錨桿擋土墻的設(shè)計(jì)計(jì)算與施工secret

1、 錨桿擋土墻的設(shè)計(jì)計(jì)算與施工隨著社會(huì)的發(fā)展，錨桿擋土墻作為一種輕型的支擋結(jié)構(gòu)，已廣泛應(yīng)用到土木工程的許多領(lǐng)域中，特別是公路 鐵路 煤礦 和水利等支擋工程。這里就將錨桿擋土墻的設(shè)計(jì)計(jì)算與施工簡單介紹。錨桿擋土墻是利用錨桿技術(shù)形成的一種擋土結(jié)構(gòu)物。錨桿是一種新型的受拉桿件，它的一端與工程機(jī)構(gòu)物聯(lián)結(jié)，另一端通過鉆孔 插入錨桿 灌漿 養(yǎng)護(hù)等工序錨固在穩(wěn)定的地層中，以承受土壓力對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定。 在50年代以前，錨桿技術(shù)只是作為施工過程的一種臨時(shí)措施，例如臨時(shí)的螺旋地錨以及采礦工程中的臨時(shí)性木錨桿或剛錨桿等。50年代中期以后，西方國家在隧道工程中開始采

2、用小型永久性的灌漿錨桿和噴射混凝土代替襯砌結(jié)構(gòu)。60年代以后，錨桿技術(shù)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用到土木工程的許多領(lǐng)域中。作為輕型的支擋結(jié)構(gòu)，錨桿擋土墻取代笨重的重力式圬工擋土墻，可以節(jié)省大量圬工材料，現(xiàn)已廣泛用與于公路 鐵路 煤礦和水利等支擋工程中。 錨桿擋土墻由于錨固地層 施工方法 受力狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)形式等的不同，有各種各樣的形式。按墻面的結(jié)構(gòu)形式可分為柱板式錨桿擋土墻和壁板式錨桿擋土墻，柱板式錨桿擋土墻是由擋土板 肋柱和錨桿組成。肋柱是擋土墻的支座，錨桿是肋柱的支座，墻后的側(cè)向土壓力作用于擋土板上，并通過擋土板傳給肋柱，再由肋柱傳給錨桿，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

3、墻后土體的穩(wěn)定。壁板式錨桿擋土墻是由墻面板（壁面板）和錨桿組成，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，后者則依靠錨桿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(wěn)定。目前多用柱板式錨桿擋土墻。 錨桿擋土墻可根據(jù)地形設(shè)計(jì)為單級或多級，每級墻的高度不宜大于8m，具體高度應(yīng)視地質(zhì)和施工條件而定。在多級墻的上 下兩級之間應(yīng)設(shè)置平臺(tái)，平臺(tái)寬度一般不小于1.5m。平臺(tái)應(yīng)用厚度不小于0.15m的C15混凝土封閉，并設(shè)向墻外傾斜的橫坡，坡度為2%。 錨桿擋土墻的特點(diǎn)是：（1）結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，使擋土墻的結(jié)構(gòu)輕型化，與重力式擋土墻相比，可以節(jié)省大量的圬工和節(jié)省工程投資；

4、（2）利于擋土墻的機(jī)械化 裝配化施工，可以減輕笨重的體力勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；（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(shè)計(jì)和施工受到一定的限制，如施工工藝要求叫高，要有鉆孔 灌漿等配套的專用機(jī)械設(shè)備，而且要耗用一定的鋼材。 錨桿擋土墻一般適用于巖質(zhì)路塹地段，但其他具有錨固條件的路塹墻也可使用，還可應(yīng)用于陡坡路堤。 另一類錨桿擋土墻為豎向錨桿錨固在巖層地基中，并施加預(yù)應(yīng)力，以豎向預(yù)應(yīng)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(shù)量而且增加其穩(wěn)定性。豎向預(yù)應(yīng)力錨桿擋土墻的工作原理 設(shè)計(jì)方法與普通錨桿擋土墻有很大的差異，有關(guān)豎向

