边坡支挡结构体系研究现状

孙灿

新疆煤田地质局综合队（830000）

边坡支挡结构体系研究现状

孙灿

新疆煤田地质局综合队（830000）

自20世纪70年代以来，岩石高边坡的治理问题越来越受到人们的重视，但由于边坡问题本身的复杂性和科学技术发展水平的限制、传统工程设计思路的制约，人们对边坡的影响因素和形成机理还没有完全认识清楚，致使一些边坡治理设计与实际脱节，或过于夸大保守。这里对目前国内外边坡支挡结构体系研究现状进行总结，旨在为工程进行借鉴和指导。

抗滑挡土墙；锚杆（索）；格构锚固体系；桩板墙

1 抗滑挡土墙的研究现状

挡土墙一种用来挡土的墙体或类似于墙体的结构物，是为了保证填土位置或挖方位置稳定而修筑的一种永久或临时性构造物。抗滑挡土墙设计需要解决的主要问题是土压力计算及挡土墙的整体稳定分析问题。支挡结构上的土压力问题实际上是一个具有垂直表面并且在此表面作用有外荷载的边坡稳定问题，传统的库仑土压力理论使用的分析方法和边坡稳定方法是类似的[1]。

近年来，悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚杆挡土墙、加筋挡土墙等新式挡土墙在工程设计中得到了较多的应用,国内外专家进行了不少专题研究。尤其是锚杆挡土墙和加筋挡土墙，将传统挡土墙的优点与新技术新工艺相结合，在大幅度提高挡土墙的抗滑稳定性的同时，达到节省工程总投资、节约材料和土地的效果。锚杆式挡土墙是一种由墙面系、锚杆、回填土组成的轻型挡土结构。锚杆外端与墙面系联接，内端锚固在土体之中，墙面板所受的土压力通过锚头传至钢拉杆，再由钢拉杆周边砂浆握裹力传递至水泥砂浆中，然后再通过锚固段周边地层的摩擦力传递到锚固区的稳定地层中，以承受土压力或水压力对建筑物所施加的压力[2]。

2 锚杆（索）的研究现状

岩土工程中所使用的锚杆（索）是一种安设在岩土层中深部的受力杆件,一端与工程建筑物相连，另一端锚固在岩土层中,必要时对其施加预应力，以承受土压力、水压力或风载荷所产生的拉力，用以有效地承受结构载荷，防止结构变形，从而维护结构建筑物的稳定[3]。

预应力锚索是近20年来兴起的边坡加固新技术。预应力锚索的优良特性已为大量的工程实践所证实，但其设计理论还远远满足不了工程实践的需要。人们对于预应力锚索作用机理的认识还不甚清楚。对于影响预应力设计的一些关键问题还存在争议。现阶段有关预应力锚索的设计计算方法都比较粗略，有待进一步修正和完善，对其理论原理、设计原则和施工工艺还未进行比较深入的研究。

许多学者利用各种力学理论对锚杆的作用机制和锚固能力进行了研究分析。我国孙钧、孙学毅、李世辉、王明恕、董方庭等教授对锚杆支护机理都进行过深入研究[4]。目前，国内外很多学者都侧重于研究加锚节理岩体的模拟计算方法[5]。英国的Pande等人侧重研究了加锚节理岩体的模拟计算方法。马来西亚的L·P·Yap利用有限元法分析了拉拔力作用下岩体注浆锚杆的荷载传递机理，并且指出锚杆侧剪应力的均匀分布假设是错误的。印度的K·G· Sharma采用等效介质的方法应用黏弹塑性理论分析了岩质边坡中锚杆的加固机理。加拿大的B· Benmokran利用室内模型实验分析了锚杆的抗拔机理。GargeV·k对节理岩体中的锚杆提出了大变形有限元分析法。杨延毅、朱维申、李术才从断裂力学的角度分析了锚杆对裂隙岩体的加固机制。宋宏伟等人于2002年发现锚杆在非连续岩块的锚固中受到剪切时存在锚固岩块分离的力学现象，这种现象称为“导轨作用”。该作用使两岩块分离或出现分离趋势，使相互作用力变小甚至为零，削弱节理面的抗剪强度，对锚固效果产生负面影响。该发现对传统的锚杆作用提出了质疑。北京建筑设计总院的程良奎、范景伦等人提出了“岩土锚固墙”的新概念。

