长江堤防深层搅拌水泥土防渗墙设计指标探讨

发表于2007-09-23 993人浏览 1人跟帖总热度:10

筑龙币+0

摘要：在长江重要堤防隐蔽工程的垂直防渗施工工法中，深搅水泥土防渗墙工法占多数。对深层搅拌水泥土防渗墙的有关设计指标应包括：防渗墙厚度、渗透系数、抗压强度和允许比降等，在长江堤防深层搅拌水泥土防渗墙设计指标中渗透系数是控制性指标，因此防渗墙渗透系数在１０－６ｃｍ／ｓ时，量级、厚度不小于０．２ｍ是合适的，以水泥土９０ｄ龄期的抗压强度作为标准强度，防渗墙抗压强度设计值不低于０．５ＭＰａ，允许比降可以不作为控制性指标。
关键词：长江堤防深层搅拌水泥土防渗墙设计指标
　　　一、深搅水泥土防渗墙功能和材料特点分析
１．深搅水泥土防渗墙结构和功能
深搅水泥土防渗墙是由水泥土搅拌桩多桩搭接而形成连续密实的墙体。水泥土搅拌桩加固地基是通过每一个独立桩组成的桩群来实现的，防止堤防渗透破坏则需要建立起连续完整的桩墙（即深搅水泥土防渗墙），从这个意义上讲，将搅拌桩技术用于防渗要比加固地基的要求高，难度也大。与水泥土深层搅拌桩不同，深搅水泥土防渗墙的主要功能是在截渗或增加渗径，提高堤防的抗渗能力，深搅水泥土防渗墙本身不是传统意义上的承载结构，故防渗墙应达到的主要性能指标也与加固地基的搅拌桩不同，讨论防渗墙设计指标时应围绕堤防工程特点和防渗要求进行。
深搅水泥土防渗墙技术大规模应用于水利工程是近几年的事情，防渗墙的设计内容包括墙体位置、墙体深度、墙体厚度以及墙体材料物理力学参数（渗透系数、抗压强度、允许渗透比降）和相应的水泥掺量等。其中防渗墙位置、深度以及水泥掺入量视深搅水泥土防渗墙的功能要求和施工条件等因素的不同而定。为简化起见，本文主要针对堤基防渗墙的设计指标进行讨论，重点对防渗墙渗透系数、厚度、允许比降和强度指标的合理范围进行较为深入的探讨。堤身防渗墙如果是用于隐患处理（如切断堤身内的横向裂缝或生物洞穴），则应针对性地考虑其设计指标，这里不做讨论。长江重要堤防的断面为：顶宽一般为８～１０ｍ，堤身高度在６～１０ｍ之间，内外坡比均为１∶３。设计水头一般在８ｍ以下。长江堤防除个别堤段有新培土（新培土层一般不超过２ｍ），绝大多数为老堤，已有数百年的历史，在以下的讨论中均指的是老堤的加固工程，并且认为老堤已经完成固结过程。
２．水泥土材料特性概述
根据大量试验研究结果可知，影响水泥土的抗渗性能和力学性能的主要因素有：水泥掺量和水泥标号，被加固土质特性和含水量，拌和程度，成型环境和龄期。下面重点讨论水泥土抗压强度与龄期的关系以及水泥土的破坏机理等，它们直接影响抗压强度的设计取用值。
水泥土的抗压强度随龄期的增加而增加，渗透系数随龄期的增长不断变小。长江堤防的几种常见土质类型，如淤泥、粉质黏土、壤土、极细砂等，在掺入水泥后的抗压强度随龄期增长的规律有一定的差异。室内试验结果表明：粉细砂、粉土、粉质黏土在实验室条件下制备的水泥土，不同龄期的抗压强度的大致比例（以９０ｄ龄期的强度为比较基准１）为：２８ｄ龄期为０．５～０．７；１８０ｄ龄期为１．１～１．３。水泥土抗压强度设计取值究竟应采用何种龄期的指标为标准，应根据水泥土力学性能的龄期特性以及防渗墙的施工进度和实际承载时间等综合考虑。长江堤防工程深搅水泥土防渗墙的施工主要在非汛期进行，防渗墙竣工后至汛期承担设计水头还有一段时间。因此，考虑到长江堤防工程深搅水泥土防渗墙的施工进度、防渗墙实际的承载时间以及水泥土材料的特性等综合因素，本文建议深搅水泥土防渗墙抗压强度设计值取用９０ｄ龄期的抗压强度值。
室内试验结果表明，在单轴压缩条件下，水泥土呈现压缩破坏；在三轴剪切试验中，水泥土则呈现剪切破坏，有清晰的剪切面。堤防工程深搅水泥土防渗墙处于堤身和堤基内部，承受一定的围压作用，其力学破坏类型为剪切破坏。因此，用剪应力水平来评价深搅水泥土防渗墙的力学稳定性更为合理。
二、水泥土防渗墙抗渗透性指标的合理范围
１．深搅水泥土防渗墙渗透系数
从堤防加固工程中防渗墙的功能看，其防渗功能是第一位的。所以墙体的抗渗透性能至关重要。若按等效渗径方法近似考虑，防渗墙渗透系数比原土层的渗透系数降低多少倍，就等于渗径延长至多少倍。所以从渗流理论上讲，防渗墙渗透性与其所穿过地层的渗透系数之间的比例关系和墙体厚度一起决定了防渗墙所能起到的防渗作用。
从长江重要堤防的地层条件看，浅部粉质黏土、粉质壤土层的渗透系数一般在１０－６～１０－５ｃｍ／ｓ量级，它们存在的问题主要是密实度（固结程度）不够，或由于陆相沉积环境的频繁变化使得土性不均匀，常见有砂壤土、粉细砂夹层或透镜体，深搅水泥土防渗墙在这类地层中的任务主要是提高胶结程度，并形成一道防渗性能均匀的墙体。表层或浅部的砂壤土、粉砂、细砂土层是造成长江重要堤防堤基险情的主要原因，因而是深搅水泥土防渗墙的主要处理对象，其天然状态下的渗透系数一般在１０－４～１０－３ｃｍ／ｓ量级。
采用半封闭式防渗墙的典型结构模型和分析方法，可以对比研究防渗墙渗透系数对渗控效果的影响[1]。防渗依托层渗透

扫码加入筑龙学社 · 水利工程微信群