5、預(yù)應(yīng)力錨桿擋土墻的設(shè)計(jì)下面介紹。 在土層錨桿施工這個(gè)主題中，包括一般規(guī)定（共3條） 鉆孔（共4條） 桿體（預(yù)應(yīng)力筋）的組成與安放（共5條） 注漿（共3條） 張拉與鎖定（共5條）等5個(gè)項(xiàng)目。在這5個(gè)項(xiàng)目中，如果不用預(yù)應(yīng)力錨桿，則注漿是施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；如果是預(yù)應(yīng)力錨桿，則張拉與鎖定是施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。1 一般規(guī)定（1）錨桿擋土墻是由鋼筋混凝土肋柱 墻面板和錨桿所組成的支擋結(jié)構(gòu)物。固在穩(wěn)定地層內(nèi)錨桿的抗拔力來平衡墻面處的土壓力。（2） 錨桿擋土墻適用于一般地區(qū)教完整巖質(zhì)地段的支擋工程，亦可作為地下工程的臨時(shí)支護(hù)（3）錨桿擋土墻的結(jié)構(gòu)形式有肋柱式和無柱式兩種。應(yīng)根據(jù)地質(zhì)及工程具體情況選用。（4）設(shè)計(jì)肋柱

6、式錨桿擋土墻時(shí)，根據(jù)地形可采用單級和多級。在多級墻上 下兩級墻之間宜設(shè)置平臺(tái)，平臺(tái)寬度不宜小于1.5m。每級墻的高度不宜小于8m，具體高度可視地質(zhì)和施工條件而定。 （TBJ 2590第4.1.3條）（5） 肋柱和墻面板采用的混凝土標(biāo)號(hào)不應(yīng)小于200號(hào)。錨孔灌砂的沙漿標(biāo)號(hào)不應(yīng)小于300號(hào) （TBJ 2590第4.3.1條）（6）肋柱的基礎(chǔ)應(yīng)采用150號(hào)混凝土或75號(hào)水泥沙漿砌片石。各分級擋土墻之間的平臺(tái)頂面，宜采用150號(hào)混凝土封閉，其厚度為0.15m，并以2%的橫向坡度傾向外側(cè)。 （TBJ 2590第4.1.3條） （7）肋柱的間距，宜為2.0 2.5 m。肋柱可采用預(yù)制單根整柱，也可采用分段

7、拼整或就地灌注。 每級肋柱上的錨桿層數(shù)，可設(shè)計(jì)為雙層或多層錨桿。 （TBJ 2590第4.3.4條） （8）錨桿的鋼材可采用鋼筋或鋼絲索。鋼筋錨桿宜用螺紋鋼筋，其直徑宜在1832mm。每孔不宜多于3根。 （TBJ 2590第4.3.3條） （9）錨桿未錨入地層部分，必須作好防銹處理。在除銹后，涂防銹油漆兩遍，再用瀝青玻璃纖維纏裹兩層。 （TBJ 2590第4.3.5條） （10）錨孔直徑應(yīng)根據(jù)錨桿的布置 灌漿管的尺寸及鋼筋支架的位置決定。 （TBJ 2590第4.3.6條） 2.設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）肋柱按下列規(guī)定設(shè)計(jì)計(jì)算： 1）作用于肋柱的荷載，應(yīng)按兩肋柱見中到中的距離計(jì)算確定。 2）肋柱截面可采

8、用矩形、T形、正方形。截面的寬度不得小于30cm。 肋柱的截面寬度，除應(yīng)按計(jì)算確定外，尚需考慮墻面板在肋柱上最小搭接長度不小于10cm及肋柱欲留錨桿尺寸的構(gòu)造要求。 3）設(shè)計(jì)裝配式肋柱時(shí)，應(yīng)考慮肋柱在搬運(yùn)、吊裝及在施工過程中由于錨桿受力不均勻等非正常的荷載情況，并應(yīng)在肋柱的內(nèi)外兩側(cè)配置通長的受力鋼筋。 4）肋柱的錨桿拉力，肋柱的彎矩、剪力，應(yīng)根據(jù)錨桿層數(shù)、柱底與基礎(chǔ)的連接形式，按簡支梁或連續(xù)梁計(jì)算決定。 （TBJ 2590第4.2.3條） （2）裝配式墻面板按下列規(guī)定設(shè)計(jì)計(jì)算： 1）墻面板可采用鋼筋混凝土槽形板、空心板、矩形板。 2）墻面板可按以肋柱為支點(diǎn)的簡支板計(jì)算，其計(jì)算跨度為凈跨加板的兩