3 格构锚固体系的研究现状

混凝土格构锚固体系集传统的格构护坡和锚索(杆)加固为一体，利用钢筋混凝土格构梁进行坡面防护，并结合锚杆或锚索进行深层加固，形成一种有效的复合抗滑护坡体系。预应力锚索的锚固力是通过格构梁施加到坡体上的，坡体受压变形，必然会产生反作用力。目前通常采用日本PC工法的预应力锚索格构的计算方法和设计理论，假定地基反力是均匀分布的，故各个锚索的设计拉力是相等的。而且大多数设计很少提到其所依据的外力，几乎都是采用边坡剩余推力一种外力的计算方法，这也是不切合实际的。

目前，对预应力格构锚固的研究较少，计算方法沿用一般地基梁的算法，将格构拆成横梁和竖梁来研究和计算。现有预应力格构锚固的计算方法，主要是对预应力格构锚（杆）索的受力形式或结构形式进行简化,基于若干假设进行分析计算的，没有形成设计可普遍采用的公式和算法。倒梁法是将坡面反力视为作用在格构梁上的均匀分布的荷载，把锚索作用点看作支座，将格构作为倒置的交叉格构梁体系进行计算，并且认为横梁和竖梁是相互独立的连续梁[6]。这种计算方法忽略了巨大锚索力作用下格构梁体系的变形所引起底部反力的不均匀分布，通常使设计过于保守。

4 锚杆（索）挡土墙及桩板墙的研究现状

锚杆（索）挡土墙是利用锚杆技术形成的一种挡土结构物。它的一端与工程结构物联结，另一端通过钻孔、插入锚杆、灌浆、养护等工序锚固在稳定的地层中,以承受土压力对结构物所施加的推力，依靠锚杆与地层间的锚固力(即锚杆的抗拔力)承受土压力，维持挡土墙的平衡。按墙面的结构形式可分为柱板式锚杆挡土墙和壁板式锚杆挡土墙。柱板式锚杆挡土墙是由挡土板、肋柱和锚杆组成，壁板式锚杆挡土墙是由墙面板(壁面板)和锚杆组成。锚杆挡土墙适用于墙高较高、缺乏石料的地区或挖基困难的地段，也可用于具有锚固条件的路堑墙，对地基承载力要求不高、墙高较高时，可分级建造[7]。

20世纪70年代初，在枝柳线上首先将桩板式挡土墙应用在路堑边坡中，后来在南昆等线上应用到路堤中。由于经验的不断积累，这项技术日臻成熟，1992年铁路系统有关单位分别编制了路堑式、路肩式桩板墙通用图。为了减少锚固桩用工人数和路堤填方，后来出现了变截面式桩板墙。1994年岩质地基单线和双线路肩式桩板墙通用图的颁布，使这一形式得到了进一步推广。

预应力锚索桩板墙作为新型支挡结构，其内力计算方法在中外文献中所见甚少。但是，我国现阶段对水平推力桩、抗滑桩及预应力锚索桩内力计算研究己取得一定成果，有一定的借鉴意义和参考价值。锚索桩板墙结构的设计计算方法目前还不成熟,一般都按照预应力锚索抗滑桩的方法加以计算，而后者与承受填土压力的桩-锚-板结构是有所不相同的。结构的设计计算方法应综合考虑桩身位移、桩与填土的相互作用、预应力和土压力的关系等,在此基础上提出的设计计算方法才较为符合实际情况。我们知道，锚索桩板墙结构的设计理论与滑坡治理中的锚索桩是有很大差别的，因为该结构上的土压力与填土关系很大,而且还与结构位移有关，问题是十分复杂的，以往完全套用滑坡整治中的锚索桩的计算方法是不尽合理的，虽说有成功的工程实例，但不说明其理论完善。

[1]陈祖煜.土力学经典问题的极限分析上、下限解[J].岩土工程学报,2002,24(1).

[2]陈忠达.公路挡土墙设计[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3]周维恒主编.高等岩石力学[M].北京:中国水利水电出版社,1990.

[4]陆士良.锚杆锚固力与锚固技术[M].北京:煤炭工业出版社,1998.

[5]阎莫名,徐祯祥,苏自约主编.岩土锚固技术的新发展[M].北京:人民交通出版社,2000.

[6]王全才,李传珠,赵肃营,等.黄土滑坡锚固技术研究[J].铁道工程学报,1996,50(2).

[7]於汝山.岩质高边坡复合支挡体系研究[博士学位论文].武汉:中国地质大学,2009.