長(zhǎng)江堤防深層攪拌水泥土防滲墻設(shè)計(jì)探討

1、長(zhǎng)江堤防深層攪拌水泥土防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)探討摘要：在長(zhǎng)江重要堤防隱蔽工程的垂直防滲施工工法中，深攪水泥土防滲墻工法占多數(shù)。本文對(duì)深層攪拌水泥土防滲墻的有關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了討論。針對(duì)長(zhǎng)江堤防工程的特點(diǎn)以及水泥土防滲墻的功能和加固目的，在深攪水泥土防滲墻應(yīng)力應(yīng)變有限元計(jì)算和滲控計(jì)算分析基礎(chǔ)上，結(jié)合施工技術(shù)和成本等因素，討論了防滲墻滲透系數(shù)、厚度、允許滲透坡降和抗壓強(qiáng)度的取值范圍。研究結(jié)果可供長(zhǎng)江堤防加固工程的防滲墻設(shè)計(jì)和驗(yàn)收參考。 關(guān)鍵詞：長(zhǎng)長(zhǎng)江堤防防 深層層攪拌 水泥土土防滲墻墻 設(shè)計(jì)計(jì)指標(biāo) 1 前言 深攪水泥土土防滲墻墻技術(shù)是是在深層層攪拌樁樁原理基基礎(chǔ)上發(fā)發(fā)展起來(lái)來(lái)的一種種江堤截截滲新技技術(shù)。最最

2、初的水水泥土攪攪拌樁技技術(shù)僅用用于加固固軟基。在在我國(guó)，水水泥土深深層攪拌拌樁技術(shù)術(shù)用于軟軟基加固固始于二二十世紀(jì)紀(jì)七十年年代，迄迄今已有有三十年年的歷史史，其技技術(shù)和應(yīng)應(yīng)用也較較為成熟熟，國(guó)內(nèi)內(nèi)已頒布布了相應(yīng)應(yīng)的技術(shù)術(shù)規(guī)范。將將用于軟軟基加固固的深層層攪拌樁樁技術(shù)移移植到水水利工程程中進(jìn)行行地下防防滲墻(本文簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱(chēng)深攪攪水泥土土防滲墻墻)的構(gòu)構(gòu)筑是近近幾年才才起步的的工作，目目前還沒(méi)沒(méi)有相應(yīng)應(yīng)的技術(shù)術(shù)規(guī)范。因因此，在在深攪水水泥土防防滲墻應(yīng)應(yīng)用中還還存在一一些有待待研究的的技術(shù)問(wèn)問(wèn)題。 在長(zhǎng)江重要要堤防隱隱蔽工程程的垂直直防滲施施工工法法中，深深攪水泥泥土防滲滲墻工法法占多數(shù)數(shù)。由于于隱蔽工

3、工程建設(shè)設(shè)時(shí)間緊緊、任務(wù)務(wù)重，在在深攪水水泥土防防滲墻設(shè)設(shè)計(jì)、施施工和驗(yàn)驗(yàn)收過(guò)程程中也存存在一些些需要深深入研究究解決的的問(wèn)題。例例如，防防滲墻設(shè)設(shè)計(jì)指標(biāo)標(biāo)的選取取依據(jù)和和范圍問(wèn)問(wèn)題就是是長(zhǎng)江重重要堤防防隱蔽工工程的建建設(shè)者及及同行專(zhuān)專(zhuān)家們所所共同關(guān)關(guān)心和重重視的問(wèn)問(wèn)題11。 本文從堤防防防滲墻墻防滲功功能和受受力角度度，探討討了深攪攪水泥土土防滲墻墻技術(shù)指指標(biāo)的合合理范圍圍，這些些指標(biāo)包包括：防防滲墻厚厚度，滲滲透系數(shù)數(shù)、抗壓壓強(qiáng)度和和允許比比降。在在此基礎(chǔ)礎(chǔ)上，針針對(duì)深攪攪水泥土土防滲墻墻的施工工工法和和材料特特點(diǎn)，綜綜合討論論了深攪攪水泥土土防滲墻墻設(shè)計(jì)指指標(biāo)的合合理范圍圍，研究究結(jié)果可

4、可供堤防防加固設(shè)設(shè)計(jì)和質(zhì)質(zhì)量監(jiān)督督等部門(mén)門(mén)參考。 2 深攪水水泥土防防滲墻功功能和材材料特點(diǎn)點(diǎn)分析 2.1深攪攪水泥土土防滲墻墻結(jié)構(gòu)特特點(diǎn)和功功能 深攪水泥土土防滲墻墻是由水水泥土攪攪拌樁多多樁搭接接而形成成連續(xù)密密實(shí)的墻墻體。水水泥土攪攪拌樁加加固地基基是通過(guò)過(guò)每一個(gè)個(gè)獨(dú)立樁樁組成的的樁群來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的的，防止止堤防滲滲透破壞壞則需要要建立起起連續(xù)完完整的樁樁墻（即即深攪水水泥土防防滲墻），從從這個(gè)意意義上講講，將攪攪拌樁技技術(shù)用于于防滲要要比加固固地基的的要求高高，難度度也大。與與水泥土土深層攪攪拌樁不不同，深深攪水泥泥土防滲滲墻的主主要功能能是在截截滲或增增加滲徑徑，提高高堤防的的抗?jié)B能能力