9、端搭接長度，搭接長度不得小于10cm。 3）墻面板的規(guī)格不宜過多。每種墻面板的計(jì)算荷載：沿板的寬度采用與其相應(yīng)土壓力圖示中的最大值。 （TBJ 2590第4.2.4條） 由于墻面板可所受的土壓力沿墻高按三角形分布，因此每塊板所受的土壓力均不相同，若按次設(shè)計(jì)，墻面板類型較多，給施工增加困難，而且也無必要。在設(shè)計(jì)中是沿墻高將土壓力分成23段，然后按每段的最大土壓力計(jì)算。 （3） 就地灌注的無肋柱式錨桿擋土墻，起墻面板的內(nèi)力計(jì)算，可分別沿豎向取墻面板的土壓應(yīng)力，在水平方向取墻面板所在位置土壓應(yīng)力的平均值。 （TBJ 2590第4.2.5條）（4） 錨桿的截面與長度，按下列規(guī)定設(shè)計(jì)計(jì)算：1） 錨桿應(yīng)按

10、軸向受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)，其所需鋼筋截面積，應(yīng)按下式計(jì)算： Fa=Pg （TBJ 2590式42.6-1） 式中 P 錨桿的設(shè)計(jì)拉力，MN； g鋼筋的容許應(yīng)力，MPa。 選用的鋼筋直徑除按計(jì)算外，尚需增加2mm預(yù)防鋼材銹蝕的安全儲(chǔ)備量。2） 錨桿長度包括非錨固長度和有效錨固長度。非錨固長度應(yīng)根據(jù)肋柱與主動(dòng)破裂面或滑動(dòng)面的實(shí)際距離確定。有效錨固長度應(yīng)根據(jù)錨桿的拉力，按下式計(jì)算， LePD （TBJ 2590式4.2.6-2） 式中 Le錨桿有效錨固長度，m； D錨桿直徑，m； 錨孔壁對砂漿的容許剪應(yīng)力（MPa）；按下式計(jì)算： =K 其中 錨孔壁對砂漿的極限剪應(yīng)力，MPa； K安全系數(shù)，可采用2.5。 L

11、e=Pndc （TBJ 2590式4.2.6-4） 式中 n錨桿根數(shù)； d錨桿鋼筋直徑，m; c砂漿與錨桿間的容許黏結(jié)力，MPa，其值可參照表1采用； 考慮成束鋼筋系數(shù)，對單根鋼筋為1.0，兩根一束為0.85，三根一束為0.7。 （TBJ 2590第4.2.6條） 光鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力（MPa） 表1 混凝土標(biāo)號(hào)500450400350300250200150容許粘結(jié)力1.251.161.080.980.880.790.670.54 注：螺 紋鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力按表列數(shù)值的1.5倍采用。（5） 錨孔壁對砂漿的容許剪應(yīng)力，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)確定。若無試驗(yàn)資料是，可參照表2 選用，但施

12、工時(shí)應(yīng)進(jìn)行拉拔驗(yàn)證。 （TBJ 2590第4.2.7條） 錨孔壁對砂漿的極限剪應(yīng)力（MPa） 表2 巖層類別 極限剪應(yīng)力風(fēng)化砂頁巖互層、碳質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖0.150.25細(xì)紗及粉砂質(zhì)泥巖0.200.40薄層灰?guī)r夾頁巖0.400.60薄層灰?guī)r夾石灰質(zhì)頁巖、 風(fēng)化灰?guī)r0.600.80在軟巖或風(fēng)化巖層中，錨孔壁對砂漿的抗剪強(qiáng)度一般低于砂漿對鋼拉桿的粘結(jié)力。因此，軟巖及風(fēng)化巖層中的錨桿極限抗拔力受孔壁抗剪強(qiáng)度控制。而軟巖及風(fēng)化巖層的極限抗拔力數(shù)值差異很大，因此風(fēng)化巖層作為錨固層時(shí)，要求施工前進(jìn)行現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)。在較完整的硬巖層中，巖層強(qiáng)度一般大于砂漿的強(qiáng)度，錨桿孔壁對砂漿的抗剪強(qiáng)度一般大于砂漿對鋼拉桿的

