长江堤防深层搅拌水泥土防渗墙设计探讨

1、长江堤防深层搅拌水泥土防渗墙设计指标探讨摘要：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。本文对深层搅拌水泥土防渗墙的有关设计指标进行了讨论。针对长江堤防工程的特点以及水泥土防渗墙的功能和加固目的，在深搅水泥土防渗墙应力应变有限元计算和渗控计算分析基础上，结合施工技术和成本等因素，讨论了防渗墙渗透系数、厚度、允许渗透坡降和抗压强度的取值范围。研究结果可供长江堤防加固工程的防渗墙设计和验收参考。 关键词：长长江堤防防 深层层搅拌 水泥土土防渗墙墙 设计计指标 1 前言 深搅水泥土土防渗墙墙技术是是在深层层搅拌桩桩原理基基础上发发展起来来的一种种江堤截截渗新技技术。最最

2、初的水水泥土搅搅拌桩技技术仅用用于加固固软基。在在我国，水水泥土深深层搅拌拌桩技术术用于软软基加固固始于二二十世纪纪七十年年代，迄迄今已有有三十年年的历史史，其技技术和应应用也较较为成熟熟，国内内已颁布布了相应应的技术术规范。将将用于软软基加固固的深层层搅拌桩桩技术移移植到水水利工程程中进行行地下防防渗墙(本文简简称深搅搅水泥土土防渗墙墙)的构构筑是近近几年才才起步的的工作，目目前还没没有相应应的技术术规范。因因此，在在深搅水水泥土防防渗墙应应用中还还存在一一些有待待研究的的技术问问题。 在长江重要要堤防隐隐蔽工程程的垂直直防渗施施工工法法中，深深搅水泥泥土防渗渗墙工法法占多数数。由于于隐蔽工

3、工程建设设时间紧紧、任务务重，在在深搅水水泥土防防渗墙设设计、施施工和验验收过程程中也存存在一些些需要深深入研究究解决的的问题。例例如，防防渗墙设设计指标标的选取取依据和和范围问问题就是是长江重重要堤防防隐蔽工工程的建建设者及及同行专专家们所所共同关关心和重重视的问问题11。 本文从堤防防防渗墙墙防渗功功能和受受力角度度，探讨讨了深搅搅水泥土土防渗墙墙技术指指标的合合理范围围，这些些指标包包括：防防渗墙厚厚度，渗渗透系数数、抗压压强度和和允许比比降。在在此基础础上，针针对深搅搅水泥土土防渗墙墙的施工工工法和和材料特特点，综综合讨论论了深搅搅水泥土土防渗墙墙设计指指标的合合理范围围，研究究结果可

4、可供堤防防加固设设计和质质量监督督等部门门参考。 2 深搅水水泥土防防渗墙功功能和材材料特点点分析 2.1深搅搅水泥土土防渗墙墙结构特特点和功功能 深搅水泥土土防渗墙墙是由水水泥土搅搅拌桩多多桩搭接接而形成成连续密密实的墙墙体。水水泥土搅搅拌桩加加固地基基是通过过每一个个独立桩桩组成的的桩群来来实现的的，防止止堤防渗渗透破坏坏则需要要建立起起连续完完整的桩桩墙（即即深搅水水泥土防防渗墙），从从这个意意义上讲讲，将搅搅拌桩技技术用于于防渗要要比加固固地基的的要求高高，难度度也大。与与水泥土土深层搅搅拌桩不不同，深深搅水泥泥土防渗渗墙的主主要功能能是在截截渗或增增加渗径径，提高高堤防的的抗渗能能力

5、，深深搅水泥泥土防渗渗墙本身身不是传传统意义义上的承承载结构构，故防防渗墙应应达到的的主要性性能指标标也与加加固地基基的搅拌拌桩不同同，讨论论防渗墙墙设计指指标时应应围绕堤堤防工程程特点和和防渗要要求进行行。 深搅水泥土土防渗墙墙技术大大规模应应用于水水利界是是近几年年的事情情，防渗渗墙的设设计内容容包括墙墙体位置置、墙体体深度、墙墙体厚度度以及墙墙体材料料物理力力学参数数（渗透透系数、抗抗压强度度、允许许渗透比比降）和和相应的的水泥掺掺量等。其其中防渗渗墙位置置、深度度以及水水泥掺入入量视深深搅水泥泥土防渗渗墙的功功能要求求和施工工条件等等因素的的不同而而定。为为简化起起见，本本文主要要针对

