锚定板挡土墙

1、锚定板挡土墙 锚定板挡土墙 1概述锚定板挡土墙由墙面系、钢拉杆及锚定板和 填料共同组成。墙面系由预制的钢筋混凝土肋柱 和挡土板拼装，或者直接用预制的钢筋混凝土面 板拼装而成。钢拉杆外端与墙面系的肋柱或者面 板连接，而内端与锚定板连接，通过钢拉杆，依 靠埋置在填料中的锚定板所提供的抗拔力来维 持填土墙的稳定。锚定板挡土墙是一种适用于填 土的轻型挡土结构，它与锚杆挡土墙的区别是： 抗拔力不是靠钢拉杆与填料的摩阻力来提供，而 是由锚定板来提供。锚定板结构可用作挡土墙、 桥台或港口码头的护岸。锚定板挡土墙和加筋土 挡土墙一样都是一种适用于填土的轻型结构，但 二者的当土原理不同。锚定板挡土结构是依靠填

2、土与锚定板接触面上的侧向承载力来维持结构 的平衡，不需要利用钢拉杆与填土之间的摩擦 力。因此它的钢拉杆长度可以较短，钢拉杆的表 面可以用沥青玻璃布包扎防锈，二填料也不必限 用摩擦系数较大的砂性土。从防锈、节省钢材和 适应各种填料三方面比较，锚定板挡土结构都有 较大的优越性，但施工程序较加筋土挡墙复杂一2.锚定板的类型锚定板挡土墙锚定板挡土墙按其使用情况 可分为路肩墙、路堤墙、货场墙、码头墙和坡脚 墙等，如图所示。按墙面的结构形式可分为肋柱 式和无肋柱式，如图所示，肋柱式锚定板挡土墙 的墙面系由肋柱和挡土板组成，一般为双层拉 杆，锚定板的面积较大，拉杆较长，挡土墙变形 较小。无肋柱式锚定板挡土墙

3、的墙面系由钢筋混 凝土面板组成。外表美观、整齐、施工简便，多 用于城市交通的支挡结构物工程。锚定板挡土墙 是锚定板挡土结构中的一种，本节将以肋柱式锚 定板挡土墙为例介绍这种支挡结构的设计计算 方法。正视图剖血图ERS剖面图3.设计原理如前所述，锚定板挡土墙是由墙面系、钢拉 杆及锚定板和填料共同组成的，这是一个整体结 构。在这个这个整体结构内部，在这个整体结构 内部。存在着作用在墙面上的土压力、锚杆拉力、 锚定板抗拔力等互相作用的内力。这些内力必须 互相平衡，才能保证结构内部的稳定。与此同时， 在锚定板结构的周围边界上，还存在着从周围边 界以外传来的土压力、活荷载及其他重物荷载， 以及结构自重所

4、产生的反作用力和摩擦力。这些 边界上的作用力也必须互相平衡，才能保证锚定 板结构的整体稳定，防止发生滑动或蠕动变形。 由此可见，锚定板结构设计计算的基本原理是锚 定板有足够的抗拔力才能确保锚定板结构的整 体稳定。主要设计内容：确定墙面土压力、锚定 板抗拔力计算、整体稳定性验算用以确定钢拉杆 的长度、肋柱、拉杆、面板等结构的内力计算、 基础设计等。4设计设计的主要内容：墙背土压力计算，肋柱、 锚定板、拉杆、挡土板的内力计算及配筋设计， 以及锚定板挡土墙的整体稳定计算。1) 土压力计算锚定板挡土墙墙面板所受的土压力系由墙后 填料及外荷载引起。由于挡土板、拉杆、锚定板 及填料的相互作用，影响土压力的

5、因素很多，例 如填料性质、压实程度、拉杆位置及长度、锚定 板大小等，是一个很复杂并涉及土与结构相互作 用的问题，目前一般作一些假定和简化来加以计 算。大量的现场实测及模型试验表明，土压力大 于库仑主动土压力公式的计算值， 故铁路路基 支挡结构设计规范 中规定：填料引起的土压 力，采用库仑主动土压力公式计算， 然后乘以增 大系数B的法。对于位移要求较严格的结构，土 压力增大系数应取大值。试验表明，填料所产生 的土压力分布图形为抛物线图形，为了简化计 算，采用由三角形和矩形组合的图形，如图所示。 图中：H 唱 式中：H水平土压力；Ex库伦主动土压力的水平分力(kN/m);3土压力增大系数；H墙咼(