13、粘結(jié)力，因此，在完整硬巖層中的錨桿極限抗拔力主要取決于砂漿對鋼拉桿的粘結(jié)力。3.錨桿施工 （1）一般規(guī)定 1）在進(jìn)行錨桿施工前，應(yīng)充分核對設(shè)計(jì)條件、土層條件和環(huán)境條件，在確保施工安全的前提下，編制施工組織設(shè)計(jì)。2）施工前，要認(rèn)真檢查原材料型號(hào)、品種、規(guī)格及錨桿各部件的質(zhì)量，并檢查原材料的主要技術(shù)性能是不是符合設(shè)計(jì)要求。3）工程錨桿施工前，宜取兩根錨桿進(jìn)行鉆孔、注漿、張拉與鎖定的試驗(yàn)性作業(yè)，考核施工工藝和施工設(shè)備的適應(yīng)性。 (CECS22：90第4.1.1條第4.1.3條)（2）鉆孔 1）土層錨桿鉆孔應(yīng)遵守下列規(guī)定： A鉆孔前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和土層條件，定出孔位，作出標(biāo)記。B錨桿水平方向孔距誤差不

14、應(yīng)小于50mm，垂直方向孔距誤差不應(yīng)小于100mm.C.鉆孔底部的偏斜尺寸不應(yīng)大于錨桿長度的3，可用鉆孔測斜儀控制鉆孔方向。D錨桿孔深不應(yīng)小于設(shè)計(jì)長度，也不宜大于設(shè)計(jì)長度的1。E安放錨桿前，濕式鉆孔應(yīng)用水沖洗，直至孔口流出清水為止。2）鉆孔機(jī)具：鉆孔機(jī)具的選擇必須滿足土層錨桿鉆孔的要求。堅(jiān)硬粘性土和不易塌孔的土層宜選用地質(zhì)鉆機(jī) 螺旋鉆機(jī)或土錨專用鉆機(jī)；飽和粘性土與易塌孔的土層宜選用帶護(hù)壁套管的土錨專用鉆機(jī)。3）二次高壓注漿形成的連續(xù)球體型錨桿的鉆孔還應(yīng)遵守下列規(guī)定：A鉆孔宜采用套管護(hù)壁，一次將鉆孔鉆至設(shè)計(jì)長度。B鉆孔完成后，應(yīng)立即拔出鉆桿放入預(yù)應(yīng)力筋，隨后再拔出套管。4）擴(kuò)大頭型錨桿鉆孔還應(yīng)遵

15、守下列規(guī)定：A端部擴(kuò)大頭可采用機(jī)械或爆破擴(kuò)孔法，爆破擴(kuò)孔裝藥量應(yīng)根據(jù)土層情況通過試驗(yàn)確定。B安裝錨桿前應(yīng)測定擴(kuò)大頭的層次。 (CECS22：90第4.2.1條第4.2.4條)（3）桿體（預(yù)應(yīng)力筋）的組裝與安放 1）采用、級鋼筋作錨桿桿體時(shí)，桿體的組裝應(yīng)遵守一下規(guī)定：A組裝前鋼筋應(yīng)平直、除油和除銹。B、級鋼筋的接頭應(yīng)采用焊接的搭接接頭，焊接長度為30d、但不小于500mm,并排鋼筋的連接也應(yīng)采用焊接。C沿桿體軸線方向每隔1.02.0應(yīng)設(shè)置一個(gè)對中支架，排氣管應(yīng)與錨桿桿體幫扎牢固。D桿體自由段應(yīng)用塑料布或塑料管包裹，與錨固體聯(lián)結(jié)處用鉛絲綁牢。E桿體應(yīng)按防腐要求進(jìn)行防腐處理。2）當(dāng)采用鋼鉸線或高強(qiáng)鋼