5、，深深攪水泥泥土防滲滲墻本身身不是傳傳統(tǒng)意義義上的承承載結(jié)構(gòu)構(gòu)，故防防滲墻應(yīng)應(yīng)達(dá)到的的主要性性能指標(biāo)標(biāo)也與加加固地基基的攪拌拌樁不同同，討論論防滲墻墻設(shè)計(jì)指指標(biāo)時(shí)應(yīng)應(yīng)圍繞堤堤防工程程特點(diǎn)和和防滲要要求進(jìn)行行。 深攪水泥土土防滲墻墻技術(shù)大大規(guī)模應(yīng)應(yīng)用于水水利界是是近幾年年的事情情，防滲滲墻的設(shè)設(shè)計(jì)內(nèi)容容包括墻墻體位置置、墻體體深度、墻墻體厚度度以及墻墻體材料料物理力力學(xué)參數(shù)數(shù)（滲透透系數(shù)、抗抗壓強(qiáng)度度、允許許滲透比比降）和和相應(yīng)的的水泥摻摻量等。其其中防滲滲墻位置置、深度度以及水水泥摻入入量視深深攪水泥泥土防滲滲墻的功功能要求求和施工工條件等等因素的的不同而而定。為為簡(jiǎn)化起起見(jiàn)，本本文主要要針對(duì)

6、堤堤基防滲滲墻的設(shè)設(shè)計(jì)指標(biāo)標(biāo)進(jìn)行討討論，重重點(diǎn)對(duì)防防滲墻滲滲透系數(shù)數(shù)、厚度度、允許許比降和和強(qiáng)度指指標(biāo)的合合理范圍圍進(jìn)行較較為深入入的探討討。堤身身防滲墻墻如果是是用于隱隱患處理理（如切切斷堤身身內(nèi)的橫橫向裂縫縫或生物物洞穴），則則應(yīng)針對(duì)對(duì)性地考考慮其設(shè)設(shè)計(jì)指標(biāo)標(biāo)，這里里不做討討論。長(zhǎng)長(zhǎng)江重要要堤防的的斷面為為：頂寬寬一般為為8110m，堤堤身高度度在610mm之間，內(nèi)內(nèi)外坡比比均為11:3。設(shè)設(shè)計(jì)水頭頭一般在在8 mm以下。長(zhǎng)長(zhǎng)江堤防防除個(gè)別別堤段有有新培土土（新培培土層一一般不超超過(guò)2 m），絕絕大多數(shù)數(shù)為老堤堤，已有有數(shù)百年年的歷史史，在以以下的討討論中均均指的是是老堤的的加固工工程，并

7、并且認(rèn)為為老堤已已經(jīng)完成成固結(jié)過(guò)過(guò)程。 2.2 水水泥土材材料特性性概述 根據(jù)大量試試驗(yàn)研究究結(jié)果可可知，影影響水泥泥土的抗抗?jié)B性能能和力學(xué)學(xué)性能的的主要因因素有：水泥摻摻量和水水泥標(biāo)號(hào)號(hào)，被加加固土質(zhì)質(zhì)特性和和含水量量，拌和和程度，成成型環(huán)境境和齡期期。下面面重點(diǎn)討討論水泥泥土抗壓壓強(qiáng)度與與齡期的的關(guān)系以以及水泥泥土的破破壞機(jī)理理等，它它們直接接影響抗抗壓強(qiáng)度度的設(shè)計(jì)計(jì)取用值值。 水泥土的抗抗壓強(qiáng)度度隨齡期期的增加加而增加加，滲透透系數(shù)隨隨齡期的的增長(zhǎng)不不斷變小小。長(zhǎng)江江堤防的的幾種常常見(jiàn)土質(zhì)質(zhì)類(lèi)型，如如淤泥、粉粉質(zhì)粘土土、壤土土、極細(xì)細(xì)砂等，在在摻入水水泥后的的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度隨齡齡期增長(zhǎng)長(zhǎng)的規(guī)

8、律律有一定定的差異異。室內(nèi)內(nèi)試驗(yàn)結(jié)結(jié)果表明明：粉細(xì)細(xì)砂、粉粉土、粉粉質(zhì)粘土土在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室條件件下制備備的水泥泥土，不不同齡期期的抗壓壓強(qiáng)度的的大致比比例（以以90 d齡期期的強(qiáng)度度為比較較基準(zhǔn)11）為：28 d齡期期為0.500.7；1800 d齡齡期為11.11.33。水泥泥土抗壓壓強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)取值值究竟應(yīng)應(yīng)采用何何種齡期期的指標(biāo)標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，應(yīng)根根據(jù)水泥泥土力學(xué)學(xué)性能的的齡期特特性以及及防滲墻墻的施工工進(jìn)度和和實(shí)際承承載時(shí)間間等綜合合考慮。長(zhǎng)長(zhǎng)江堤防防工程深深攪水泥泥土防滲滲墻的施施工主要要在非汛汛期進(jìn)行行，防滲滲墻竣工工后至汛汛期承擔(dān)擔(dān)設(shè)計(jì)水水頭還有有一段時(shí)時(shí)間。因因此，考考慮到長(zhǎng)長(zhǎng)江堤防防工

9、程深深攪水泥泥土防滲滲墻的施施工進(jìn)度度、防滲滲墻實(shí)際際的承載載時(shí)間以以及水泥泥土材料料的特性性等綜合合因素，本本文建議議深攪水水泥土防防滲墻抗抗壓強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值值取用990 dd 齡期期的抗壓壓強(qiáng)度值值。 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)結(jié)果表明明，在單單軸壓縮縮條件下下，水泥泥土呈現(xiàn)現(xiàn)壓縮破破壞；在在三軸剪剪切試驗(yàn)驗(yàn)中，水水泥土則則呈現(xiàn)剪剪切破壞壞，有清清晰的剪剪切面。堤堤防工程程深攪水水泥土防防滲墻處處于堤身身和堤基基內(nèi)部，承承受一定定的圍壓壓作用，其其力學(xué)破破壞類(lèi)型型為剪切切破壞。因因此，用用剪應(yīng)力力水平來(lái)來(lái)評(píng)價(jià)深深攪水泥泥土防滲滲墻的力力學(xué)穩(wěn)定定性更為為合理。 3 水泥土土防滲墻墻抗?jié)B透透性指標(biāo)標(biāo)的合理理范圍

