摘要：随着我国现代化建设事业的不断发展，公路、铁路和建筑工程的大规模修建，使得建设项目中的高边坡等岩土工程项目急剧增加。而如何解决高边坡与复杂的地形地质条件之间的矛盾已成为亟待解决的问题。近年来锚杆技术的发展，已在边坡支护、围岩锚定、滑坡整治、洞室加固、基坑支护等工程中广泛应用，具有安全、实用、经济等特点。其中锚杆挡土墙也在铁路、公路及建筑工程中大量应用，使用情况良好。因此锚杆挡土墙在高边坡防护上有着广阔的应用前景。
现在我市城市工程的建设，已从中东部的举水河冲积平原发展到西部的丘陵地带，由于建设场地的限制，工程建设中不可避免地要出现一些高边坡。特别是针对由于场地平整，位于山坡上的高处路基临近陡峭地形，如不设挡墙，路基边坡高达十几米，无法保证建设工程本身使用安全、路基的稳定和安全，因此应进行边坡支护。由于早期笨重的重力式圬工挡土墙工程量巨大，不仅不经济，同时也因其自重较大，地质因数考虑较高，本身就存在有不利因数，高边坡支护一般宜采用锚杆挡土墙。锚杆挡土墙与一般重力式挡土墙相比，墙高可不受限制，可改善施工条件，降低劳动强度，实现挡护工程的机械化、装配化，施工比较灵活、方便。所以，在一些困难地段采用新型的锚杆挡土墙也就变得很有必要了。
1.锚杆挡土墙应用的局限性
目前挡土墙的设计方法一直沿用库伦土压力理论和公式计算出作用于墙背的土压力。虽然库伦土压力理论具有计算简便较能适用各种复杂情况和计算结构较接近实际等优点，但库仑土压力理论有其适用范围。库伦土压力理论仅适用刚性挡土墙。对于锚杆式挡土墙，由于墙后岩土层中锚杆的存在，造成比较复杂的受力状态，土压力计算至今没有得到较好的解决。目前设计中大多仍按库伦土压力理论进行近似的计算。对在国内修建锚杆挡土墙成功的例子进行调查，实施二级锚杆挡土墙成功的较多，而三级锚杆成功的例子较少。再结合本人所设计的锚杆挡土墙均在二级以内，并且都极为成功。为了不给工程留下安全隐患，本人推荐选用二级锚杆挡土墙，最大高度不超过15m。
2.地质条件
麻城市思源学校是麻城市教育局重点学校，拟建场地为剥蚀残丘和山间冲沟地貌，整平后学校教学区场地地面高程为60.00m，而学校院墙外地面高程分别介于65.00-72.00m，最大高差12m，紧邻东院墙为通村公路，紧邻北院墙为金盛路，是规划中的一条主要街道。由于场地条件限制，不可能采取放坡，又必须保证学校使用安全和周边道路的安全，学校和我公司经几种方案比较，优选采用锚杆挡土墙处理。
在边坡开挖范围内主要土层分述如下：
含砾粉质粘土（Qal+dl）：
灰黄-黄褐色，硬塑。含有高岭土团块时呈浅灰色。含有少量卵砾石，粒径1-6cm，含量5-15％，次圆状。属中压缩性土层。
强风化砾岩（K-E）：
红褐-浅紫红色，中粗粒结构，泥质胶结，块状构造。粒径0.2-2cm，含量15-20％，卵石多为片麻岩质、石英质，次圆状。岩芯破碎手捏能破碎成颗粒或碎块状，岩石遇水较易软化，具软质岩石的特征。
3.挡结构的设计
3.1锚杆式挡土墙方案。
(1)锚杆采用强度等级为1860MPa的钢铰线，间距2500mmx2000mm(垂直x水平)，锚杆成孔直径为130mm，水平倾角为20o。
(2)面层采用浇灌C20混凝土，边坡上部、下部厚度均为200mm，内配双层钢筋网。
(3)框架柱梁截面尺寸为400mmx400mm，亦采用浇灌C20混凝土。锚杆设置于水平框架梁与竖向框架梁的交点。
(4)框架梁底部设置基础梁，以支承框架梁重量。
(5)对于局部坡体为中风化砾岩，采用岩钉支挡。岩钉采用1Φ28钢筋，间距2500mmx2000mm(垂直x水平)，成孔直径为100mm，长度为4m。水平倾角为15o。面层采用现浇C20混凝土厚100mm。
(6)竖向框架梁在坡顶的悬臂部分，悬臂高度大于2.5m时，构造上设置一排土钉以限制坡顶变形。土钉采用1Φ28钢筋，水平间距2000mm，成孔直径为100mm，长度为12m，水平倾角15o。
(7)锚杆端部采用现浇C20混凝土锚墩进行防腐包裹，锚墩尺寸为250mmx250mmx200mm。
(8)框架梁方格中心设置Φ75PVC泄水管，泄水管长度为1000mm。