6、堤堤基防渗渗墙的设设计指标标进行讨讨论，重重点对防防渗墙渗渗透系数数、厚度度、允许许比降和和强度指指标的合合理范围围进行较较为深入入的探讨讨。堤身身防渗墙墙如果是是用于隐隐患处理理（如切切断堤身身内的横横向裂缝缝或生物物洞穴），则则应针对对性地考考虑其设设计指标标，这里里不做讨讨论。长长江重要要堤防的的断面为为：顶宽宽一般为为8110m，堤堤身高度度在610mm之间，内内外坡比比均为11:3。设设计水头头一般在在8 mm以下。长长江堤防防除个别别堤段有有新培土土（新培培土层一一般不超超过2 m），绝绝大多数数为老堤堤，已有有数百年年的历史史，在以以下的讨讨论中均均指的是是老堤的的加固工工程，并

7、并且认为为老堤已已经完成成固结过过程。 2.2 水水泥土材材料特性性概述 根据大量试试验研究究结果可可知，影影响水泥泥土的抗抗渗性能能和力学学性能的的主要因因素有：水泥掺掺量和水水泥标号号，被加加固土质质特性和和含水量量，拌和和程度，成成型环境境和龄期期。下面面重点讨讨论水泥泥土抗压压强度与与龄期的的关系以以及水泥泥土的破破坏机理理等，它它们直接接影响抗抗压强度度的设计计取用值值。 水泥土的抗抗压强度度随龄期期的增加加而增加加，渗透透系数随随龄期的的增长不不断变小小。长江江堤防的的几种常常见土质质类型，如如淤泥、粉粉质粘土土、壤土土、极细细砂等，在在掺入水水泥后的的抗压强强度随龄龄期增长长的规

8、律律有一定定的差异异。室内内试验结结果表明明：粉细细砂、粉粉土、粉粉质粘土土在实验验室条件件下制备备的水泥泥土，不不同龄期期的抗压压强度的的大致比比例（以以90 d龄期期的强度度为比较较基准11）为：28 d龄期期为0.500.7；1800 d龄龄期为11.11.33。水泥泥土抗压压强度设设计取值值究竟应应采用何何种龄期期的指标标为标准准，应根根据水泥泥土力学学性能的的龄期特特性以及及防渗墙墙的施工工进度和和实际承承载时间间等综合合考虑。长长江堤防防工程深深搅水泥泥土防渗渗墙的施施工主要要在非汛汛期进行行，防渗渗墙竣工工后至汛汛期承担担设计水水头还有有一段时时间。因因此，考考虑到长长江堤防防工

9、程深深搅水泥泥土防渗渗墙的施施工进度度、防渗渗墙实际际的承载载时间以以及水泥泥土材料料的特性性等综合合因素，本本文建议议深搅水水泥土防防渗墙抗抗压强度度设计值值取用990 dd 龄期期的抗压压强度值值。 室内试验结结果表明明，在单单轴压缩缩条件下下，水泥泥土呈现现压缩破破坏；在在三轴剪剪切试验验中，水水泥土则则呈现剪剪切破坏坏，有清清晰的剪剪切面。堤堤防工程程深搅水水泥土防防渗墙处处于堤身身和堤基基内部，承承受一定定的围压压作用，其其力学破破坏类型型为剪切切破坏。因因此，用用剪应力力水平来来评价深深搅水泥泥土防渗渗墙的力力学稳定定性更为为合理。 3 水泥土土防渗墙墙抗渗透透性指标标的合理理范围

10、 3.1 深深搅水泥泥土防渗渗墙渗透透系数 从堤防加固固工程中中防渗墙墙的功能能看，其其防渗功功能是第第一位的的。所以以墙体的的抗渗透透性能至至关重要要。若按按等效渗渗径方法法近似考考虑，防防渗墙渗渗透系数数比原土土层的渗渗透系数数降低多多少倍，就就等于渗渗径延长长至多少少倍。所所以从渗渗流理论论上讲，防防渗墙渗渗透性与与其所穿穿过地层层的渗透透系数之之间的比比例关系系和墙体体厚度一一起决定定了防渗渗墙所能能起到的的防渗作作用。 从长江重要要堤防的的地层条条件看，浅浅部粉质质粘土、粉粉质壤土土层的渗渗透系数数一般在在10-6110-55cm/s量级级，它们们存在的的问题主主要是密密实度（固固结