16、絲作錨桿桿體時(shí)，桿體的組裝玉女嘎遵守以下規(guī)定：A鋼鉸線或高強(qiáng)鋼絲應(yīng)除油污、除銹、嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下料，每股長度誤差布小于50mm。B鋼鉸線或高強(qiáng)鋼絲應(yīng)按一定規(guī)律平直排列，沿桿體軸線方向每隔1.01.5m設(shè)置一個(gè)隔離架，桿體的保護(hù)層布應(yīng)小于2.0 c m,預(yù)應(yīng)力筋（包括排氣管）應(yīng)幫扎牢固，捆扎材料不宜用鍍鋅材料。 C桿體自由段應(yīng)用塑料管包裹，與錨固段相交處的塑料管管口應(yīng)密封并用鉛絲綁緊。D應(yīng)按防腐要求進(jìn)行防腐處理。3）組裝擴(kuò)大頭型錨桿桿體時(shí)，處于擴(kuò)大頭處的桿體應(yīng)局部加強(qiáng)。4）錨桿桿體的安放應(yīng)遵守下列規(guī)定：A.桿件放入鉆孔之前，應(yīng)檢查干體的質(zhì)量，確保桿體組裝滿足設(shè)計(jì)要求。B安放桿體時(shí)，應(yīng)防止桿體扭壓

17、、彎曲，注漿管宜隨錨桿一同放入鉆孔，注漿管頭部距孔底宜為50100mm，桿體放入角度應(yīng)與鉆孔角度保持一致。C桿體插入孔內(nèi)深度布應(yīng)小于錨桿長度的95，桿體安放后不得隨意敲擊，不得懸掛重物。 (CECS22：90第4.3.1條第4.3.5條)（4）注漿 1）錨桿注漿應(yīng)遵守下列規(guī)定： A注漿材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，一般宜選用灰砂比1：11：2，水灰比0.380.45的水泥砂漿或水灰比為0.400.45的純水泥漿，必要時(shí)可加入一定量的外加濟(jì)或摻和料。B注漿漿液應(yīng)攪拌均勻，隨攪隨用，漿液應(yīng)再初凝前用完，并嚴(yán)防石塊、雜物混入漿液。C注漿作業(yè)開始和中途停止較長時(shí)間，再作業(yè)時(shí)宜用水或水泥漿潤滑注漿泵及注漿管路

18、。D注漿管的插至深度見上列（3）的（5）條B款。E孔口溢出漿液或排氣管停止排氣時(shí)，可停止注漿。F漿體硬化后不能充滿錨固體時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漿。2）注漿體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不應(yīng)小于20MPa。3）二次高壓注漿形成的連續(xù)球體型錨桿的注漿還應(yīng)遵守下列規(guī)定：A注漿材料宜選用水灰比0.450.50的純水泥漿。B一次常壓注漿作業(yè)玉女嘎從孔底開始，直至孔口溢出漿液。C止?jié){密封裝置的注漿應(yīng)待孔口溢出漿液后進(jìn)行，注漿壓力不宜低于2.5MPa。D一次常壓注漿結(jié)束后，應(yīng)將注漿管、注漿槍和注漿套管清洗干凈。E對錨固體的二次高壓注漿應(yīng)再一次注漿形成的水泥結(jié)石體強(qiáng)度達(dá)到5.0MPa時(shí)進(jìn)行，注漿壓力和注漿時(shí)間可根據(jù)錨固體的體積確定，并分

19、段依次由下至上進(jìn)行。 (CECS22：90第4.4.1條第4.4.3條)(5)張拉與鎖定1）臺(tái)座的承壓面應(yīng)平整，并與錨桿的軸線方向垂直。2）錨桿的張拉應(yīng)遵守下列規(guī)定：A錨桿張拉前，應(yīng)對張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。B錨固體與臺(tái)座混凝土強(qiáng)度均大于15.0MPa時(shí)，方可進(jìn)行張拉。C錨桿張拉應(yīng)按一定程序進(jìn)行，錨桿張拉順序，應(yīng)考慮鄰近錨桿的相互影響。D錨桿正式張拉之前，應(yīng)取0.10.2設(shè)計(jì)軸向拉力值Nt，對錨桿預(yù)張拉12次，使其各部位的接觸緊密，桿體完全平直。E永久錨桿張拉控制應(yīng)力con不應(yīng)超過0.60fptk,臨時(shí)錨桿張拉控制應(yīng)力con 不應(yīng)超過0.65fptk。3）錨桿張拉至1.11.2Nt，土質(zhì)為砂質(zhì)土?xí)r保持10min，為粘性土?xí)r保持15min，然后卸荷至鎖定荷載進(jìn)行鎖定作業(yè)。錨桿張拉荷載分級及觀測時(shí)間應(yīng)遵守下表的規(guī)定。 錨桿張拉荷載分級及觀測時(shí)間張拉荷載分級