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锚杆支护体系
1.结构形式
锚杆支护体系由挡土墙结构物与土层锚杆系统两部分组成，如下图1所示。

1— 锚杆（索） 2—自由段 3—锚固段 4—锚头 5—垫块 6—挡土结构
图2-1 灌浆土层锚杆系统的构造示意图
根据挡土结构的不同目前我国常见的锚杆式挡土墙分为肋板式、格构式、排桩式锚杆挡墙。灌浆土层锚杆系统由锚杆（索）、自由段、锚固段及锚头、垫块等组成。
2.支护原理
锚杆是一种新型的受拉杆件，它的一端与工程结构物或挡土墙联接。另一端锚固在地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、侧倾力或挡土墙的土压力、水压力，从而利用地层的锚固力维持结构物的稳定。
3.计算方法
3.1墙背土压力及分布
（1）墙背土压力的计算：锚杆挡土墙墙面板所受的土压力系由墙后填料及外荷载引起。为简化计算,一般仍按库仑主动土压力公式计算,然后根据试验资料,乘以增大系数（一般为1.0~1.2,）。但是,锚杆挡土墙后一般为岩体,岩体产生的土压力用库仑公式是不够的,根据现场经验,结合岩体的节理、裂隙、岩层的风化程度等合理选用,有条件时亦可用岩石力学分析方法进行核算。分级锚杆挡土墙的土压力可按延长墙背法计算。计算上级各级构件时,视下级墙为稳定结构,可不考虑下级墙对上级墙的影响,墙背摩擦角可用。
（2）土压力分布：填方锚杆挡土墙和单排锚杆的土层锚杆挡土墙，或挡土墙高度较小，未采用逆作法施工，可近似按库伦土压力理论取为三角形分布；对于岩质边坡以及坚硬、硬塑状粘性土和密实、中密砂土类边坡，当采用逆作法施工的柔性结构的多层锚杆挡墙时，侧压力分布可近似按图2确定，图中可按式（1）（2）计算：
对于岩质边坡： （1）
对于土质边坡： （2）
式中：—侧向岩土压力水平分力标准值；
—侧向岩土压力合力水平分力标准值；
—挡墙高度。

图2 锚杆挡墙侧压力分布图
3.2 肋柱、锚杆的内力计算
岩质边坡以及坚硬、硬塑状粘性土和密实、中密砂土类边坡，锚杆挡墙，立柱和锚杆的水平分力可按下列规定计算：
1 立柱可按支撑于刚性锚杆上的连续梁计算内力；当锚杆变形较大时立柱宜按支撑于弹性锚杆上的连续梁计算内力；
2 根据立柱下端的嵌岩深度，可按铰接端或固定端考虑；当立柱位于强风化岩层以及坚硬、硬塑状粘性土和密实、中密砂土内时，其嵌岩深度可按等值梁法计算。
除坚硬、硬塑状粘性土和密实、中密砂土类外的土质锚杆挡墙，结构内力宜按弹性支点法计算。当锚杆点水平变形较小时，结构内力可按静力平衡法或等值梁法计算。
当锚固点变形较小时，钢筋混凝土格构式锚杆挡墙可简化为支撑在锚固点上的井字梁进行内力计算；当锚固点变形较大时，应考虑变形对格构式挡墙内力的影响。
3.3锚杆受力
作用于肋柱上的侧压力由锚杆承受。锚杆为轴心受压构件,若每层锚杆所受拉力为 ,肋柱的支点反力为 ,截取肋柱的任意支点 ,如图2 所示。

图2 锚杆受力示意图
则：
式中：—为肋柱的竖向倾角；
—为锚杆的水平倾角。
3.4挡板计算
根据挡板与立柱连接构造的不同，挡板可简化为支撑在立柱上的水平连续板、简支板或双铰拱板；设计荷载可取板所处位置的岩土压力值。岩质边坡锚杆挡墙或坚硬、硬塑状粘性土和密实、中密砂土等且排水良好的挖方土质边坡锚杆挡墙，可根据当地经验考虑两立柱间岩土形成的卸荷拱效应。
4.适用条件
1.下列边坡宜采用排桩式锚杆挡墙支护：
（1）位于滑坡区或切坡后可能引起滑坡的边坡；
（2）切坡后可能沿外倾结构面滑动、破坏后果严重的边坡；
（3）高度较大、稳定性较差的土质边坡；
（4）边坡滑塌区内有重要建筑物基础的Ⅳ类岩质边坡和土质边坡。
2.在施工期稳定性较好的边坡，可采用板肋式或格构式锚杆挡墙。
3.对填方锚杆挡墙，在设计和施工时应采取有效措施防止新填方土体沉降造成的锚杆附加拉应力过大。高度较大的新填方边坡不宜采用锚杆挡墙方案。