11、程度度）不够够，或由由于陆相相沉积环环境的频频繁变化化使得土土性不均均匀，常常见有砂砂壤土、粉粉细砂夹夹层或透透镜体，深深搅水泥泥土防渗渗墙在这这类地层层中的任任务主要要是提高高胶结程程度，并并形成一一道防渗渗性能均均匀的墙墙体。表表层或浅浅部的砂砂壤土、粉粉砂、细细砂土层层是造成成长江重重要堤防防堤基险险情的主主要原因因，因而而是深搅搅水泥土土防渗墙墙的主要要处理对对象，其其天然状状态下的的渗透系系数一般般在100-410-3cmm/s量量级。 采用半封闭闭式防渗渗墙的典典型结构构模型和和分析方方法，可可以对比比研究防防渗墙渗渗透系数数对渗控控效果的的影响2。防防渗依托托层渗透透系数为为11

12、10-66cm/s，厚厚度为110m，其其下伏强强透水层层渗透系系数为00.011cm/s，河河泓切穿穿防渗依依托层，其其它条件件详见文文献22。防防渗墙厚厚度为220cmm，对比比计算了了渗透系系数由55100-7ccm/ss逐渐增增大至55100-5ccm/ss共5种种条件。令令KR为为防渗墙墙渗透系系数与被被其切穿穿的第一一层强透透水层渗渗透系数数（110-3cmm/s）的的比值。图图1是平平台脚垂垂直出逸逸比降随随KR值值的变化化曲线。由由图可见见，渗控控效果随随KR值值的增大大而急剧剧降低，当当墙体比比强透水水层的渗渗透系数数仅小一一个量级级时，其其渗控效效果很小小，堤后后渗流状状态

13、与无无防渗墙墙时差别别不大。由由此可见见防渗墙墙低渗透透性的重重要意义义。 从堤防工程程防渗墙墙的防渗渗功能看看，防渗渗墙的渗渗透系数数当然是是越小越越好，但但防渗墙墙渗透系系数的降降低还受受到施工工技术和和成本的的限制。从从目前绝绝大多数数施工企企业的施施工技术术、控制制能力和和成本来来看，将将深搅水水泥土防防渗墙的的渗透系系数设计计指标定定为i(1ii100110-66cm/s较合合适。 3.2 防防渗墙厚厚度和允允许渗透透比降 （1）深搅搅水泥土土防渗墙墙的厚度度 长江堤防工工程中使使用的都都是单排排桩深搅搅水泥土土防渗墙墙，这意意味着每每根桩以以及每相相邻两根根桩的搭搭接部分分都必须须

14、满足设设计指标标要求。所所以防渗渗墙的厚厚度指标标是指其其最小厚厚度。 同样可以用用半封闭闭式防渗渗墙结构构模型分分析防渗渗墙厚度度对渗控控效果的的影响。防防渗墙渗渗透系数数为i(1II100110-66cm/s，厚厚度考虑虑了122，155，200，255和300cm等等几种情情况，其其它条件件同文献献2。模拟拟结果表表明，平平台脚垂垂直出逸逸比降随随防渗墙墙厚度增增大而降降低，在在这几种种厚度条条件下，二二者近乎乎线性关关系。令令防渗墙墙厚度与与其渗透透系数的的比值为为TKRR，这一一变量综综合反映映了防渗渗墙的两两项关键键指标。图图2是平平台脚垂垂直出逸逸比降随随TKRR值的变变化曲线线

15、。由图图可见，随随TKRR值的增增大，渗渗控效果果显著增增强。综综合考虑虑技术、经经济等因因素，本本文建议议目前堤堤防工程程深搅水水泥土防防渗墙的的厚度宜宜不低于于20ccm。 （2）深搅搅水泥土土防渗墙墙的允许许比降 深搅水泥土土防渗墙墙的允许许比降JJ允可用用下式表表示： J允=HH/D/ 式中:D为为墙体的的最小厚厚度；H为其其上游面面承受的的水头与与下游面面水头的的差值；为安安全系数数。 从目前已掌掌握的长长江流域域堤防情情况看，防防渗墙承承担的实实际作用用水头一一般小于于8m，最最大不超超过100m。如如果按最最小墙厚厚20ccm承受受全部作作用水头头考虑，根根据允许许比降的的定义，