10、 3.1 深深攪水泥泥土防滲滲墻滲透透系數(shù) 從堤防加固固工程中中防滲墻墻的功能能看，其其防滲功功能是第第一位的的。所以以墻體的的抗?jié)B透透性能至至關(guān)重要要。若按按等效滲滲徑方法法近似考考慮，防防滲墻滲滲透系數(shù)數(shù)比原土土層的滲滲透系數(shù)數(shù)降低多多少倍，就就等于滲滲徑延長(zhǎng)長(zhǎng)至多少少倍。所所以從滲滲流理論論上講，防防滲墻滲滲透性與與其所穿穿過(guò)地層層的滲透透系數(shù)之之間的比比例關(guān)系系和墻體體厚度一一起決定定了防滲滲墻所能能起到的的防滲作作用。 從長(zhǎng)江重要要堤防的的地層條條件看，淺淺部粉質(zhì)質(zhì)粘土、粉粉質(zhì)壤土土層的滲滲透系數(shù)數(shù)一般在在10-6110-55cm/s量級(jí)級(jí)，它們們存在的的問(wèn)題主主要是密密實(shí)度（固固結(jié)

11、程度度）不夠夠，或由由于陸相相沉積環(huán)環(huán)境的頻頻繁變化化使得土土性不均均勻，常常見(jiàn)有砂砂壤土、粉粉細(xì)砂夾夾層或透透鏡體，深深攪水泥泥土防滲滲墻在這這類(lèi)地層層中的任任務(wù)主要要是提高高膠結(jié)程程度，并并形成一一道防滲滲性能均均勻的墻墻體。表表層或淺淺部的砂砂壤土、粉粉砂、細(xì)細(xì)砂土層層是造成成長(zhǎng)江重重要堤防防堤基險(xiǎn)險(xiǎn)情的主主要原因因，因而而是深攪攪水泥土土防滲墻墻的主要要處理對(duì)對(duì)象，其其天然狀狀態(tài)下的的滲透系系數(shù)一般般在100-410-3cmm/s量量級(jí)。 采用半封閉閉式防滲滲墻的典典型結(jié)構(gòu)構(gòu)模型和和分析方方法，可可以對(duì)比比研究防防滲墻滲滲透系數(shù)數(shù)對(duì)滲控控效果的的影響2。防防滲依托托層滲透透系數(shù)為為11

12、10-66cm/s，厚厚度為110m，其其下伏強(qiáng)強(qiáng)透水層層滲透系系數(shù)為00.011cm/s，河河泓切穿穿防滲依依托層，其其它條件件詳見(jiàn)文文獻(xiàn)22。防防滲墻厚厚度為220cmm，對(duì)比比計(jì)算了了滲透系系數(shù)由55100-7ccm/ss逐漸增增大至55100-5ccm/ss共5種種條件。令令KR為為防滲墻墻滲透系系數(shù)與被被其切穿穿的第一一層強(qiáng)透透水層滲滲透系數(shù)數(shù)（110-3cmm/s）的的比值。圖圖1是平平臺(tái)腳垂垂直出逸逸比降隨隨KR值值的變化化曲線。由由圖可見(jiàn)見(jiàn)，滲控控效果隨隨KR值值的增大大而急劇劇降低，當(dāng)當(dāng)墻體比比強(qiáng)透水水層的滲滲透系數(shù)數(shù)僅小一一個(gè)量級(jí)級(jí)時(shí)，其其滲控效效果很小小，堤后后滲流狀狀態(tài)

13、與無(wú)無(wú)防滲墻墻時(shí)差別別不大。由由此可見(jiàn)見(jiàn)防滲墻墻低滲透透性的重重要意義義。 從堤防工程程防滲墻墻的防滲滲功能看看，防滲滲墻的滲滲透系數(shù)數(shù)當(dāng)然是是越小越越好，但但防滲墻墻滲透系系數(shù)的降降低還受受到施工工技術(shù)和和成本的的限制。從從目前絕絕大多數(shù)數(shù)施工企企業(yè)的施施工技術(shù)術(shù)、控制制能力和和成本來(lái)來(lái)看，將將深攪水水泥土防防滲墻的的滲透系系數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)指標(biāo)定定為i(1ii100110-66cm/s較合合適。 3.2 防防滲墻厚厚度和允允許滲透透比降 （1）深攪攪水泥土土防滲墻墻的厚度度 長(zhǎng)江堤防工工程中使使用的都都是單排排樁深攪攪水泥土土防滲墻墻，這意意味著每每根樁以以及每相相鄰兩根根樁的搭搭接部分分都必須須

14、滿(mǎn)足設(shè)設(shè)計(jì)指標(biāo)標(biāo)要求。所所以防滲滲墻的厚厚度指標(biāo)標(biāo)是指其其最小厚厚度。 同樣可以用用半封閉閉式防滲滲墻結(jié)構(gòu)構(gòu)模型分分析防滲滲墻厚度度對(duì)滲控控效果的的影響。防防滲墻滲滲透系數(shù)數(shù)為i(1II100110-66cm/s，厚厚度考慮慮了122，155，200，255和300cm等等幾種情情況，其其它條件件同文獻(xiàn)獻(xiàn)2。模擬擬結(jié)果表表明，平平臺(tái)腳垂垂直出逸逸比降隨隨防滲墻墻厚度增增大而降降低，在在這幾種種厚度條條件下，二二者近乎乎線性關(guān)關(guān)系。令令防滲墻墻厚度與與其滲透透系數(shù)的的比值為為T(mén)KRR，這一一變量綜綜合反映映了防滲滲墻的兩兩項(xiàng)關(guān)鍵鍵指標(biāo)。圖圖2是平平臺(tái)腳垂垂直出逸逸比降隨隨TKRR值的變變化曲線線