5．参考经济条件
设某一岩质边坡，由弱风化泥岩组成，岩体天然、饱和单轴抗压强度标准值分别为6.85、4.22，块体密度平均值：25.7；抗拉强度平均值0.42；粘聚力平均值：1.80，内摩擦角平均值：，等效内摩擦角为。支挡结构墙背与水平面的夹角，坡顶水平，坡顶均布荷载30。
现列出不同高度情况下，影响最终造价的主要工程量，以期获得锚杆挡墙的比较经济的适用高度
（1） 边坡高度为4m时，二排锚索
4m高边坡主要工程量表
工程项目
单位
数量
单价
金额
肋柱
C20混凝土

4.82
1200
5760
I级钢筋
t
0.37
8000
2960
挡土板
C20混凝土

19.44
1200
23328
I级钢筋
t
1.215
8000
9720
锚杆、钻孔
I级钢筋(锚杆)
t
0.296
8000
2368
钻孔(60mm)
m
90 (直径60mm)
70
6300
总计：50436元，表面积单位造价：467，每延米造价：1868
（2） 边坡高度为6m时，三排锚索
6m高边坡主要工程量表
工程项目
单位
数量
单价
金额
肋柱
C20混凝土

7.24
1200
8688
I级钢筋
t
0.57
8000
3192
挡土板
C20混凝土

29.12
1200
34992
I级钢筋
t
1.98
8000
15840
锚杆、钻孔
I级钢筋
t
0.4
8000
3200
钻孔

m
161 (直径60mm)
70
11270
总计：77882，表面积单位造价：480，每延米造价：2884
（3） 边坡高度为8m时，三排锚索
8m高边坡主要工程量表
工程项目
单位
数量
单价
金额
肋柱
C20混凝土

9.72
1200
11664
I级钢筋
t
0.81
8000
6480
挡土板
C20混凝土

42.06
1200
50472
I级钢筋
t
2.67
8000
21360
锚杆、钻孔
I级钢筋(锚杆)
t
1.1
8000
8800
钻孔(60mm)
m
231 (直径100mm)
130
30030
总计：120806，表面积单位造价：559，每延米造价：4474
(4) 10m高边坡主要工程量表，四排锚索
12m高边坡主要工程量表
工程项目
单位
数量
单价
金额
肋柱
C20混凝土

14.48
1200
17400
I级钢筋
t
1.21
8000
8880
挡土板
C20混凝土

49.32
1200
59184
I级钢筋
t
3.48
8000
27840
锚杆、钻孔
I级钢筋
t
2.37
8000
18960
钻孔

m
371(直径100mm)
130
48230
总计：180294，表面积单位造价：667.7，每延米造价：6677
(5) 12m高边坡主要工程量表,五排锚索
12m高边坡主要工程量表
工程项目
单位
数量
单价
金额
肋柱
C20混凝土

