长江堤防深层搅拌水泥土防渗墙设计指标探讨（二）

　　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10-6～10-5cm/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[2].防渗依托层渗透系数为1×10-6cm/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5×10-7cm/s逐渐增大至5×10-5cm/s共5种条件。令KR为防渗墙渗透系数与被其切穿的第一层强透水层渗透系数（1×10-3cm/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（1≤i＜10＝×10-6cm/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（1≤I＜10＝×10-6cm/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=ΔH/D/η
　　式中：D为墙体的最小厚度；ΔH为其上游面承受的水头与下游面水头的差值；η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。