6、m)，当为双级墙时，H为上下墙之和。列车荷载对墙面板无土压力的影响：根据实 测资料，列车荷载对对土压力的影响不大， 而且 只对上层拉杆有影响。实测列车荷载产生的土压 力值，其结果远小于现行路基支挡范规定的计算 列车荷载产生的土压力。因此列车荷载产生的土 压力，仍按重力式挡土墙有关规定计算，不再乘 以增大系数。其他外荷载所产生的土压力，限于 目前积累的资料不多，也按重力式挡土墙有关规 定计算。将各种荷载所产生的土压力迭加起来就 是墙面板所承受的总的土压力。2）锚定板容许抗拔力当锚定板受拉杆牵动向前位移时，锚定板要 向前方土体施加压力，而前方土体受压缩所提供 的抗力则维持锚定板的稳定。因此锚定板抗

7、力计 算是一个很复杂的问题，与锚定板的埋深、填土 的力学特性、填土的密实度、墙面系的变形情况 等有关。锚定板单位面积容许抗拔力应根据现场 拉拔试验确定，如无现场试验资料，可根据经验 按下列三种方法选用，如缺乏经验，可同时考虑 这三种方法，采用偏于安全的计算结果。铁科院建议的容许抗拔力为了解决实际工程中锚定板抗拔力问题，铁道部科学研究院和协作单位共同进行了大量现 场原形试验，通过对原形试验资料的分析研究， 并在多处实际工程中应用验证后，提出锚定板单 位面积容许抗拔力P按以下数值选用：当锚定板埋置深度为510m时， P=130150kPa ；当锚定板埋置深度为35m时， P=100120kPa；当

8、锚定板埋置深度小于3m时，锚定板的稳 定不是由抗拔力控制，而是由锚定板前被动抗力 阻止板前土体破坏来控制。这时锚定板的“抗拔 力”应按下式计算：1 2P九"p a) B2K式中：P不是单位面积容许抗拔力，为了 和深埋锚定板的容许抗拔力保持 一致，将P视作单块锚定板的容 许抗拔力；h 锚定板埋置深度；B锚定板边长；K 安全系数，不小于2；填料重度；库伦被动土压力和主动土压力系数(2)铁三院建议的经验计算式铁三院以室内模型试验(填料采用龙口石英砂)资料为依据，并用部分现场资料校核归纳， 建议锚定板容许抗拔力可按下式计算：PPfKPf arcln5.7(g) 0.41 In(H)1hh式中

9、：P锚定板容许抗拔力(kN)；K 安全系数，可采用 23；R锚定板极限抗拔力(kN)；H锚定板的埋深。为填土顶面到锚定板底面之距离(cm)；h锚定板高度(cm)。当(Hh)cr时，以G)cr值带入经验式中h h'h其中，锚定板临界埋深比(辛)cr20.2h 0.307，锚定板7h7尺寸系数1100(”66, h' 10cm。各锚定板尺寸的临界深度比和锚定板尺寸系锚定板临界深度比和锚定板尺寸系数值锚定板 60 X 70 X 80 X 90 X 100110X尺寸60708090X100110(H /h)cr5.755.485.265.074.914.7730.8510.5650.

10、3960.2900.2190.170(3)铁四院根据室内模型试验，推荐的经验计算式P'0.01K” (牛卡h式中:p'锚定板单位面积容许抗拔力(kPa);Kb无量纲系数，其数值按Kb b确定(b为用米表示时矩形锚定板的短边 长度)；K” 一一与锚定板埋深比有关的系数；h2 拉杆至柱底的距离(m)； h锚定板高度Es填土试验压缩模量(kPa)，无试验资料时，对一般粘性土填料，根据拉杆至 柱底的距离H2，参照下列数值采用：H2 3m时，Es 40006000kPaH2 3m时，Es 60008000kPa3与锚定板埋设位置有关的折减系数。当l H,cot (a b)时，1.0，否则

11、可按下式计算：式中：l拉杆长度出cot(a b)Hi 拉杆至填土表面的距离（m）; a, b矩形锚定板的长、宽度（m）.cot其中:Hi3）稳定性分析目前常用的整体稳定分析方法有 Kranz法 （折线裂面法）、铁科院建议折线滑面法、整体土 墙法等。我国铁路路基支挡结构设计规范推 荐使用Kranz法和整体土墙法。（1）Kranz法，也称为折线裂面法该方法由Kranz于1953年提出。下面介绍 单层和双层锚定板的稳定性分析方法。单层锚定板的整体稳定分析图表示一种最简单的单层锚定板结构。Kranz根据大量的计算得出如下结论：当拉杆力 作用于锚定板时，在经过可能产生的所有滑面 中，折线滑面BCD（由B

