中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 西安市 710065
摘要: 介绍了某水利枢纽进场路K6+150~K6+200 段路基左侧预应力锚索桩板式高挡墙（最大高度达23m）的设计、计算与分析和使用效果。
关键词：预应力锚索桩板式高挡墙；设计
陕西省某水利枢纽进场公路是连接对外路及枢纽场区的重要公路，对枢纽建设起着至关重要的作用。该公路K6+150～K6+200段处于路线回头弯和陡坡路段，路线所经地形自然横坡达60°，中桩最大填方高17.24m，在现场勘测过程中提出过包括路基方案、顺路线的桥梁方案、调整平纵线形降低设计高程方案等。但均因地形过于陡峭、工程造价高及施工工期长等因素而无法实施。经过工程技术人员在详细研究工程地形、地质状况和认真分析勘察资料的基础上，经过多方论证最终采用了预应力锚索桩板式挡墙的方案。
1.地形、地貌和地质条件
1.1 地形地貌
工程区地处渭北中西部，地貌形态基本上受构造控制，地势北高南低，最高海拔1599m(钻天岭)，最低430m(泾河峡谷出口)，自北向南呈阶梯状排列，依次为北东向和近东西向展布的中低山、黄土丘陵和黄土台塬。地貌景观受裂谷构造的结构特征及其活动性的控制，在一定程度上反映了区域基底构造的基本轮廓。
1.2 地层岩性
本区出露地层主要有奥陶系(o)、第四系(Q)等。
分布于老龙山断层(F1)以南的山区，总厚4600m～4700m，东厚西薄，中下统为浅海相质纯的碳酸盐岩，中上统为滨海相碎屑岩夹不稳定的碳酸盐岩。
下统水泉岭组(o1)：分布于泾河两岸及羊毛湾水库以东，以白云岩为主，夹泥页岩或泥灰岩，厚885m～1183m。
中统三道沟组(O2S)：分布于杨家山、顶天寺、五峰山～泾河一带，下部为厚层生物灰岩，质纯；上部为巨厚层灰岩夹泥灰岩，总厚525m～1031m。
上统唐王陵组(O3)：分布于关头～薛家村～唐王陵一带，下部为硅质白云岩，局部为巨大的块状砾岩夹页岩；中部为含砾泥岩或泥质砂砾岩夹页岩或硅质白云岩；上部为硅质角砾岩，属滨海相陆源碎屑岩建造，厚度1000m～2500m。
主要地层为中更新统～全新统地层，主要成因为风积、洪积及冲积。
下更新统三门组（Q11）浅棕色、棕红色亚粘土、粘土，夹数层钙质结核，底部局部地方为砾岩。厚大于200m，或大于50m；（Q12）洪积～湖积：黄褐色、灰绿色亚粘土夹灰白色、灰黑色粘土及粉细砂。洪积：上部为棕黄色亚粘土、夹砂砾石透镜体；下部为中粗砂、砂砾石与粘土互层。厚度35m～60m
工程区地震活动主要分布在汾渭、西海固及天水地震带，地震活动空间分布不均匀。工程区30km范围内历史上未发生过5级以上地震。根据1993年国家地震局以震发烈(1993)032号文批复了《陕西泾河东庄水库工程地震危险性分析报告》，场地50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.135g，对应的烈度为6.7度，工程区属构造基本稳定区。
2 设计原理和要求
预应力锚索桩板式挡土墙是一种新型的路基挡土墙，预应力锚索桩板式挡土墙以桩为肋柱,挡土板在桩后挡土，同时，在桩上适当位置设置锚索,使悬臂桩改变为下端在地层内弹性支承，悬空部分以锚索为弹性支承点的桩,从而使桩地基和锚索形成了一个整体，保证了路基安全，设计中充分考虑了该段路基复杂的地形和工程地质条件，具
体考虑了以下一些设计原则和设计方法。
2.1 设计原理