16、承承受100m的作作用水头头时防渗渗墙内的的渗流比比降为550，所所以500的允许许比降应应该能够够满足一一般要求求。 值得指出的的是，深深搅水泥泥土防渗渗墙的渗渗透变形形机理与与粘性土土相似程程度如何何目前还还缺乏足足够的实实验研究究，但可可以肯定定目前搅搅拌工法法建成的的深搅水水泥土防防渗墙不不具备已已知的四四种形式式渗透破破坏的形形成条件件3，而且且长江堤堤防中防防渗墙的的作用水水头也较较小，因因此，允允许渗透透比降可可以不作作为长江江堤防工工程防渗渗墙的控控制指标标。 3.3. 深搅水水泥土防防渗墙的的抗压强强度 下面通过对对堤防工工程深搅搅水泥土土防渗墙墙应力应应变计算算，揭示示不同

17、条条件下防防渗墙的的受力状状态，结结合水泥泥土材料料的力学学特性和和长江重重要堤防防隐蔽工工程的特特点，综综合讨论论深搅水水泥土防防渗墙抗抗压强度度的取值值问题。 二维有限元元应力应应变计算算断面（图图3）：土堤顶顶宽8 m，高高度8 m，内内外坡比比1:33。基础础取深度度30 m。堤堤身为粘粘性土，堤堤基为砂砂性土（粉粉砂）。计计算水位位8.00 m。其其中：为堤基基、为为堤身、为防渗渗墙墙体体。堤身身、堤基基均按均均质土考考虑，并并且为老老堤，均均已完成成固结。 防渗墙布置置在堤顶顶中轴线线。防渗渗墙厚度度0.22 m。计计算中防防渗墙深深度分别别取133.0 m、223.00 m，相相

18、应地防防渗墙在在堤基中中的深度度分别为为5.00 m、115.00 m，以以研究不不同深度度和型式式防渗墙墙的受力力特征。防防渗墙分分别采用用三种水水泥土材材料（抗抗压强度度分别为为2.00 MPPa，11.0 MPaa，0.5 MMPa）进进行计算算，研究究材料参参数对防防渗墙受受力性状状的影响响。采用用二维平平面应变变分析方方法。堤堤基、堤堤身和防防渗墙用用邓肯-张模型型模型4。有有关材料料参数取取值如表表1。 对堤内、外外各取224 mm作为计计算的横横向边界界进行计计算，自自地表向向下取330 mm作为底底部边界界进行计计算。横横向边界界设滚轴轴支座，底底部边界界设铰支支座。计计算网格

19、格（图略略）单元元总数114500，节点点总数115166。 计算分期为为：第一一期对堤堤基进行行计算；第二期期对堤身身填筑进进行计算算；第三三期模拟拟搅拌法法施工，计计算到第第三期时时，将前前期单元元计算成成果累加加上本期期按水泥泥土容重重与防渗渗墙所在在位置土土容重之之差计算算所得体体系应力力应变增增量，作作为本期期计算成成果。第第四期为为加载期期，计算算设计水水位的水水荷载作作用下防防渗墙的的受力情情况。表表2、表表3、表表4分别别给出了了三种水水泥土材材料情况况下防渗渗墙中应应力的最最大、最最小值及及应力水水平的最最大值，应应力以压压为正。 从计算结果果可以看看出，不不论选用用那种水水

20、泥土材材料，在在防渗墙墙的深度度不超过过20 m，作作用水头头不超过过8 mm的条件件下，堤堤防防渗渗墙中的的最大主主应力均均不超过过5000kPaa (00.5MMPa)，最小小主应力力不小于于0，即即不存在在拉应力力，防渗渗墙中应应力水平平最大值值不超过过0.333。 防渗墙抗压压强度设设计值的的选取除除了考虑虑深搅水水泥土防防渗墙在在设计水水位下的的受力状状态外，还还涉及到到两个问问题：（1）用什么标准判断防渗墙的力学破坏？（2）选用多大的安全系数？ 如果按照压压缩破坏坏标准，根根据上述述应力计计算结果果，深搅搅水泥土土防渗墙墙抗压强强度设计计值为11.0 MPaa时，力力学破坏坏的安全

21、全系数为为2.22左右；设计值值为0.5 MMPa时时，力学学破坏的的安全系系数为11.1左左右。如如果按照照剪切破破坏标准准，根据据上述应应力计算算结果，深深搅水泥泥土防渗渗墙抗压压强度设设计值为为1.00 MPPa时，应应力水平平最大值值0.112，相相应单元元的安全全系数大大于5；设计值值为0.5 MMPa时时，应力力水平最最大值00.333，相应应单元的的安全系系数在33左右。 根据深搅水水泥土防防渗墙的的功能和和受力方方式，应应当考虑虑围压作作用，同同时由于于水泥土土在围压压作用下下的力学学破坏为为剪切破破坏，应应按照剪剪切破坏坏标准评评价其力力学稳定定性，因因此本文文建议长长江堤防