12、C和CD两段直线所组 成）是最危险的滑面。其中B点是墙面的下端,C点是锚定板的底部，而CD段是锚定板后方的主动土压裂面DKran zde分析方法采取隔离土体ABCV为对象，并分析其各个边界上所受的外力和平衡关 系，如图图中：CV通过C点的竖直隔离墙；W土体ABCV的重力； R BC面上的反力，其方向 与竖直线的夹角为；EA,Ea作用在 AB面和CV面上的 主动土压力；T拉杆的设计拉力，即实际 拉力值；Tm 从力多边形求得的拉杆最大拉力；EAh , Eah ,Tmh ,ThEa、Ea和Tm、T的水平分力;滑面BC段的倾角;拉杆的倾角； 墙背摩擦角;填土的内摩擦角。从土体ABCV的静力平衡条件中求

13、拉杆所能 承受的最大拉力Tm，并认为土体ABCV的抗滑安 全系数Fs应等于Tm与T之比值。从图中的力多边 形中可见：W、EA和Ea的数值均可按结构的尺寸 求得，Tm和R的方向为已知，但其数值需根据力 多边形的几何关系计算如下：M W (EAhEah)ta nN M tan( a) Q W (EAh Eah)tan tan( ) QQ Tmh tan tan( a)TmhEAh N Q E ah1 tantan(从上式可推导求得:由此可计算土体ABCV的抗滑安全系数Fs:双层锚定板结构的第一种情况上层拉杆的长度不大于下层拉杆的长度。图表 示双层锚定板结构的第一种情况。其下层锚定板 的滑面应为BC

14、D，因而下层锚定板稳定性分析 的隔离体和力多边形与图完全相同， 可以用公式 计算其抗滑安全系数。但其中T Ti T2。对于图上层锚定板的滑面，Kranz假定为bcq， 因而其稳定性分析索取的隔离体为 AB eV，其力 多边形如图图中：w土体ABCiVi的重力；EaCiVi面上所受的主动土压力；R BCi滑面上所受的反力；T和T2 拉杆的设计应力；Tm在BCi画面的平衡条件下(即 土体ABCiVi的平衡条件)上层 拉杆所能承受的最大拉力；Eah, Tmh，Th各有关力的分力；'BCi的倾角；Ea,意义均与图相同。在图中，Wi、Ea和Ea的数值均可按结构尺寸计 算求得，Tm和Ri的方向为已

15、知，但其数值需根据 力多边形的几何关系计算如下：M' W (EAh Eah)ta nN M tan(若令从式可推导求得 由此可计算土体)W (EAh Eah)tan tan(')IIIQ Tmh tan tan( )Tmh EAH Eah N Qfo IIITmh f0 EAh Eah N ABCiVi抗滑安全系数，亦即BCi滑面上的抗滑安全系数F；:IIFs Tmh /Tlh双层锚定板结构的第二种情况上层拉杆比下层拉杆长，但上层锚定板的位置'1 tan ta n( )在下层滑面CD之内，如图在这种情况下，应该分别检算上层锚定板和下 层锚定板的稳定性。按照 Kranz假

16、定，上层锚 定板&的滑面为BCiDi，下层锚定板C的滑面为BCD 下层锚定板的抗滑安全系数可按照图的力多边 形和公式至公式计算，但令T T T2。上层锚定板 的稳定分析，如果BC'的倾角'，则与图的力多 边形及公式至公式的计算方法相同。但如果'，则仍按图及其有关公式计算，此时T 双层锚定板结构的第三种情况上层拉杆比下层拉杆长，而且上层锚定板的位 置超出下层滑面CD线之外，如图。在这种情况下， 除了分别检算上层锚定板和下层锚定板的稳定 性以外，还需要检算这个结构整体在BCC1D1滑面上 的稳定性。关于各层锚定板稳定性的分别检算， 见图和图及其有关公式。下层锚定板的

17、抗滑安全 系数应按照图及其有关公式检计算，并令公式中 的T T2。上层锚定板的抗滑安全系数应视其滑面 BCi倾角大于或小于 而分别采用土或图的计算方法，此时T T关于这个结构整体在BCCQ滑面上的稳定性分 析，可取隔离体ABCCiV为稳定性分析的对象，并 将其分为ABCV和VCCM两部分，如图。这两部分土 体边界上所受的外力及其极限平衡的力多边形 分别如图。图为土体ABCV的力多边形，其中W、Ea 和R意义与图的相同。Evc为VC面上所受的主动土 压力，Tm可按照图和公式计算方法求得。图为土体VCCiVi的力多边形，其中W2为土体VCCiVi 的重力，&为作用在CCi滑段上的反力，Tm