15、。由圖圖可見(jiàn)，隨隨TKRR值的增增大，滲滲控效果果顯著增增強(qiáng)。綜綜合考慮慮技術(shù)、經(jīng)經(jīng)濟(jì)等因因素，本本文建議議目前堤堤防工程程深攪水水泥土防防滲墻的的厚度宜宜不低于于20ccm。 （2）深攪攪水泥土土防滲墻墻的允許許比降 深攪水泥土土防滲墻墻的允許許比降JJ允可用用下式表表示： J允=HH/D/ 式中:D為為墻體的的最小厚厚度；H為其其上游面面承受的的水頭與與下游面面水頭的的差值；為安安全系數(shù)數(shù)。 從目前已掌掌握的長(zhǎng)長(zhǎng)江流域域堤防情情況看，防防滲墻承承擔(dān)的實(shí)實(shí)際作用用水頭一一般小于于8m，最最大不超超過(guò)100m。如如果按最最小墻厚厚20ccm承受受全部作作用水頭頭考慮，根根據(jù)允許許比降的的定義，

16、承承受100m的作作用水頭頭時(shí)防滲滲墻內(nèi)的的滲流比比降為550，所所以500的允許許比降應(yīng)應(yīng)該能夠夠滿(mǎn)足一一般要求求。 值得指出的的是，深深攪水泥泥土防滲滲墻的滲滲透變形形機(jī)理與與粘性土土相似程程度如何何目前還還缺乏足足夠的實(shí)實(shí)驗(yàn)研究究，但可可以肯定定目前攪攪拌工法法建成的的深攪水水泥土防防滲墻不不具備已已知的四四種形式式滲透破破壞的形形成條件件3，而且且長(zhǎng)江堤堤防中防防滲墻的的作用水水頭也較較小，因因此，允允許滲透透比降可可以不作作為長(zhǎng)江江堤防工工程防滲滲墻的控控制指標(biāo)標(biāo)。 3.3. 深攪水水泥土防防滲墻的的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度 下面通過(guò)對(duì)對(duì)堤防工工程深攪攪水泥土土防滲墻墻應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變計(jì)算算，揭示示不同

17、條條件下防防滲墻的的受力狀狀態(tài)，結(jié)結(jié)合水泥泥土材料料的力學(xué)學(xué)特性和和長(zhǎng)江重重要堤防防隱蔽工工程的特特點(diǎn)，綜綜合討論論深攪水水泥土防防滲墻抗抗壓強(qiáng)度度的取值值問(wèn)題。 二維有限元元應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變計(jì)算算斷面（圖圖3）：土堤頂頂寬8 m，高高度8 m，內(nèi)內(nèi)外坡比比1:33。基礎(chǔ)礎(chǔ)取深度度30 m。堤堤身為粘粘性土，堤堤基為砂砂性土（粉粉砂）。計(jì)計(jì)算水位位8.00 m。其其中：為堤基基、為為堤身、為防滲滲墻墻體體。堤身身、堤基基均按均均質(zhì)土考考慮，并并且為老老堤，均均已完成成固結(jié)。 防滲墻布置置在堤頂頂中軸線線。防滲滲墻厚度度0.22 m。計(jì)計(jì)算中防防滲墻深深度分別別取133.0 m、223.00 m，相相

18、應(yīng)地防防滲墻在在堤基中中的深度度分別為為5.00 m、115.00 m，以以研究不不同深度度和型式式防滲墻墻的受力力特征。防防滲墻分分別采用用三種水水泥土材材料（抗抗壓強(qiáng)度度分別為為2.00 MPPa，11.0 MPaa，0.5 MMPa）進(jìn)進(jìn)行計(jì)算算，研究究材料參參數(shù)對(duì)防防滲墻受受力性狀狀的影響響。采用用二維平平面應(yīng)變變分析方方法。堤堤基、堤堤身和防防滲墻用用鄧肯-張模型型模型4。有有關(guān)材料料參數(shù)取取值如表表1。 對(duì)堤內(nèi)、外外各取224 mm作為計(jì)計(jì)算的橫橫向邊界界進(jìn)行計(jì)計(jì)算，自自地表向向下取330 mm作為底底部邊界界進(jìn)行計(jì)計(jì)算。橫橫向邊界界設(shè)滾軸軸支座，底底部邊界界設(shè)鉸支支座。計(jì)計(jì)算網(wǎng)格

19、格（圖略略）單元元總數(shù)114500，節(jié)點(diǎn)點(diǎn)總數(shù)115166。 計(jì)算分期為為：第一一期對(duì)堤堤基進(jìn)行行計(jì)算；第二期期對(duì)堤身身填筑進(jìn)進(jìn)行計(jì)算算；第三三期模擬擬攪拌法法施工，計(jì)計(jì)算到第第三期時(shí)時(shí)，將前前期單元元計(jì)算成成果累加加上本期期按水泥泥土容重重與防滲滲墻所在在位置土土容重之之差計(jì)算算所得體體系應(yīng)力力應(yīng)變?cè)鲈隽浚髯鳛楸酒谄谟?jì)算成成果。第第四期為為加載期期，計(jì)算算設(shè)計(jì)水水位的水水荷載作作用下防防滲墻的的受力情情況。表表2、表表3、表表4分別別給出了了三種水水泥土材材料情況況下防滲滲墻中應(yīng)應(yīng)力的最最大、最最小值及及應(yīng)力水水平的最最大值，應(yīng)應(yīng)力以壓壓為正。 從計(jì)算結(jié)果果可以看看出，不不論選用用那種水水

