格构式锚杆挡墙体系中格构梁跨度影响因素

俞美华 宁万辉

(1.湖北地环岩土工程有限公司，湖北 荆州 434000； 2.武汉铁路局荆门桥工段，湖北 宜昌 443000)

1 概述

格构式锚杆挡墙由锚杆和纵横梁组成边坡永久性支护结构，不仅能够严格控制边坡坡体的变形，还能在格构梁内喷播植草，美化环境，在铁路、公路、水利、市政等各行业应用广泛。近年来格构梁的跨度，即纵梁的跨度根据规范及经验取值，跨度一般为3 m～5 m，2 m或6 m的跨度一般较少采用。跨度取值不合理，不仅会增加工程造价，还会酿出工程质量事故。本文从三个方面，即格构梁设计、群锚效应及岩土体挤压效应综合确定跨度的最优值。

2 格构梁设计的影响

格构梁内力(弯矩的作用较大)一般要求结构相同处越均匀越好，因此设计时以此为准则。格构梁的跨度对其内力分布有重要影响，内力计算决定着它的配筋，配筋满足与否又决定着整个体系对边坡的加固情况，因此，分析格构梁的跨度有其必要性。为了研究格构梁跨度对其内力的影响，以平面体系为研究对象，需建立如下参数模型，如表1所示。

表1 研究格构梁跨度对内力影响时弹性地基梁计算模型参数

建立以上模型，采用理正软件进行计算与分析。

格构梁自由段的长度，按照已有的研究成果，取0.3L。这样得出的模型平面图见图1。

如图1所示，锚杆作用力简化成节点处的集中力。为了便于描述格构梁内力，将模型平面图的各部位称谓进行统一，如图2所示。

计算时采用弹性半无限空间地基模型，不考虑梁的自重，荷载与活载的分项系数均设为1。计算结果见表2及图3。

表2 各跨度时格构梁的内力

由表2可知，边支座的正弯矩要大于跨中的负弯矩绝对值，配筋时应按照最大弯矩来合理配筋。格构的弯矩值随着跨度的增大而增大，剪力值不敏感。而且随着跨度从2 m增大到4 m，边支座的弯矩和中支座的弯矩值逐渐接近；从4 m再增大到6 m，边支座的弯矩和中支座的弯矩值逐渐拉开。2 m跨度时梁支座的弯矩幅度相差5%，4 m跨度时弯矩幅度相差0.3%，6 m跨度时弯矩幅度相差1.8%。因此，从图1～图3可看出当格构跨度为4 m时，支座弯矩分配最均匀，同时自由段的长度可取1.2 m。

3 群锚效应的影响

锚杆的间距即格构梁的跨度，作为锚杆设计的重要环节之一，对格构式锚杆挡墙设计影响重大。如果锚杆间距过大较为稀疏，则单根锚杆的锚固力过大，由此造成应力集中现象；如果锚杆间距过小较为密集，又会发生群锚效应而降低单根锚索锚固的作用。

群锚效应就是因为岩土体内部的应力场叠加而形成的，工程实践中为了减小群锚效应，一般以剪应力的影响范围来确定锚杆的间距[1]。

结合多年理论与实践研究，各国对锚杆的最小间距都做出了部分规定：日本规定最小间距在1.5 m以上；美国规定最小间距取内锚固段直径的6倍以上；我国规范也规定锚杆的最小间距不得小于1.5 m。

同时在日本建筑标准结构设计标准(1974)的规范中明确规定，群锚ls最小间距应满足(见式(1))：

(1)

式中：r——锚固段的平均半径，m；

l——锚固段长度,m；

ls——锚杆最小间距。

对于锚杆最大间距，也应做出限制，结合我国多个工程分析研究，锚杆的最大间距，文献[1]建议一般间距不宜大于4 m。

由以上内容可知，锚杆间距一般要大于最小锚杆间距ls，不宜大于4 m。

4 岩土体挤压效应的影响

锚杆在被加固边坡岩土体中会形成一定厚度的挤压带。从边坡稳定性的角度出发，它既要求潜在滑面落在挤压带以内，又要求具有较厚的挤压带。根据锚固力在岩土中的扩散传递可知，挤压带的厚度主要取决于锚杆长度及其间距，其厚度一般应为2/3锚杆长考虑[2]。有试验结果表明，岩土体受挤压作用沿格构梁底部和锚固段中部呈倒锥形破坏，角度为60°～90°[3]。假定格构梁宽度a范围内压力均匀分布(如图4所示)，则格构梁间距S可由式(2)求出，锚杆总长度等于挤压带厚度、两端挤压锥厚度及锚固段1/2长度之和。锚固段长度为L0，L0一般为(0.3～0.5)L[4]，且L0≤10 m。

(2)

式中：L——锚杆总长度，m；

a——格构梁压力均匀分布宽度，m；

S——格构梁间距。

应力愈大的锚杆，由于局部岩土体受力大，锚索长，故取较小值，反之则取较大值。工程应用中若能准确的判断挤压锥的扩散角度以及挤压带的厚度，则按上述理论分析可得到较合理的格构梁跨度。在缺乏确切数据的情况下及正确指导方法的时候，建议格构梁跨度在(2.5～5.0)m范围内取值。

5 结语

综合以上格构梁自身设计的影响、群锚效应的影响及岩土体挤压效应的影响三方面对格构梁跨度进行研究时得出：在不具备实验条件及无法获得正确数据的前提下，根据国内外经验参数，格构梁的跨度建议在3 m～5 m范围内寻求最优值。