某水利枢纽进场路预应力锚索桩板式挡墙的设计

某水利枢纽进场路预应力锚索桩板式挡墙的设计

刘顺贾平霞王研

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5m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》(JTGD62-2004)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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