预应力锚索桩板式挡土墙是一种以预应力锚索、肋柱、挡土板复合组成的支挡结构，其作用原理是路基的侧向土压力作用于挡土板和桩，同时挡土板的作用力也传递给桩，再由桩将部分作用力传递给预应力锚索，由预应力锚索和桩与岩土体之间形成平衡，达到路基的稳定和安全。
2.2 侧向土压力
墙面水平土压力按比主动土压力稍大的值进行考虑，汽车动载产生的水平压力，按弹性理论中应力分布原理计算。实测表明水平土压力强度分布曲线是一条上、下小、中间大的曲线。
2.3 计算原理
设计中，将肋柱、板、锚索和地基视为一个整体的超静定结构。计算中，考虑桩与地基、锚索的共同作用，以及桩与板在逐层填土过程中所受的土压力，以此确定所施加的预应力大小和荷载全过程变化的影响。
2.4 安全要求
预应力锚索桩板式挡土墙按承受水平集中力的地下桩设计。容许抗拉拔力是锚索设计拉拔力的最大容许值，一般应等于锚索的极限抗拉拔力除以安全系数。
2.5 锚索点的设置
基于该段设计为超高桩板式挡土墙，因此每根桩从起点开始，向上每间隔5 m设置1 个锚索点。每根桩最少设置1 根锚索，最多达4根锚索。
3 总体设计方案与计算分析
3.1 总体设计方案
工程中锚杆式挡土墙分布范围为K6+156～K6+200，依据地形调整挡墙肋柱高度及挡土板，挡墙每隔10～15m设置一道沉降缝；挡土板中设置泄水孔，泄水孔Φ100，i=5%，梅花形布置，水平间距2～3m，垂直间距3m。墙背设置30cm厚反滤层，利于挡土墙内侧填土排水；本项目地基土为岩石，要求挡墙肋柱入岩深度不小于2m，肋柱间距3m，横截面为1.0m×1.2m。挡土板为预制钢筋混凝土板，采用40cm、50cm、60cm厚三种型式，板长3m，板高1m；肋柱自地面2.0m以下起，每隔5m设置一排预应力锚索，锚索固定端10m、15m，自由端依据地形确定，水平倾角10o，锚索孔径13cm，采用6×7Φ15.2钢绞线。相邻肋柱间每隔5m在预应力锚索端头位置设置一道横梁，横梁截面积0.6m×1.0m。典型断面布置见图1。
图1 典型断面布置图
3.2计算分析
墙背土压力按库仑土压力计算 结构计算根据肋柱的埋深和工程地质水文状况，按一端固结或铰支、另一端自由的超静定连续梁进行计算，根据计算确定的内力，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62-2004) 对肋柱和挡土板进行配筋,确定预应力锚索钢绞线的根数和预应力张拉吨位。
将车辆荷载置换为等代土柱高，按库仑土压力计算墙背土压力；用力矩分配法，解得各个点弯矩和剪力；根据计算得到的内力，对肋柱进行配筋，根据计算得到的内力，确定预应力锚索钢绞线的根数和预应力张拉吨位。
4结语
预应力锚索桩板墙是一种将被动防护和主动防护相结合，用于高路堤的新型支挡结构，本文从工程简化计算的角度系统介绍了桩一锚一板的计算方法，为今后的工程设计提供了参考。
该工程经过近一年的施工和两年的运营效果良好，通过两年的观测，桩和锚索的变形均在允许范围内。该工程结构新颖、技术先进、工程宏伟、锚索桩板式挡土墙自2OO2年以来已在陕西省等级公路建设中得到广泛应用。
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论文作者:刘顺,贾平霞,王研
论文发表刊物:《防护工程》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/11
标签：预应力论文; 挡土墙论文; 挡墙论文; 路基论文; 工程论文; 板式论文; 压力论文; 《防护工程》2017年第19期论文;