15.06
1200
18072
I级钢筋
t
1.12
8000
8960
挡土板
C20混凝土

51.25
1200
61500
I级钢筋
t
3.72
8000
29760
锚杆、钻孔
I级钢筋
t
7.85
8000
62800
钻孔

m
371(直径110mm)
150
55650
总计：236742，表面积单位造价：730，每延米造价：8768

图3 不同边坡高度情况下单位面积造价走势图
从图中可以看出，随着锚杆挡墙高度的增加，单位面积的工程造价也随之增加，高度12m的单位面积造价比高度为4m的增加了56%。分析影响造价的主要因素可知随着挡墙高度的增加，土压力增加，锚索拉力增大，进而钻孔直径也增大。同时所需锚索的长度急剧增加。挡墙高度越高锚杆施工费用占用的比重越大。所以锚杆挡墙适用于每阶高度小于8m，同时大于4m的情况。因为如果小于4m，采用其他支护方式会更经济。
6.工程实例
一 工程概况
重庆国际集装箱码头有限责任公司拟在重庆市江北区寸滩港区兴建重庆港主城港区寸滩作业区二期工程食堂. 按设计高程整平后，在地下车库北侧形成高之间将形成高3.50-13.7m，长约58m的岩土质边坡。其土质部分为素填土组成，厚度约0.20-2.0m，岩土界面倾角为5°-10°，较为平缓，稳定性较好；岩质部分由中等风化砂泥岩组成，存在两组结构面。
二、稳定性分析
根据边坡坡向、岩层产状及裂隙组合，对岩质段做赤平投影图如下分析：根据基坑北侧边坡赤平投影图可知：边坡坡向与Ⅰ组裂隙呈反向相交，Ⅰ组裂隙对边坡的稳定性影响小；岩层产状和边坡斜交，岩层产状对边坡稳定性影响小；Ⅱ组裂隙与边坡斜交，Ⅱ组裂隙对边坡稳定性影响小；边坡受岩层产状及Ⅱ组裂隙形成楔形体（产状147°∠43°）与边坡小角度（21°）相交，楔形体对边坡稳定性影响大，局部可能出现掉块。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2012）附录A判定边坡岩体类型属Ⅲ类。砂岩破裂角取65°，泥岩破裂角取64°。由于边坡高度较高，边坡大于8米直立边坡可能处于欠稳定状态。
三、设计参数
岩体力学指标是根据岩石试验成果，乘以折减系数取得。折减系数按重庆地方经验及《建筑边坡工程技术规范》（GB50330－2002）表4.5.4取值：岩体抗拉强度按0.30折减，岩体内摩擦角标准值以岩石内摩擦角标准值按0.85折减，岩体内聚力标准值以岩石内聚力标准值按0.30折减，岩体变形模量标准值以岩石变形模量标准值按0.7折减确定。其岩体参数取值如下表6：
表6 岩体物理力学统计指标
名称
天然
重度kN/m3
天然抗压强度标准值(Mpa)
饱和抗压强度标准值(Mpa)
承载力特征值(Kpa)
基底摩擦系数
抗拉强度 (Mpa)
内聚力c (MPa)
内摩擦角
φ
变形模量(MPa)
强风化泥岩
24.50*
/
/
300*
0.30
/
/
/
/
中等风化泥岩
24.97
6.33
4.41
2215.5
0.35
0.123
0.78
31.96
1308.30*
强风化砂岩
24.00*
/
/
400*
0.40
/
/
/
/
中等风化砂岩
24.23
19.56
14.33
5015.5
0.50
0.309
1.593
33.73
2535.40*
备注：边坡岩体等效内摩擦角标准值：Ⅲ类边坡取50°，Ⅳ类边坡取35°
四、方案选取
以《重庆港主城港区寸滩作业区二期工程食堂岩土工程勘察报告(直接详勘)》 中7-7＇剖面为控制截面。 采取板肋式锚杆挡墙进行支护，其正面图和控制界面剖面图见图4和图5。
（1） 肋柱截面为300×400mm，肋柱上每孔锚杆内布设3根直径25的HRB400钢筋，锚孔直径110mm，与水平面夹角为15°,均采用全粘结形锚杆，锚入破裂线外不小于3.5m；孔内灌注M30水泥砂浆，注浆压力拟为0.2Mpa。
（2） 喷射混凝土面板厚200mm，混凝土强度C25，嵌入地表以下300mm。本段边坡应严格采用逆做法施工，分级分段开挖，每级开挖高度不大于2.5m，每段开挖长度不大于20m。
（3） 锚杆挡土墙顶面设置钢筋混凝土横联梁，截面尺寸300×500mm。
（4） 为防止爆破振动和爆破飞石对公路运输和行人的危害，石方开挖采取控制爆破及排架防护措施，边坡形成后自上而下及时喷射3cm厚C20混凝土，初步封闭边坡。

图4 北侧边坡正面图

图5 7-7剖面图

五、施工工艺要求及施工注意事项
1.锚杆挡土墙的施工质量关键—锚杆的施工质量
（1）施工时应进行现场拉拔实验，以验证孔壁之间的极限抗剪强度是否达到设计值。
（2）钻孔：钻孔必须满足设计图上的孔径、深度及孔斜度的要求，成孔后应及时安装锚杆并灌浆。钻孔过程中要密切了解锚固段的岩性及厚度。遇到风化严重或软弱夹层，可采用套管跟进等方式，以免塌孔或卡钻。
（3）清孔：钻孔钻完后用清水对钻孔内进行充分清洗，以便将岩粉等排出孔外，然后将孔内积水排干净。当用水清洗影响锚固段强度或者岩土稳定时，则应用高压风吹净。
（4）安装钢筋：伸入的钢筋应先除锈，若在两根以上则应将钢筋点焊成束，并焊支架。插入时将灌浆管与锚杆钢筋同时放入钻孔底部，如钻孔内有套管，则伸入钢筋后将套管拔除。
（5）砂浆配合比：为了使砂浆强度达到300以上需预做试件实验，一般情况宜采用灰砂比1:1，水灰比0.4~0.6,500号硅酸盐水泥和砂配合。
（6）灌浆：用一根直径20mm左右的钢管或内径相近的胶皮管做导管，一端与压浆泵连接，另一端与锚杆钢筋同时送入钻孔底部，这样自孔底灌起，随砂浆的灌入，逐步将灌浆管往外拔并可将孔内的水和空气挤出孔外，以保证灌浆质量。
2．肋柱和挡土板
（1）肋柱式锚杆挡土墙应自上而下分级施工。使坡面光洁规整，及时喷射3cm厚的C20混凝土，初步封闭坡面，防止风化。应做到快速开挖、快速封闭。
（2）安装模板前，用高压风或水冲洗已喷浆岩面，清除泥垢。
（3）浇筑混凝土厚度采用钢筋内撑，保证面板厚度。
（4）对机具设备、风、水、电等，应提前进行全面检查和试运转。
六、工程效果及评价
（1）工程效果：经过雨季的考验，工程效果良好。
（2）工程评价：由于场地内自然边坡高尔陡，开挖困难，且左侧坡顶有一公路，采用板肋式锚杆挡土墙的优点是逆作法施工队边坡扰动小，不会由于边坡的垮塌影响左侧公路。与土钉墙相比锚杆间距较大，钻孔数量少，施工方便。