20、泥土材材料，在在防滲墻墻的深度度不超過(guò)過(guò)20 m，作作用水頭頭不超過(guò)過(guò)8 mm的條件件下，堤堤防防滲滲墻中的的最大主主應(yīng)力均均不超過(guò)過(guò)5000kPaa (00.5MMPa)，最小小主應(yīng)力力不小于于0，即即不存在在拉應(yīng)力力，防滲滲墻中應(yīng)應(yīng)力水平平最大值值不超過(guò)過(guò)0.333。 防滲墻抗壓壓強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值的的選取除除了考慮慮深攪水水泥土防防滲墻在在設(shè)計(jì)水水位下的的受力狀狀態(tài)外，還還涉及到到兩個(gè)問(wèn)問(wèn)題：（1）用什么標(biāo)準(zhǔn)判斷防滲墻的力學(xué)破壞？（2）選用多大的安全系數(shù)？ 如果按照壓壓縮破壞壞標(biāo)準(zhǔn)，根根據(jù)上述述應(yīng)力計(jì)計(jì)算結(jié)果果，深攪攪水泥土土防滲墻墻抗壓強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值為11.0 MPaa時(shí)，力力學(xué)破壞壞的安全

21、全系數(shù)為為2.22左右；設(shè)計(jì)值值為0.5 MMPa時(shí)時(shí)，力學(xué)學(xué)破壞的的安全系系數(shù)為11.1左左右。如如果按照照剪切破破壞標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，根據(jù)據(jù)上述應(yīng)應(yīng)力計(jì)算算結(jié)果，深深攪水泥泥土防滲滲墻抗壓壓強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值為為1.00 MPPa時(shí)，應(yīng)應(yīng)力水平平最大值值0.112，相相應(yīng)單元元的安全全系數(shù)大大于5；設(shè)計(jì)值值為0.5 MMPa時(shí)時(shí)，應(yīng)力力水平最最大值00.333，相應(yīng)應(yīng)單元的的安全系系數(shù)在33左右。 根據(jù)深攪水水泥土防防滲墻的的功能和和受力方方式，應(yīng)應(yīng)當(dāng)考慮慮圍壓作作用，同同時(shí)由于于水泥土土在圍壓壓作用下下的力學(xué)學(xué)破壞為為剪切破破壞，應(yīng)應(yīng)按照剪剪切破壞壞標(biāo)準(zhǔn)評(píng)評(píng)價(jià)其力力學(xué)穩(wěn)定定性，因因此本文文建議長(zhǎng)長(zhǎng)江堤防

22、防深攪水水泥土防防滲墻的的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度取值值宜不低低于0.5MPPa。 4 主要結(jié)結(jié)論 （1）堤防防防滲墻墻的功能能是截滲滲或增加加滲徑，防防止堤身身和堤基基的滲透透破壞。因因此，從從防滲的的功能看看，防滲滲墻的完完整性和和連續(xù)性性是關(guān)鍵鍵。在長(zhǎng)長(zhǎng)江堤防防深攪水水泥土防防滲墻設(shè)設(shè)計(jì)指標(biāo)標(biāo)中滲透透系數(shù)是是控制性性指標(biāo)。防防滲墻滲滲透系數(shù)數(shù)在100-6 cm/s量級(jí)級(jí)、厚度度不小于于0.22 m是是合適的的。 （2）水泥泥土的抗抗壓強(qiáng)度度在堤防防防滲工工程中不不是控制制指標(biāo)，但但由于它它是直觀觀反映水水泥土質(zhì)質(zhì)量的主主要指標(biāo)標(biāo)，在應(yīng)應(yīng)用中也也作為一一項(xiàng)設(shè)計(jì)計(jì)指標(biāo)。水水泥土抗抗壓強(qiáng)度度與水泥泥的摻量量

23、、土質(zhì)質(zhì)類(lèi)型和和含水量量、攪拌拌的均勻勻性以及及成型環(huán)環(huán)境和齡齡期有關(guān)關(guān)?？紤]慮到齡期期特性，土土質(zhì)特性性，成型型環(huán)境以以及堤防防防滲墻墻施工進(jìn)進(jìn)度等綜綜合因素素，建議議以水泥泥土900 d齡齡期的抗抗壓強(qiáng)度度作為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度度。 （3）考慮慮到長(zhǎng)江江堤防防防滲墻承承擔(dān)的作作用水頭頭不高（一一般小于于8 mm），深深攪水泥泥土防滲滲墻最大大深度不不超過(guò)220 mm，從應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變變計(jì)算結(jié)結(jié)果看，防防滲墻中中最大主主應(yīng)力不不超過(guò)00.5 MPaa，防滲滲墻中無(wú)無(wú)拉應(yīng)力力。建議議深攪水水泥土防防滲墻抗抗壓強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值值宜不低低于0.5 MMPa。 （4）針對(duì)對(duì)長(zhǎng)江堤堤防工程程的實(shí)際際條件，深深攪水泥泥