18、为土体 VCCM所能提供的拉杆最大拉力。Tm可按图和公式 计算方法求得。土体ABCCiVi所提供的拉杆最大拉 力应等于以上所求的两部分之和，即Tm J。因此, 这个结构整体在BCC1D1滑面上的抗滑安全系数Fs应为：Fs(2)折线滑面法1.基本假定(1) 假定下层锚定板前方土体的临界滑裂面通 过墙面底端，图中的B点；(2) 假定上层锚定板前方土体的临界滑裂面通 过被分析的锚定板以下拉杆与墙面的交点，图中 的B点；图(3) 假定锚定板边界后方土体应力状态为朗肯 主动土压力状态。分析图示根据以上假定可画出本方法的基本分析图式， 见图图中，BC为下层锚定板前方土体的临界滑裂面；BG D1为上层锚定板

19、前方土体的临界滑裂面；B1点为所分析的锚定板相邻下层锚杆与墙面的交点；CD、GD1均为朗金主动土压破裂面；Ea、Eal分别为CV、CVi竖直面上主动土压力；R、Ri分别为BC、BiCi 滑裂面上的反作用力；G、Gi分别为土体ABCV和ABCV的质量；、i分别为BC段、BCi的倾角； 为 填土坡面的倾角； 为填土的内摩擦角； H、Hi、h、hi、L、L分别为挡土墙的各部分尺寸。计算公式根据以上假定及分析图示，分三种不同情况 进行推导：上层拉杆长度小于或等于下层拉杆长度，见 图。由朗金理沦知，滑动面CD段和滑动面Ci Di段 与水平面的交角都是。(45-)丄心也 )22sin由图知，下层锚定板C和

20、上层锚定板Ci的稳 定性分析图式基本相似，现以下层锚定板 C的稳 定计算公式为例进行推导，其上层锚定板 Ci的稳 定性公式也可仿此进行。图中表示墙面及土体ABCV所受的外力情况。 其中，土压力Ea对土体ABCV产生滑动力；而土体 重力G在BC面上产生摩阻力抵抗滑动，按朗肯理2ah Ka论的主动土压力Ea计算公式Ea - h2K22 2cos y： cos cosKa cos'a 2 2 cos cos cos式中：填土容重;Ka郎肯主动土压力系数。土压力Ea的方向可取与填土表面平行，因而Ea 在BC滑动面上的滑动力为Eacos() tan sin()，同时，土体重力 G在BC面上的摩阻

21、力分量为G (ta n cossin )。其中:G -(H h) L2因此，锚定板的抗滑稳定性安全系数Ks为:G(ta n cos sin )KsEacos() tan sin( )(ta n cos sin )cos( ) tan sin( )L(H h)h2K当填土表面水平，Ks0，上式为tan( ) L(H h)2tan (45)2h2(2)上层拉杆比下层拉杆长，但上层锚定板位 于下层滑裂面CD之间，如图。此时，对于上层 锚定板G的分析与前一种情况相同。其临界滑动面为BiCiDi，其抗滑安全系数Ks为tan cos 1 sinKs頑21) tan sin( 1)KO a下层锚定板稳定性分

22、析如图，下层锚定板 C的 滑动面为BCD，其稳定性应分析计算土体abccM 各边界上所受的外力及其平衡条件；其中C1点为 通过Ci竖直面与滑动面CD的交点。Ea为作用在CV 面上的主动土压力，G为ABCV的重力，Gi为土体VCC；Vi的重力， 为滑动面的倾角，为滑动面CCi的倾角。对于滑动面BC来说，力Ea及Gi在BC 面上产生的分量为滑动力，G在BC面上产生的 分量为抗滑力。则得出下层锚定板抗滑安全系数Ks :G(ta n cos sin )KsEacos() tan sin( ) Gi(sin tan cos )cos( ) tan sin(式中：G 1 L(H h)1 'Gi(Li L)(h hi)Ea2©上层拉杆比下层拉杆长，且上层锚定板位置超 出下层锚定板滑面CD以外，如图上层锚定板Ci的稳定性分析仍与前面相同，其 临界滑裂面BiCiDi，其抗滑安全系数Ks可按式计算下层锚定板稳定性分析图如图。Ea为作用于CiVi 面上的主动土压力，G为土体ABCV的重力，Gi为 土体VCCi