根據現場試驗確定，當沒有現場試驗資料，一般考慮用經驗公式計算。鐵道部科學研究院做了大量的錨定板現場拉拔試驗，根據試驗資料統計分析，并通過有限元方法計算，進行驗證后，得到根據錨定板的埋置深度建議采用的容許抗拔力數值;鐵三院和鐵四院以室內模型試驗資料為依據，并用現場資料校核歸納，得到各自建議采用的經驗公式，可根據各自計算結果選取偏安全的一種。

肋柱式錨定板擋土墻的墻面板設計采用鋼筋混凝土槽形板、矩形板、空心板，有時也可采用拱形板，墻面板可按兩端簡支的受彎構件計算，其計算跨度為擋土墻長度減去一個搭接長度，搭接長度不小于10cm，設計荷載為與擋土板位置相應的土壓力圖中的最大土壓力值，按均勻荷載計算。無肋柱式錨定板擋土墻的墻面板，可采用鋼筋混凝土矩形板、十字形板、六邊形板，當一塊墻面板上連接一根拉桿時，其內力與配筋，一般按單支點雙懸臂計算。

三、錨定板穩定性分析方法

目前常用的整體穩定性分析方法有折線裂面法（Kranz法）和整體土墻法等。可根據錨定板設置的具體條件選擇其中一種方法。錨定板擋土墻一般不需進行抗傾覆檢算。Kranz法，也稱為折線裂面法，該方法由Kranz于1953年提出。Kranz方法認為：當拉桿力作用于錨定板時，在經過錨定板可能產生的所有滑面中，折線滑面（墻面的下端、錨定板的底部和錨定板后方的主動土壓裂面組成）是最危險的滑面，并以此考慮土體平衡求得抗拔力。我國也多用該方法。整體土墻法，西南交通大學等單位認為當錨定板達到一定的密度后，墻面與錨定板及其中的填土就會形成一個共同作用的整體土墻，此時可采用重力式擋土墻穩定性驗算方法進行計算。

四、結論

在土建的支護結構工程中，國內采用擋土墻類型多種多樣，一般根據當地水文環境、工程地質和技術經濟等因素選擇適用的擋土墻結構。從上世紀70年代以來，我國開始了錨定板擋土墻的科研、設計和施工實踐，并對不同錨定板組合以及墻體的土力學性能進行了多次研究分析，在工程應用中也已有成熟的經驗。在支擋結構形式的選擇上，錨定板擋土墻對地基承載力要求較低，構件可以預制，柔性大且造價較低，結構質量輕，圬工少，在經濟效益和生態環境保護方面具有重要意義。

參考文獻

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[4]西南交大鐵道系，鐵道部專業設計院標準處，四川省建研所地基室.錨定板擋土墻群錨的受力分析[J].鐵道標準設計通訊.1979.

[作者簡介]余佳陽（1995.08-），男，漢族，四川省成都市人，西華大學應急管理學院碩士研究生在讀，主要研究方向：防災減災工程及防護工程。