24、土防滲滲墻本身身不具備備產(chǎn)生滲滲透破壞壞的前提提條件，因因此，建建議在深深攪水泥泥土防滲滲墻質(zhì)量量標(biāo)準(zhǔn)中中，允許許比降可可以不作作為控制制性指標(biāo)標(biāo)。 參考文獻(xiàn) 1 李李思慎，長(zhǎng)長(zhǎng)江重要要堤防隱隱蔽工程程建設(shè)中中的防滲滲處理，長(zhǎng)長(zhǎng)江科學(xué)學(xué)院院報(bào)報(bào)增刊，220000年122月。 2 張張家發(fā)、吳吳昌瑜等等.堤防防加固工工程中防防滲墻防防滲效果果及應(yīng)用用條件研研究.長(zhǎng)長(zhǎng)江科學(xué)學(xué)院院報(bào)報(bào)，20001年年第5期期。 3 劉劉杰.土土的滲透透穩(wěn)定與與滲流控控制.水水利電力力出版社社，19992年年。 4 朱朱百里，沈沈珠江.計(jì)算土土力學(xué).上海：上?？瓶萍汲霭姘嫔?，119900. 長(zhǎng)江堤防深深層攪拌拌水泥土

25、土防滲墻墻設(shè)計(jì)指指標(biāo)探討討 中國(guó)水利，2002年12期，8082 摘要：在長(zhǎng)江重要堤防隱蔽工程的垂直防滲施工工法中，深攪水泥土防滲墻工法占多數(shù)。本文對(duì)深層攪拌水泥土防滲墻的有關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了討論。針對(duì)長(zhǎng)江堤防工程的特點(diǎn)以及水泥土防滲墻的功能和加固目的，在深攪水泥土防滲墻應(yīng)力應(yīng)變有限元計(jì)算和滲控計(jì)算分析基礎(chǔ)上，結(jié)合施工技術(shù)和成本等因素，討論了防滲墻滲透系數(shù)、厚度、允許滲透坡降和抗壓強(qiáng)度的取值范圍。研究結(jié)果可供長(zhǎng)江堤防加固工程的防滲墻設(shè)計(jì)和驗(yàn)收參考。 關(guān)鍵詞：長(zhǎng)江堤防 深層攪拌 水泥土防滲墻 設(shè)計(jì)指標(biāo) 1 前言 深攪水泥土防滲墻技術(shù)是在深層攪拌樁原理基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種江堤截滲新技術(shù)。最初的水泥土

26、攪拌樁技術(shù)僅用于加固軟基。在我國(guó)，水泥土深層攪拌樁技術(shù)用于軟基加固始于二十世紀(jì)七十年代，迄今已有三十年的歷史，其技術(shù)和應(yīng)用也較為成熟，國(guó)內(nèi)已頒布了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。將用于軟基加固的深層攪拌樁技術(shù)移植到水利工程中進(jìn)行地下防滲墻(本文簡(jiǎn)稱(chēng)深攪水泥土防滲墻)的構(gòu)筑是近幾年才起步的工作，目前還沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。因此，在深攪水泥土防滲墻應(yīng)用中還存在一些有待研究的技術(shù)問(wèn)題。 在長(zhǎng)江重要堤防隱蔽工程的垂直防滲施工工法中，深攪水泥土防滲墻工法占多數(shù)。由于隱蔽工程建設(shè)時(shí)間緊、任務(wù)重，在深攪水泥土防滲墻設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收過(guò)程中也存在一些需要深入研究解決的問(wèn)題。例如，防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)的選取依據(jù)和范圍問(wèn)題就是長(zhǎng)江重要堤防

27、隱蔽工程的建設(shè)者及同行專(zhuān)家們所共同關(guān)心和重視的問(wèn)題1。 本文從堤防防滲墻防滲功能和受力角度，探討了深攪水泥土防滲墻技術(shù)指標(biāo)的合理范圍，這些指標(biāo)包括：防滲墻厚度，滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度和允許比降。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)深攪水泥土防滲墻的施工工法和材料特點(diǎn)，綜合討論了深攪水泥土防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)的合理范圍，研究結(jié)果可供堤防加固設(shè)計(jì)和質(zhì)量監(jiān)督等部門(mén)參考。 2 深攪水泥土防滲墻功能和材料特點(diǎn)分析 2.1深攪水泥土防滲墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能 深攪水泥土防滲墻是由水泥土攪拌樁多樁搭接而形成連續(xù)密實(shí)的墻體。水泥土攪拌樁加固地基是通過(guò)每一個(gè)獨(dú)立樁組成的樁群來(lái)實(shí)現(xiàn)的，防止堤防滲透破壞則需要建立起連續(xù)完整的樁墻（即深攪水泥土防滲墻）

28、，從這個(gè)意義上講，將攪拌樁技術(shù)用于防滲要比加固地基的要求高，難度也大。與水泥土深層攪拌樁不同，深攪水泥土防滲墻的主要功能是在截滲或增加滲徑，提高堤防的抗?jié)B能力，深攪水泥土防滲墻本身不是傳統(tǒng)意義上的承載結(jié)構(gòu)，故防滲墻應(yīng)達(dá)到的主要性能指標(biāo)也與加固地基的攪拌樁不同，討論防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)應(yīng)圍繞堤防工程特點(diǎn)和防滲要求進(jìn)行。 深攪水泥土防滲墻技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于水利界是近幾年的事情，防滲墻的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括墻體位置、墻體深度、墻體厚度以及墻體材料物理力學(xué)參數(shù)（滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、允許滲透比降）和相應(yīng)的水泥摻量等。其中防滲墻位置、深度以及水泥摻入量視深攪水泥土防滲墻的功能要求和施工條件等因素的不同而定。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，

