长江堤防深层搅拌水泥土防渗墙设计指标探讨（一）

1 前言
　　深搅水泥土防渗墙技术是在深层搅拌桩原理基础上发展起来的一种江堤截渗新技术。最初的水泥土搅拌桩技术仅用于加固软基。在我国，水泥土深层搅拌桩技术用于软基加固始于二十世纪七十年代，迄今已有三十年的历史，其技术和应用也较为成熟，国内已颁布了相应的技术规范。将用于软基加固的深层搅拌桩技术移植到水利工程中进行地下防渗墙（本文简称深搅水泥土防渗墙）的构筑是近几年才起步的工作，目前还没有相应的技术规范。因此，在深搅水泥土防渗墙应用中还存在一些有待研究的技术问题。
　　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。由于隐蔽工程建设时间紧、任务重，在深搅水泥土防渗墙设计、施工和验收过程中也存在一些需要深入研究解决的问题。例如，防渗墙设计指标的选取依据和范围问题就是长江重要堤防隐蔽工程的建设者及同行专家们所共同关心和重视的问题[1].
　　本文从堤防防渗墙防渗功能和受力角度，探讨了深搅水泥土防渗墙技术指标的合理范围，这些指标包括：防渗墙厚度，渗透系数、抗压强度和允许比降。在此基础上，针对深搅水泥土防渗墙的施工工法和材料特点，综合讨论了深搅水泥土防渗墙设计指标的合理范围，研究结果可供堤防加固设计和质量监督等部门参考。
　　2 深搅水泥土防渗墙功能和材料特点分析
　　2.1深搅水泥土防渗墙结构特点和功能
　　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界是近几年的事情，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8 m以下。长江堤防除个别堤段有新培土（新培土层一般不超过2 m），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。
　　2.2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、粉质粘土、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、粉质粘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90 d龄期的强度为比较基准1）为：28 d龄期为0.5~0.7；180 d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90 d 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。