长江堤防深层搅拌水泥土防渗墙设计指标探讨（三）

　　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：Ⅰ为堤基、Ⅱ为堤身、Ⅲ为防渗墙墙体。堤身、堤基均按均质土考虑，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之差计算所得体系应力应变增量，作为本期计算成果。第四期为加载期，计算设计水位的水荷载作用下防渗墙的受力情况。表2、表3、表4分别给出了三种水泥土材料情况下防渗墙中应力的最大、最小值及应力水平的最大值，应力以压为正。

　　从计算结果可以看出，不论选用那种水泥土材料，在防渗墙的深度不超过20 m，作用水头不超过8 m的条件下，堤防防渗墙中的最大主应力均不超过500kPa （0.5MPa），最小主应力不小于0，即不存在拉应力，防渗墙中应力水平最大值不超过0.33.
　　防渗墙抗压强度设计值的选取除了考虑深搅水泥土防渗墙在设计水位下的受力状态外，还涉及到两个问题：
　　（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？
　　如果按照压缩破坏标准，根据上述应力计算结果，深搅水泥土防渗墙抗压强度设计值为1.0 MPa时，力学破坏的安全系数为2.2左右；设计值为0.5 MPa时，力学破坏的安全系数为1.1左右。如果按照剪切破坏标准，根据上述应力计算结果，深搅水泥土防渗墙抗压强度设计值为1.0 MPa时，应力水平最大值0.12，相应单元的安全系数大于5；设计值为0.5 MPa时，应力水平最大值0.33，相应单元的安全系数在3左右。
　　根据深搅水泥土防渗墙的功能和受力方式，应当考虑围压作用，同时由于水泥土在围压作用下的力学破坏为剪切破坏，应按照剪切破坏标准评价其力学稳定性，因此本文建议长江堤防深搅水泥土防渗墙的抗压强度取值宜不低于0.5MPa.

　　4 主要结论
　　（1）堤防防渗墙的功能是截渗或增加渗径，防止堤身和堤基的渗透破坏。因此，从防渗的功能看，防渗墙的完整性和连续性是关键。在长江堤防深搅水泥土防渗墙设计指标中渗透系数是控制性指标。防渗墙渗透系数在10-6 cm/s量级、厚度不小于0.2 m是合适的。
　　（2）水泥土的抗压强度在堤防防渗工程中不是控制指标，但由于它是直观反映水泥土质量的主要指标，在应用中也作为一项设计指标。水泥土抗压强度与水泥的掺量、土质类型和含水量、搅拌的均匀性以及成型环境和龄期有关。考虑到龄期特性，土质特性，成型环境以及堤防防渗墙施工进度等综合因素，建议以水泥土90 d龄期的抗压强度作为标准强度。
　　（3）考虑到长江堤防防渗墙承担的作用水头不高（一般小于8 m），深搅水泥土防渗墙最大深度不超过20 m，从应力应变计算结果看，防渗墙中最大主应力不超过0.5 MPa，防渗墙中无拉应力。建议深搅水泥土防渗墙抗压强度设计值宜不低于0.5 MPa.
　　（4）针对长江堤防工程的实际条件，深搅水泥土防渗墙本身不具备产生渗透破坏的前提条件，因此，建议在深搅水泥土防渗墙质量标准中，允许比降可以不作为控制性指标。