29、本文主要針對(duì)堤基防滲墻的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行討論，重點(diǎn)對(duì)防滲墻滲透系數(shù)、厚度、允許比降和強(qiáng)度指標(biāo)的合理范圍進(jìn)行較為深入的探討。堤身防滲墻如果是用于隱患處理（如切斷堤身內(nèi)的橫向裂縫或生物洞穴），則應(yīng)針對(duì)性地考慮其設(shè)計(jì)指標(biāo)，這里不做討論。長(zhǎng)江重要堤防的斷面為：頂寬一般為810m，堤身高度在610m之間，內(nèi)外坡比均為1:3。設(shè)計(jì)水頭一般在8 m以下。長(zhǎng)江堤防除個(gè)別堤段有新培土（新培土層一般不超過(guò)2 m），絕大多數(shù)為老堤，已有數(shù)百年的歷史，在以下的討論中均指的是老堤的加固工程，并且認(rèn)為老堤已經(jīng)完成固結(jié)過(guò)程。 2.2 水泥土材料特性概述 根據(jù)大量試驗(yàn)研究結(jié)果可知，影響水泥土的抗?jié)B性能和力學(xué)性能的主要因素有：水泥

30、摻量和水泥標(biāo)號(hào)，被加固土質(zhì)特性和含水量，拌和程度，成型環(huán)境和齡期。下面重點(diǎn)討論水泥土抗壓強(qiáng)度與齡期的關(guān)系以及水泥土的破壞機(jī)理等，它們直接影響抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)取用值。 水泥土的抗壓強(qiáng)度隨齡期的增加而增加，滲透系數(shù)隨齡期的增長(zhǎng)不斷變小。長(zhǎng)江堤防的幾種常見(jiàn)土質(zhì)類(lèi)型，如淤泥、粉質(zhì)粘土、壤土、極細(xì)砂等，在摻入水泥后的抗壓強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)的規(guī)律有一定的差異。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明：粉細(xì)砂、粉土、粉質(zhì)粘土在實(shí)驗(yàn)室條件下制備的水泥土，不同齡期的抗壓強(qiáng)度的大致比例（以90 d齡期的強(qiáng)度為比較基準(zhǔn)1）為：28 d齡期為0.50.7；180 d齡期為1.11.3。水泥土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)取值究竟應(yīng)采用何種齡期的指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)水

31、泥土力學(xué)性能的齡期特性以及防滲墻的施工進(jìn)度和實(shí)際承載時(shí)間等綜合考慮。長(zhǎng)江堤防工程深攪水泥土防滲墻的施工主要在非汛期進(jìn)行，防滲墻竣工后至汛期承擔(dān)設(shè)計(jì)水頭還有一段時(shí)間。因此，考慮到長(zhǎng)江堤防工程深攪水泥土防滲墻的施工進(jìn)度、防滲墻實(shí)際的承載時(shí)間以及水泥土材料的特性等綜合因素，本文建議深攪水泥土防滲墻抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取用90 d 齡期的抗壓強(qiáng)度值。 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，在單軸壓縮條件下，水泥土呈現(xiàn)壓縮破壞；在三軸剪切試驗(yàn)中，水泥土則呈現(xiàn)剪切破壞，有清晰的剪切面。堤防工程深攪水泥土防滲墻處于堤身和堤基內(nèi)部，承受一定的圍壓作用，其力學(xué)破壞類(lèi)型為剪切破壞。因此，用剪應(yīng)力水平來(lái)評(píng)價(jià)深攪水泥土防滲墻的力學(xué)穩(wěn)定性更為合

32、理。 3 水泥土防滲墻抗?jié)B透性指標(biāo)的合理范圍 3.1 深攪水泥土防滲墻滲透系數(shù) 從堤防加固工程中防滲墻的功能看，其防滲功能是第一位的。所以墻體的抗?jié)B透性能至關(guān)重要。若按等效滲徑方法近似考慮，防滲墻滲透系數(shù)比原土層的滲透系數(shù)降低多少倍，就等于滲徑延長(zhǎng)至多少倍。所以從滲流理論上講，防滲墻滲透性與其所穿過(guò)地層的滲透系數(shù)之間的比例關(guān)系和墻體厚度一起決定了防滲墻所能起到的防滲作用。 從長(zhǎng)江重要堤防的地層條件看，淺部粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)壤土層的滲透系數(shù)一般在10-610-5cm/s量級(jí)，它們存在的問(wèn)題主要是密實(shí)度（固結(jié)程度）不夠，或由于陸相沉積環(huán)境的頻繁變化使得土性不均勻，常見(jiàn)有砂壤土、粉細(xì)砂夾層或透鏡體，深攪

33、水泥土防滲墻在這類(lèi)地層中的任務(wù)主要是提高膠結(jié)程度，并形成一道防滲性能均勻的墻體。表層或淺部的砂壤土、粉砂、細(xì)砂土層是造成長(zhǎng)江重要堤防堤基險(xiǎn)情的主要原因，因而是深攪水泥土防滲墻的主要處理對(duì)象，其天然狀態(tài)下的滲透系數(shù)一般在10-410-3cm/s量級(jí)。 采用半封閉式防滲墻的典型結(jié)構(gòu)模型和分析方法，可以對(duì)比研究防滲墻滲透系數(shù)對(duì)滲控效果的影響2。防滲依托層滲透系數(shù)為110-6cm/s，厚度為10m，其下伏強(qiáng)透水層滲透系數(shù)為0.01cm/s，河泓切穿防滲依托層，其它條件詳見(jiàn)文獻(xiàn)2。防滲墻厚度為20cm，對(duì)比計(jì)算了滲透系數(shù)由510-7cm/s逐漸增大至510-5cm/s共5種條件。令KR為防滲墻滲透系數(shù)與

