3.1 深攪水泥土防滲墻滲透系數
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透性能至關重要。若按等效滲徑方法近似考慮,防滲墻滲透系數比原土層的滲透系數降低多少倍,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之間的比例關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,淺部粉質粘土、粉質壤土層的滲透系數一般在10-6~10-5cm/s量級,它們存在的問題主要是密實度(固結程度)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主要是提高膠結程度,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)下的滲透系數一般在10-4~10-3cm/s量級。
采用半封閉式防滲墻的典型結構模型和分析方法,可以對比研究防滲墻滲透系數對滲控效果的影響[2].防滲依托層滲透系數為1×10-6cm/s,厚度為10m,其下伏強透水層滲透系數為0.01cm/s,河泓切穿防滲依托層,其它條件詳見文獻[2].防滲墻厚度為20cm,對比計算了滲透系數由5×10-7cm/s逐漸增大至5×10-5cm/s共5種條件。令KR為防滲墻滲透系數與被其切穿的第一層強透水層滲透系數(1×10-3cm/s)的比值。圖1是平臺腳垂直出逸比降隨KR值的變化曲線。由圖可見,滲控效果隨KR值的增大而急劇降低,當墻體比強透水層的滲透系數僅小一個量級時,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,防滲墻的滲透系數當然是越小越好,但防滲墻滲透系數的降低還受到施工技術和成本的限制。從目前絕大多數施工企業(yè)的施工技術、控制能力和成本來看,將深攪水泥土防滲墻的滲透系數設計指標定為i(1≤i<10=×10-6cm/s較合適。
(1)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構模型分析防滲墻厚度對滲控效果的影響。防滲墻滲透系數為i(1≤I<10=×10-6cm/s,厚度考慮了12,15,20,25和30cm等幾種情況,其它條件同文獻[2].模擬結果表明,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,二者近乎線性關系。令防滲墻厚度與其滲透系數的比值為TKR,這一變量綜合反映了防滲墻的兩項關鍵指標。圖2是平臺腳垂直出逸比降隨TKR值的變化曲線。由圖可見,隨TKR值的增大,滲控效果顯著增強。綜合考慮技術、經濟等因素,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20cm.
深攪水泥土防滲墻的允許比降J允可用下式表示:
J允=ΔH/D/η
式中:D為墻體的最小厚度;ΔH為其上游面承受的水頭與下游面水頭的差值;η為安全系數。
從目前已掌握的長江流域堤防情況看,防滲墻承擔的實際作用水頭一般小于8m,最大不超過10m.如果按最小墻厚20cm承受全部作用水頭考慮,根據允許比降的定義,承受10m的作用水頭時防滲墻內的滲流比降為50,所以50的允許比降應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粘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形式滲透破壞的形成條件[3],而且長江堤防中防滲墻的作用水頭也較小,因此,允許滲透比降可以不作為長江堤防工程防滲墻的控制指標。