锚拉式桩基托梁挡墙应用研究

锚拉式桩基托梁挡墙应用研究

方刚

重庆市市政设计研究院有限公司 重庆 400020

摘要：在复杂地质条件下，为克服大开挖阻断现状道路，坡顶位移较大，工程造价较高等传统支挡结构所面临的问题，提出锚拉式桩基托梁挡墙结构形式，通过数值模拟，研究常规挡墙结构和锚拉式桩基托梁挡墙结构的位移和内力，对比分析锚拉式桩基托梁挡墙结构的优越性，为锚拉式桩基托梁挡墙结构的应用提供借鉴。

关键词： 锚拉式桩基托梁挡墙；数值模拟；位移；内力

1 引言

在重庆地区，很多边坡地质条件复杂，边坡高度较高，坡度较陡，坡脚存在深厚土层，坡顶存在现状通行道路。在这样的地质条件下，为保证在坡顶新建道路，采用传统路基支挡结构，已经不能满足复杂地质条件的要求。

锚拉式桩基托梁挡墙由衡重式挡墙、桩基础和锚索三部分结构组成，桩基础能够很好穿越深厚土层，减小现状边坡开挖量，保证现状道路通行；同时，衡重式挡墙和锚索能够有效控制坡顶位移，保证新建道路的正常使用。工程造价相对较低。因此，对锚拉式桩基托梁挡墙应用研究是有必要的。

2工程概况

本工程东侧为原始地貌，西侧及乡村公路两侧多为素填土及杂填土覆盖地势起伏较大，地层岩性主要为第四系全新统人工填土层、河流冲积层粉土、下伏为侏罗系中统上沙溪庙组砂岩地层。

人工填土(Q₄^ml）层为第四系全新统人工填土，杂色，松散，稍湿，以碎石、卵石混粘土为主，为近期人工回填，欠固结。

粉土(Q₄^al+pl）层为第四系全新统河流冲洪积粉土层，黄色，稍密，稍湿-很湿，成分由长石、石英及云母碎屑组成，其间充填有少量的砂土。

强风化砂岩(J_2S)层为侏罗系中统上沙溪庙组砂岩，黄色-青灰色，砂质结构，层理构造，其矿物成份主要为：长石、石英、云母等，钙质胶结，岩芯风化破碎，呈薄饼状、碎块状。

中风化砂岩(J_2S)层为侏罗系中统上沙溪庙组砂岩，黄色-青灰色，砂质结构，层理构造，其矿物成份主要为：长石、石英、云母等，钙质胶结，岩体较完整，属软岩。

3支挡结构形式的选择

本文拟结合该项目对锚拉式桩基托梁挡墙和桩基托梁挡墙分别建立数值模型，对比分析锚索施加前后挡墙的位移、桩基位移，桩身内力、锚索轴力的变化。比选出合理的支挡结构形式。

3.1设计参数

根据地勘报告，边坡开挖有限元分析计算参数如下表：

本文采用Midas GTS NX软件进行数值模拟，分析中边坡岩体看作理想的弹塑性体，屈服准则采用摩尔-库伦准则，平面单元采用四边形平面应变单元。桩基础和锚索采用植入式梁单元，保证节点自动耦合。模型边界的确定原则：边坡左右边界距离为边坡高度3倍，上下边界总高度不低于2倍坡高。

3.2锚索设置前后桩基托梁挡墙受力分析

此路基支挡结构采用锚拉式桩基托梁挡墙，上部衡重式挡墙高11.2m；承台高1.5m，宽7.5m，10m为一段；桩基础2排桩直径1.5m，桩长13，前后排距4.5m，纵向桩心间距5.5m，桩基础嵌入中风化岩层长度不低于6m。锚索采用22束7× 15.2型，锚固段长度16m，自由段长度12m，锚孔直径250mm，水平间距2.5m，与水平面夹角为20°，锚头设置于墙趾前的锚墩处。

3.2.1 桩基位移

图3.1 有锚索前后排桩位移图 图3.2无锚索前后排桩位移图

锚索施加前后，桩身位移在桩顶最大，沿着桩长方向依次减小。锚索施加前，前后排桩顶位移为23.67mm。锚索施加后，前后排桩顶位移为5.8mm，比无锚索时显著减小，减小幅度为75.1%。同时，前排桩的位移曲线基本相同，曲率也基本相同，锚索对桩身位移起到变形协调作用，调整前排桩位移，使二者基本吻合。

3.2.2 桩身弯矩

图3.3 有锚索前后排桩弯矩图 图3.4无锚索前后排桩弯矩图

桩基础沿桩长方向弯矩呈两端小、中间大的趋势。无锚索时，后排桩桩顶弯矩为-83.64kN·m，由于顶部承台的限制作用，

弯矩为负，3m桩深处弯矩最大；前排桩在7m桩深处弯矩最大。锚索施加后，后排桩桩顶弯矩为-72.04kN·m。4m桩深处弯矩最大，比无锚索时减小了71.9%；前排桩在7m桩深处弯矩最大，比无锚索时减小了74.3%。

4结论

对比常规不设置锚索的桩基托梁挡墙，设置锚索后，桩基位移、桩身弯矩都有显著减低，锚索对调节前后排桩的位移和弯矩起到有效作用。

在复杂地质条件下，锚拉式桩基托梁挡墙能够减小现状边坡开挖量，保证坡顶现状道路通行；同时能够有效控制坡顶位移。保证新建道路的正常使用，降低工程造价。因此，在复杂地质条件下，锚拉式桩基托梁挡墙最合理的支挡结构形式。

参考文献：

[1] 李海光. 新型支挡结构设计与工程实例[M]. 北京:人民交通出版社, 2004

[2] 程良奎.中国锚固技术的应用与发展.岩土锚固工程技术的应用与发展(国际岩土锚固工程技术研讨会论文集)[C].万国学术出版社, 1996.11