(9)面层及框架梁每隔20m设置一条竖向的伸缩缝，缝宽70mm。
3．2支挡结构上的力系
支挡结构上的力系可分为三部分：恒载(永久荷载)，包括主动土压力和挡土结构自重；活载(可变荷载)，主要为地面附加荷载产生的侧压力；偶然荷载(地震作用)，包括地震水平荷载和垂直荷载。
3.3土压力计算
土压力计算采用库伦土压力理论。地震情况下采用物部冈部法计算地震主动土压力，按7度设防。
3.4支挡结构计算
(1)面层按支承于框架梁上的双向板按弹性理论进行计算。
面板上的永久荷载为主动土压力，分项系数取1.2。
活荷载为地面附加荷载产生的侧压力，分项系数取1.4。
面板上的三角形分布荷载按固端弯矩相等的原则化简为均布荷载。
(2)锚杆力取竖向连续梁和水平连续梁的梁端剪力之和。
锚杆力确定之后，就可进行锚杆体选筋及锚固段长度的确定。
因工程锚杆破坏后果严重，且有公共安全问题，按《土层锚杆设计与施工规范》(CECS22：90)取锚杆的安全K=2.2。同时，在锚杆体选筋计算时应适当考虑锚杆体锈蚀的影响。
(3)基础梁按柱下条型基础计算。
(4)抗震验算
该工程所在地设防烈度为6度，考虑到教育工程，提高到7度，同时考虑水平地震作用与垂直地震作用。水平地震系数KH=0.1，垂直地震系数KV=2/3KH=1/15。地震产生的侧压力增量的分项系数取113。地面附加荷载产生的侧压力不参与组合。
抗震验算包括：面层的抗震验算、连续梁的抗震验算、锚杆的抗震验算。
(5)分层开挖的整体稳定性按Bishop条分法验算。每步开挖时均应计算整体稳定性。要求每步开挖时整体稳定安全系数大于1.25。边坡开挖到底时整体稳定安全系数大于1.
(6)挡土结构的位移采用三节点有限单元法计算。计算时将土体视为均质连续的线弹性体。
4.支挡结构施工
本工程施工历时3个月，土方开挖及边坡支挡结构施工过程中对边坡位移进行了监测。坡顶的沉降监测值均小于10mm。坡底的隆起值则远小于计算值，分析原因可能是下部土体的回弹模量取值偏小，建议计算坡底隆起时将坡底部的回弹模量适当增大。边坡的水平位移监测值最大为40mm远大于计算值。分析原因如下：水平位移发展最快时均在锚杆的注浆期间，在注浆后一至两天内，坡顶均出现肉眼可见的裂缝。即水平位移主要由注浆施工引起，注浆施工完成后坡顶裂缝立即收敛。在注浆施工过程甚至出现坡顶冒浆的现象。建议在边坡土体裂缝较发育的土层，计算坡顶水平位移时适当考虑注浆施工的影响。本边坡从施工完成至今一直未发现任何问题，坡体的位移发展已几乎完成。锚杆的预应力变化也已趋于稳定。
5.在岩石中设置描杆需注意的问题
灰浆和岩石之间的容许粘着力取决于完整岩石的抗压强度、岩石中节理和裂缝的尺寸间距，受钻头影响的岩石的销结性，以及岩孔表面的洁净度。大直径或宽厚的园环空间，由于灰浆收缩减弱粘着力。如果采用膨胀性砂浆，则能取得较好效果。
在设计锚杆时，灰浆和岩石的粘着力是关键因素，宁可增加锚固长度而不增加钻孔的直径，以便获得应有一的容许值。
在硬岩石中，锚杆的最大拉伸发生在粘着段的顶部，致使锚杆与岩石顶部发生局部粘着力破坏，引起岩石小锥体被拉出，其结果使相继破坏向下伸展到锚固的底部。为避免上述现象发生，一般在国外采用在锚杆上都加护套，来阻止岩石锥体拔出，同时，整个灰浆柱体受压，从而使柱体和周围的岩石粘结起来发挥抗拔作用。
设置锚杆时要注意岩层水平分层状态，倾斜层理面和层理裂缝方向，岩层厚薄相间影响等。
结论
(1)边坡采用锚杆式挡墙支挡结构，并采用上述的计算方法是可行的。
(2)面层和框架梁均采用浇灌混凝土既方便施工又节省工程造价。
(3)永久性边坡应考虑抗震的影响。
(4)边坡稳定性计算采用Bishop条分法是可行的。
(5)考虑边坡耐久性的要求，框架梁的裂缝宽度应≤0.2mm。
(6)边坡的位移计算应考虑施工因素的影响。
总之，锚杆挡土墙具有用料省、占地少、功效快、施工方便，锚杆对边坡的扰动小；预应力锚杆可控制结构的变形等优点，随着锚杆技术的进一步发展，锚杆挡土墙将在铁路、公路路基工程及建筑工程等岩土工程中将得到更广泛的应用。
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