22、防深搅水水泥土防防渗墙的的抗压强强度取值值宜不低低于0.5MPPa。 4 主要结结论 （1）堤防防防渗墙墙的功能能是截渗渗或增加加渗径，防防止堤身身和堤基基的渗透透破坏。因因此，从从防渗的的功能看看，防渗渗墙的完完整性和和连续性性是关键键。在长长江堤防防深搅水水泥土防防渗墙设设计指标标中渗透透系数是是控制性性指标。防防渗墙渗渗透系数数在100-6 cm/s量级级、厚度度不小于于0.22 m是是合适的的。 （2）水泥泥土的抗抗压强度度在堤防防防渗工工程中不不是控制制指标，但但由于它它是直观观反映水水泥土质质量的主主要指标标，在应应用中也也作为一一项设计计指标。水水泥土抗抗压强度度与水泥泥的掺量量

23、、土质质类型和和含水量量、搅拌拌的均匀匀性以及及成型环环境和龄龄期有关关。考虑虑到龄期期特性，土土质特性性，成型型环境以以及堤防防防渗墙墙施工进进度等综综合因素素，建议议以水泥泥土900 d龄龄期的抗抗压强度度作为标标准强度度。 （3）考虑虑到长江江堤防防防渗墙承承担的作作用水头头不高（一一般小于于8 mm），深深搅水泥泥土防渗渗墙最大大深度不不超过220 mm，从应应力应变变计算结结果看，防防渗墙中中最大主主应力不不超过00.5 MPaa，防渗渗墙中无无拉应力力。建议议深搅水水泥土防防渗墙抗抗压强度度设计值值宜不低低于0.5 MMPa。 （4）针对对长江堤堤防工程程的实际际条件，深深搅水泥泥

24、土防渗渗墙本身身不具备备产生渗渗透破坏坏的前提提条件，因因此，建建议在深深搅水泥泥土防渗渗墙质量量标准中中，允许许比降可可以不作作为控制制性指标标。 参考文献 1 李李思慎，长长江重要要堤防隐隐蔽工程程建设中中的防渗渗处理，长长江科学学院院报报增刊，220000年122月。 2 张张家发、吴吴昌瑜等等.堤防防加固工工程中防防渗墙防防渗效果果及应用用条件研研究.长长江科学学院院报报，20001年年第5期期。 3 刘刘杰.土土的渗透透稳定与与渗流控控制.水水利电力力出版社社，19992年年。 4 朱朱百里，沈沈珠江.计算土土力学.上海：上海科科技出版版社，119900. 长江堤防深深层搅拌拌水泥土

25、土防渗墙墙设计指指标探讨讨 中国水利，2002年12期，8082 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。本文对深层搅拌水泥土防渗墙的有关设计指标进行了讨论。针对长江堤防工程的特点以及水泥土防渗墙的功能和加固目的，在深搅水泥土防渗墙应力应变有限元计算和渗控计算分析基础上，结合施工技术和成本等因素，讨论了防渗墙渗透系数、厚度、允许渗透坡降和抗压强度的取值范围。研究结果可供长江堤防加固工程的防渗墙设计和验收参考。 关键词：长江堤防 深层搅拌 水泥土防渗墙 设计指标 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

26、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

27、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）

28、，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，

29、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810m，堤身高度在610m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

30、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0.50.7；180 d龄期为1.11.3。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

31、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

32、理。 3 水泥土防渗墙抗渗透性指标的合理范围 3.1 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，浅部粉质粘土、粉质壤土层的渗透系数一般在10-610-5cm/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

33、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10-410-3cm/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2。防渗依托层渗透系数为110-6cm/s，厚度为10m，其下伏强透水层渗透系数为0.01cm/s，河泓切穿防渗依托层，其它条件详见文献2。防渗墙厚度为20cm，对比计算了渗透系数由510-7cm/s逐渐增大至510-5cm/s共5种条件。令KR为防渗墙渗透系数与

