水利工程論文-長江堤防深層攪拌水泥土防滲墻設(shè)計指標探討.doc

水利工程論文-長江堤防深層攪拌水泥土防滲墻設(shè)計指標探討摘要：在長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)。對深層攪拌水泥土防滲墻的有關(guān)設(shè)計指標應(yīng)包括：防滲墻厚度、滲透系數(shù)、抗壓強度和允許比降等，在長江堤防深層攪拌水泥土防滲墻設(shè)計指標中滲透系數(shù)是控制性指標，因此防滲墻滲透系數(shù)在時，量級、厚度不小于是合適的，以水泥土齡期的抗壓強度作為標準強度，防滲墻抗壓強度設(shè)計值不低于，允許比降可以不作為控制性指標。關(guān)鍵詞：長江堤防深層攪拌水泥土防滲墻設(shè)計指標一、深攪水泥土防滲墻功能和材料特點分析深攪水泥土防滲墻結(jié)構(gòu)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)密實的墻體。水泥土攪拌樁加固地基是通過每一個獨立樁組成的樁群來實現(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），從這個意義上講，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)達到的主要性能指標也與加固地基的攪拌樁不同，討論防滲墻設(shè)計指標時應(yīng)圍繞堤防工程特點和防滲要求進行。深攪水泥土防滲墻技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于水利工程是近幾年的事情，防滲墻的設(shè)計內(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。為簡化起見，本文主要針對堤基防滲墻的設(shè)計指標進行討論，重點對防滲墻滲透系數(shù)、厚度、允許比降和強度指標的合理范圍進行較為深入的探討。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)針對性地考慮其設(shè)計指標，這里不做討論。長江重要堤防的斷面為：頂寬一般為，堤身高度在之間，內(nèi)外坡比均為。設(shè)計水頭一般在以下。長江堤防除個別堤段有新培土（新培土層一般不超過），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，并且認為老堤已經(jīng)完成固結(jié)過程。水泥土材料特性概述根據(jù)大量試驗研究結(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：水泥摻量和水泥標號，被加固土質(zhì)特性和含水量，拌和程度，成型環(huán)境和齡期。下面重點討論水泥土抗壓強度與齡期的關(guān)系以及水泥土的破壞機理等，它們直接影響抗壓強度的設(shè)計取用值。水泥土的抗壓強度隨齡期的增加而增加，滲透系數(shù)隨齡期的增長不斷變小。長江堤防的幾種常見土質(zhì)類型，如淤泥、粉質(zhì)黏土、壤土、極細砂等，在摻入水泥后的抗壓強度隨齡期增長的規(guī)律有一定的差異。室內(nèi)試驗結(jié)果表明：粉細砂、粉土、粉質(zhì)黏土在實驗室條件下制備的水泥土，不同齡期的抗壓強度的大致比例（以齡期的強度為比較基準）為：齡期為；齡期為。水泥土抗壓強度設(shè)計取值究竟應(yīng)采用何種齡期的指標為標準，應(yīng)根據(jù)水泥土力學(xué)性能的齡期特性以及防滲墻的施工進度和實際承載時間等綜合考慮。長江堤防工程深攪水泥土防滲墻的施工主要在非汛期進行，防滲墻竣工后至汛期承擔(dān)設(shè)計水頭還有一段時間。因此，考慮到長江堤防工程深攪水泥土防滲墻的施工進度、防滲墻實際的承載時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度設(shè)計值取用齡期的抗壓強度值。室內(nèi)試驗結(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)破壞類型為剪切破壞。因此，用剪應(yīng)力水平來評價深攪水泥土防滲墻的力學(xué)穩(wěn)定性更為合理。二、水泥土防滲墻抗?jié)B透性指標的合理范圍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，就等于滲徑延長至多少倍。所以從滲流理論上講，防滲墻滲透性與其所穿過地層的滲透系數(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。從長江重要堤防的地層條件看，淺部粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)壤土層的滲透系數(shù)一般在量級，它們存在的問題主要是密實度（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，常見有砂壤土、粉細砂夾層或透鏡體，深攪水泥土防滲墻在這類地層中的任務(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、細砂土層是造成長江重要堤防堤基險情的主要原因，因而是深攪水泥土防滲墻的主要處理對象，其天然狀態(tài)下的滲透系數(shù)一般在量級。采用半封閉式防滲墻的典型結(jié)構(gòu)模型和分析方法，可以對比研究防滲墻滲透系數(shù)對滲控效果的影響1。防滲依托層滲透系數(shù)為，厚度為，其下伏強透水層滲透系數(shù)為，河泓切穿防滲依托層，其他條件詳見文獻2。防滲墻厚度為，對比計算了滲透系數(shù)由逐漸增大至共種條件。令為防滲墻滲透系數(shù)與被其切穿的第一層強透水層滲透系數(shù)（）的比值。圖是平臺腳垂直出逸比降隨值的變化曲線。由圖可見，滲控效果隨值的增大而急劇降低，當(dāng)墻體比強透水層的滲透系數(shù)僅小一個量級時，其滲控效果很小，堤后滲流狀態(tài)與無防滲墻時差別不大。由此可見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)的施工防滲墻厚度和允許滲透比降（）深攪水泥土防滲墻的厚度長江堤防工程中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足設(shè)計指標要求。所以防滲墻的厚度指標是指其最小厚度。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滲控效果的影響。防滲墻、和等幾種情況，其他條件同文獻2。模擬結(jié)果表明，平臺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，兩者近乎線性關(guān)系。令防滲墻厚度與其滲透系數(shù)的比值為，這一變量綜合反映了防滲墻的兩項關(guān)鍵指標。圖是平臺腳垂直出逸比降隨值的變化曲線。由圖可見，隨值的增大，滲控效果顯著增強。綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟等因素，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。（）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允可用下式表示：允為安全系數(shù)。從目前已掌握的長江流域堤防情況看，防滲墻承擔(dān)的實際作用水頭一般小于，最大不超過。如果按最小墻厚承受全部作用水頭考慮，根據(jù)允許比降的定義，承受的作用水頭時防滲墻內(nèi)的滲流比降為，所以的允許比降應(yīng)該能夠滿足一般要求。值得指出的是，深攪水泥土防滲墻的滲透變形機理與黏性土相似程度如何目前還缺乏足夠的實驗研究，但可以肯定目前攪拌工法建成的深攪水泥土防滲墻不具備已知的四種