格仓式挡墙在治理滑坡中的应用
李钧民
【摘要】用于治理滑坡的重力式挡墙，由于其圬工量太大，材料确有浪费。将滑坡体上削方卸载下来的土填入连续型多格仓内的挡墙不但能增加其自重，以平衡它的水平滑移和倾覆；而且其强度也不致减弱太多，能达到治理滑坡的目的。
【关键词】滑坡治理；滑坡推力；格仓式挡墙
【Abstract】 Gravity retaining wall used for landslidecontrol is wastful in materials exactly,for its quantity of masonry is too much. The cellular retaining wall with the continuous multiple cells filled by the larth cut from the landslide slope for reducing its weight not only increases the weight of the wall itself to equilibrate its horizontal slide and overturn,but also does not reduce its strength too much to attain the goal of landslide control. 【Key words】 landslide control;landslide thrust; cellular retaining wall
0 引 言
重力式挡墙是治理一般浅层滑坡经常采用的一种结构型式，其最明显的优点是施工比较简单，因毋需特殊的施工机械。如稳定土层或岩层较浅，挡墙基础能深入其中(一般在稳定土层下≥2 m，完整的岩层面以下≥0.5 m)，滑坡推力计算结果可靠，采用重力式挡墙来治理确能收到良好的效果。其缺点为所需圬工量太大，如不加以改进，有时往往是不经济的。
笔者提出一种新颖的格仓式挡墙，利用削坡减载下来的土方填入挡墙的格仓内，以减少圬工量并增加其自重，使抗滑移和抗倾覆稳定满足要求，同时通过合理计算，其强度也不致减弱太多而能达到治理滑坡的目的。
1 抗滑挡墙所需总重量的简单分析
图1中作用于每延米挡墙上的滑坡推力；
图1 浅层滑坡示意图
F＝Ws(sin β-cos βtan φr) (1)
式中：Ws——沿挡墙每延米滑坡土体的重量，kN/m； β——滑动面与水平面的夹角，度； φr——滑带土的残余内摩擦角，度。
在治理滑坡时，由于考虑到滑坡可能已发生不止一次，为安全起见，应采用土的残余抗剪强度(sr＝cr+σtan φr)来作滑坡推力的计算，而残余粘聚力cr值又很小，可取cr≈0，故tanφr实为滑坡土体与滑床之间的摩擦系数［1］。滑坡推力F的作用点可取在滑体厚度的二分之一处，其方向平行于滑动面［2］。 为了使挡墙满足抗滑移稳定的规定，每延米挡墙的重量W应符合下式的要求：
W≥Ws(sin β-cos βtan φr)(λcos β-sin β) (2)
令 η＝(sin β-cos βtan φr)(λcos β-sin β) (3) 则W≥ηWs
式中：λ——量纲一的量，(μ为挡墙基底的摩擦系数，i为基底的倾斜度)。
关于λ值的由来，请查阅文献［3］。 从式(2)可以看出：所需挡墙的重量W随着滑波土体重量Ws、滑动面坡角β和λ值的增大而增加；φr值大，η值则减小。一般η大概为0.2～0.5。由此可见采用重力式挡墙治理滑坡，所需圬工量相当大。
2 格仓式抗滑挡墙的设计计算
格仓式抗滑挡墙的设计，也和一般的重力式挡土墙一样，必须考虑以下5个问题：①抗滑移稳定性；②抗倾覆稳定性；③墙身的强度；④地基的应力；⑤地基的整体稳定性。本节主要讲述前3个问题，其它就毋需赘述了。 2.1 格仓式挡墙的构造
如图2所示，格仓式挡墙由前后纵墙和横隔墙组成，形成连续的格仓，前后纵墙的内侧可做成半圆形，这样，当滑坡推力作用在后墙上时，一开始能起
到一圆拱的作用以抵抗此巨大推力，并将其传递至横隔墙和前纵墙，使挡墙截面能发挥其整体作用；同时考虑到格仓中填土的作用，前后墙、横隔墙中会出现拉力，如砌体的抗拉强度不足，则可配置适量的U状钢筋，两端伸入横隔墙中以承受之。所有墙体均可采用浆砌片、块石或小石子混凝土砌片、块石砌体。一般宜选用MU30以上的石材，砂浆强度等级不低于M5，小石子混凝土不低于C20。挡墙后下部设置透水的碎石盲沟，以便滑坡体中的地下水能顺利流入，并通过墙上的泄水孔流经铺设在格仓下部的碎石层，排入墙前的排水沟中。如滑坡体中的地下水有较高的孔隙水压力，也可通过水平方向的排水管来降低［4］。
图2 格仓式挡墙的构造
2.2 格仓式挡墙的结构计算 2.2.1 抗滑移稳定性验算
图3(a)所示，取相邻格仓的中心线之间的部分为计算单元，其截面的力学性质与图3(b)无异。每单元格仓内填土的截面积为：
Ae1＝d(h1+0.25 πd) (4)
图3 格仓式挡墙计算单元
砌体的截面积为：
Am＝bh-d(h1+0.25 πd) (5)
式中：b、h、d、h1应通过抗滑移稳定验算后酌定，如何具体计算，详见本文3.1。每单元基础上格仓外的填土面积为：
Ae2＝a.b (6)
每单元总的填土面积为：
Ae＝Ae1+Ae2＝d(h1+0.25πd)+ab (7)
故每单元上部砌体和填土的总重量为：
Wu＝(Aeγe+Amγm)H1 (8)
式中γe——填土的重度，kN/m3； γm——砌体的重度，kN/m3； H1——砌体的高度，m。 每单元基础的重量为：
Wf＝0.5bB(2hf1-iB)γf (9)
式中：B——基础的宽度(B＝h+2a)，m； hf1——基础靠后踵的厚度，m； γf——基础的重度，kN/m3。
图4 格仓式挡墙计算简图
为了满足抗滑移的要求，必须符合以下条件：
Wu+Wf≥bF(λcos β-sin β) (10)
2.2.2 抗倾覆稳定性验算
作用在挡墙每单元宽度b上滑坡推力的水平分力对基底前趾0点的倾覆力矩：
M0＝bF cos β(H-0.5H0-iB) (11)
式中：H0——靠挡墙处滑坡体的厚度，m。 基础对0的抵抗力矩：
格仓砌体及仓内填土对0的抵抗力矩：
Mr2＝0.5BH1(Amγm+Ae1γe) (13）
基础上格仓外填土对0的抵抗力矩：
Mr3＝Ae2γeH1(B-0.5a) (14)
滑坡推力的垂直分力对0产生的抵抗力矩：
Mr4＝bF(B-a)sin β (15)
挡墙的倾覆安全系数：
2.2.3 墙身的强度验算
格仓式挡墙墙身强度除了验算其法向应力外，还必须作剪切应力的验算。 2.2.3.1 法向应力计算［5］
一般验算墙身和基础结合处截面1-1的法向应力。此截面上总的法向力为：
N1＝AmγmH1+bFsinβ (17)
而所受弯矩为：
M1＝0.5bF(2H1-H0) cos β-hsinβ (18)
图3中挡墙一个计算单元砌体截面积Am对中心轴X-X的截面模量：
格仓式挡墙在治理滑坡中的应用解读