34、被其切穿的第一层强透水层渗透系数（110-3cm/s）的比值。图1是平台脚垂直出逸比降随KR值的变化曲线。由图可见，渗控效果随KR值的增大而急剧降低，当墙体比强透水层的渗透系数仅小一个量级时，其渗控效果很小，堤后渗流状态与无防渗墙时差别不大。由此可见防渗墙低渗透性的重要意义。 从堤防工程防渗墙的防渗功能看，防渗墙的渗透系数当然是越小越好，但防渗墙渗透系数的降低还受到施工技术和成本的限制。从目前绝大多数施工企业的施工技术、控制能力和成本来看，将深搅水泥土防渗墙的渗透系数设计指标定为i(1i1010-6cm/s较合适。 3.2 防渗墙厚度和允许渗透比降 （1）深搅水泥土防渗墙的厚度 长江堤防工程中

35、使用的都是单排桩深搅水泥土防渗墙，这意味着每根桩以及每相邻两根桩的搭接部分都必须满足设计指标要求。所以防渗墙的厚度指标是指其最小厚度。 同样可以用半封闭式防渗墙结构模型分析防渗墙厚度对渗控效果的影响。防渗墙渗透系数为i(1I1010-6cm/s，厚度考虑了12，15，20，25和30cm等几种情况，其它条件同文献2。模拟结果表明，平台脚垂直出逸比降随防渗墙厚度增大而降低，在这几种厚度条件下，二者近乎线性关系。令防渗墙厚度与其渗透系数的比值为TKR，这一变量综合反映了防渗墙的两项关键指标。图2是平台脚垂直出逸比降随TKR值的变化曲线。由图可见，随TKR值的增大，渗控效果显著增强。综合考虑技术、经

36、济等因素，本文建议目前堤防工程深搅水泥土防渗墙的厚度宜不低于20cm。 （2）深搅水泥土防渗墙的允许比降 深搅水泥土防渗墙的允许比降J允可用下式表示： J允=H/D/ 式中:D为墙体的最小厚度；H为其上游面承受的水头与下游面水头的差值；为安全系数。 从目前已掌握的长江流域堤防情况看，防渗墙承担的实际作用水头一般小于8m，最大不超过10m。如果按最小墙厚20cm承受全部作用水头考虑，根据允许比降的定义，承受10m的作用水头时防渗墙内的渗流比降为50，所以50的允许比降应该能够满足一般要求。 值得指出的是，深搅水泥土防渗墙的渗透变形机理与粘性土相似程度如何目前还缺乏足够的实验研究，但可以肯定目前搅

37、拌工法建成的深搅水泥土防渗墙不具备已知的四种形式渗透破坏的形成条件3，而且长江堤防中防渗墙的作用水头也较小，因此，允许渗透比降可以不作为长江堤防工程防渗墙的控制指标。 3.3. 深搅水泥土防渗墙的抗压强度 下面通过对堤防工程深搅水泥土防渗墙应力应变计算，揭示不同条件下防渗墙的受力状态，结合水泥土材料的力学特性和长江重要堤防隐蔽工程的特点，综合讨论深搅水泥土防渗墙抗压强度的取值问题。 二维有限元应力应变计算断面（图3）：土堤顶宽8 m，高度8 m，内外坡比1:3。基础取深度30 m。堤身为粘性土，堤基为砂性土（粉砂）。计算水位8.0 m。其中：为堤基、为堤身、为防渗墙墙体。堤身、堤基均按均质土考

38、虑，并且为老堤，均已完成固结。 防渗墙布置在堤顶中轴线。防渗墙厚度0.2 m。计算中防渗墙深度分别取13.0 m、23.0 m，相应地防渗墙在堤基中的深度分别为5.0 m、15.0 m，以研究不同深度和型式防渗墙的受力特征。防渗墙分别采用三种水泥土材料（抗压强度分别为2.0 MPa，1.0 MPa，0.5 MPa）进行计算，研究材料参数对防渗墙受力性状的影响。采用二维平面应变分析方法。堤基、堤身和防渗墙用邓肯-张模型模型4。有关材料参数取值如表1。 对堤内、外各取24 m作为计算的横向边界进行计算，自地表向下取30 m作为底部边界进行计算。横向边界设滚轴支座，底部边界设铰支座。计算网格（图略）单元总数1450，节点总数1516。 计算分期为：第一期对堤基进行计算；第二期对堤身填筑进行计算；第三期模拟搅拌法施工，计算到第三期时，将前期单元计算成果累加上本期按水泥土容重与防渗墙所在位置土容重