土质因素对TRD防渗墙工作性能影响的机理分析

摘 要: TRD 工法是一种新型水泥土防渗墙施工工艺，广泛用于大坝围堰、库岸堤坝和地下工程的止水帷幕结构。TRD 工法是将各地层的土体混合后与水泥浆搅拌形成等厚连续的混合土质水泥土地下连续墙，所以不同地层土质混合差异对其水泥土防渗墙的工作性能具有明显差别。系统研究水泥混合土土的渗透系数，讨论土质因素对水泥混合土工程性能的影响。研究表明混合土 质水泥土的防渗性能受混合土质中渗透性强的土质含量占比所控制。上述研究对判断不同地层条件的 TRD 工法防渗效果与工 作性能具有一定的参考意义。

 关键词: TRD工法，混合土质水泥土，渗透系数

▍0 引  言 

水泥土防渗墙是一种常见的大坝围堰、库岸堤坝和地下工程的止水帷幕结构。TRD，CSM工法等众多新型水泥土防渗墙施工不仅搅拌水平层面土体，而且混合拌不同地层的土体。原位土体发生混合后，既可能含有小颗粒的粘土也可能含有大粒径的砂砾，这些土质变化对于水泥土防渗墙工程性质影响的关键因素。

水泥土固化机理受加固土体性质差异的影响复杂得多，本文将系统研究水泥混合土渗透系数，讨论土质因素对水泥混合土工程性能的影响，采用级配分析方法来揭示不同水泥混合土工程性能明显差异的机理。

▍1 试验方法与方案 

1.1、工程概况

工程场地位于武汉市青山区，邻近长江右岸堤坝，地层存在较厚强透水层，场地土层分布及其物理力学性质如表1所示。基坑距离长江右岸堤坝25m，面积约为12350m2，周长约420m，挖深约15m，采用TRD工法等厚度水泥土防渗墙作为落底式止水帷幕。

1.2、土样采集

结合工程现场的地层条件选取了细砂、粉质粘土、粘土三种土样。土样粒度成分是影响土体性质的重要指标，土样粒度分析采用湿法粒度分析，使用南京工业大学现代分析中心的 Microtrac S3500 激光粒度分析仪。粒度分析结果如表 1 所示，三种土样级配曲线如图 1 所示，三种土样中，细砂的级配曲线与 Fuller 最密级配曲线最为接近，而粉质粘土与粘土的级配曲线与 Fuller 曲线差异较大。 

1.3、试样备制

水泥土试样制备，固化剂选用 42. 5 级普通硅酸盐水泥，水灰比取1.2。按照JGJ/T233—2011水泥土配合比设计规程的有关规定，无侧限抗压强度试验试件采用立方体试模( 7. 07 cm) ; 渗透试验试件则采用截头圆锥形试模( 上径7cm，下径 8cm，高3cm) ， 每种规格试样制备 3 个平行样。

1.4、试验方法

水泥土无侧限抗压强度采用数显式压力试验机进行测定，加载速率控制在0.15 kN/s左右，破坏荷载读数精确至0.01 kN。水泥土渗透系数采用专门用于水泥土渗透系数测定的TJSS-25型水泥土渗透试验仪。该设备满足JGJ/T 233—2011水泥土配合比设计规程实验要求，利用反压力对水泥土渗透加压，水头差可以控制，且可获得较高水头压力，从而能够测定弱透水或不透的水泥土的渗透系数。

根据工程现场的地层位置关系，细砂、粉质粘土、粘土的相互混合按照不同组合配比，模拟TRD工法搅拌形成混合土，开展水泥混合土的工程性能试验研究。

▍2 渗透系数 

水泥混合土不同试验方案条件下的渗透系数如表 2 所示。水泥掺入量相同，不同土质水泥混合土的渗透系数均相差较大， 而且，相同土质，不同配合比的水泥混合土的渗透系数也存在差异。

图 2 为细砂与粉质粘土混合土的水泥混合土渗透系数与两 种土质配比关系图。两种土样配比变化，水泥混合土的工程性质并不是简单地随着某一种土含量变化而规律性变化的。水泥混合土的 k 值大致分布于细砂质水泥土与粉质粘土质水泥土之间， 25% 细砂 + 75% 粉质粘土配比的水泥混合土，渗透系数较细砂质水泥土下降了 26% ，但却比粉质粘土质水泥土提高了 1. 91 倍，可得出混合土中渗透性较大的组分对水泥混合土土渗透性起到控制作用。

图 3 为不同土质组合的水泥混合土渗透系数与两种土质组合关系图。当混合土质中两种土质含量相同时，不同土质组合的水泥混合土渗透性规律则大致相似，即受混合土质中渗透系数较大的土质所控制，当然水泥水化物也能改善土体的孔隙结构，影响渗透系数的基本量级。 

▍3 结 语 

本文系统研究水泥混合土的渗透系数，讨论土质因素对TRD 防渗墙工作性能的影响，当混合土质级配曲线偏离 Fuller 曲线时，渗透系数变化则受渗透性较强的土质的影响更为明显。