34、被其切穿的第一層強(qiáng)透水層滲透系數(shù)（110-3cm/s）的比值。圖1是平臺(tái)腳垂直出逸比降隨KR值的變化曲線。由圖可見(jiàn)，滲控效果隨KR值的增大而急劇降低，當(dāng)墻體比強(qiáng)透水層的滲透系數(shù)僅小一個(gè)量級(jí)時(shí)，其滲控效果很小，堤后滲流狀態(tài)與無(wú)防滲墻時(shí)差別不大。由此可見(jiàn)防滲墻低滲透性的重要意義。 從堤防工程防滲墻的防滲功能看，防滲墻的滲透系數(shù)當(dāng)然是越小越好，但防滲墻滲透系數(shù)的降低還受到施工技術(shù)和成本的限制。從目前絕大多數(shù)施工企業(yè)的施工技術(shù)、控制能力和成本來(lái)看，將深攪水泥土防滲墻的滲透系數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)定為i(1i1010-6cm/s較合適。 3.2 防滲墻厚度和允許滲透比降 （1）深攪水泥土防滲墻的厚度 長(zhǎng)江堤防工程中

35、使用的都是單排樁深攪水泥土防滲墻，這意味著每根樁以及每相鄰兩根樁的搭接部分都必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。所以防滲墻的厚度指標(biāo)是指其最小厚度。 同樣可以用半封閉式防滲墻結(jié)構(gòu)模型分析防滲墻厚度對(duì)滲控效果的影響。防滲墻滲透系數(shù)為i(1I1010-6cm/s，厚度考慮了12，15，20，25和30cm等幾種情況，其它條件同文獻(xiàn)2。模擬結(jié)果表明，平臺(tái)腳垂直出逸比降隨防滲墻厚度增大而降低，在這幾種厚度條件下，二者近乎線性關(guān)系。令防滲墻厚度與其滲透系數(shù)的比值為T(mén)KR，這一變量綜合反映了防滲墻的兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。圖2是平臺(tái)腳垂直出逸比降隨TKR值的變化曲線。由圖可見(jiàn)，隨TKR值的增大，滲控效果顯著增強(qiáng)。綜合考慮技術(shù)、經(jīng)

36、濟(jì)等因素，本文建議目前堤防工程深攪水泥土防滲墻的厚度宜不低于20cm。 （2）深攪水泥土防滲墻的允許比降 深攪水泥土防滲墻的允許比降J允可用下式表示： J允=H/D/ 式中:D為墻體的最小厚度；H為其上游面承受的水頭與下游面水頭的差值；為安全系數(shù)。 從目前已掌握的長(zhǎng)江流域堤防情況看，防滲墻承擔(dān)的實(shí)際作用水頭一般小于8m，最大不超過(guò)10m。如果按最小墻厚20cm承受全部作用水頭考慮，根據(jù)允許比降的定義，承受10m的作用水頭時(shí)防滲墻內(nèi)的滲流比降為50，所以50的允許比降應(yīng)該能夠滿(mǎn)足一般要求。 值得指出的是，深攪水泥土防滲墻的滲透變形機(jī)理與粘性土相似程度如何目前還缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)研究，但可以肯定目前攪

37、拌工法建成的深攪水泥土防滲墻不具備已知的四種形式滲透破壞的形成條件3，而且長(zhǎng)江堤防中防滲墻的作用水頭也較小，因此，允許滲透比降可以不作為長(zhǎng)江堤防工程防滲墻的控制指標(biāo)。 3.3. 深攪水泥土防滲墻的抗壓強(qiáng)度 下面通過(guò)對(duì)堤防工程深攪水泥土防滲墻應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算，揭示不同條件下防滲墻的受力狀態(tài)，結(jié)合水泥土材料的力學(xué)特性和長(zhǎng)江重要堤防隱蔽工程的特點(diǎn)，綜合討論深攪水泥土防滲墻抗壓強(qiáng)度的取值問(wèn)題。 二維有限元應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算斷面（圖3）：土堤頂寬8 m，高度8 m，內(nèi)外坡比1:3?；A(chǔ)取深度30 m。堤身為粘性土，堤基為砂性土（粉砂）。計(jì)算水位8.0 m。其中：為堤基、為堤身、為防滲墻墻體。堤身、堤基均按均質(zhì)土考

38、慮，并且為老堤，均已完成固結(jié)。 防滲墻布置在堤頂中軸線。防滲墻厚度0.2 m。計(jì)算中防滲墻深度分別取13.0 m、23.0 m，相應(yīng)地防滲墻在堤基中的深度分別為5.0 m、15.0 m，以研究不同深度和型式防滲墻的受力特征。防滲墻分別采用三種水泥土材料（抗壓強(qiáng)度分別為2.0 MPa，1.0 MPa，0.5 MPa）進(jìn)行計(jì)算，研究材料參數(shù)對(duì)防滲墻受力性狀的影響。采用二維平面應(yīng)變分析方法。堤基、堤身和防滲墻用鄧肯-張模型模型4。有關(guān)材料參數(shù)取值如表1。 對(duì)堤內(nèi)、外各取24 m作為計(jì)算的橫向邊界進(jìn)行計(jì)算，自地表向下取30 m作為底部邊界進(jìn)行計(jì)算。橫向邊界設(shè)滾軸支座，底部邊界設(shè)鉸支座。計(jì)算網(wǎng)格（圖略）單元總數(shù)1450，節(jié)點(diǎn)總數(shù)1516。 計(jì)算分期為：第一期對(duì)堤基進(jìn)行計(jì)算；第二期對(duì)堤身填筑進(jìn)行計(jì)算；第三期模擬攪拌法施工，計(jì)算到第三期時(shí)，將前期單元計(jì)算成果累加上本期按水泥土容重與防滲墻所在位置土容重