截滲墻縫隙自愈過(guò)程試驗(yàn)研究

楊 云，姚廣亮

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635)

截排減壓抗浮技術(shù)是實(shí)現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)抗浮的一種工程方法，采用截滲措施與排水措施結(jié)合，截滲措施減小周邊土層水頭降和減少坑內(nèi)涌水量，主要工程措施有防滲墻、止水帷幕、鋼板樁等；排水措施起排水減壓作用，主要有減壓井、排水廊道[1]等措施。工程中，由于槽段連接處沖刷、拱效應(yīng)、不均勻沉降、水力劈裂等作用，截滲墻極易產(chǎn)生水平向或垂直向的非貫通性或貫通性縫隙[2]，工程事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，裂縫大小一般為15～25mm，最寬者達(dá)40mm[3]。通過(guò)數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，截滲墻縫隙大大降低了截滲墻的截滲效果，使地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)水位提高，增加抗浮措施成本。在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，存在縫隙的截滲墻依舊發(fā)揮較好的截滲效果，考慮到基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)水力破降均足以驅(qū)動(dòng)土層中部分顆粒運(yùn)動(dòng)，截滲墻縫隙可能存在自愈現(xiàn)象。鑒于理論分析方法探討縫隙自愈現(xiàn)象存在困難，采用模型試驗(yàn)的方法進(jìn)行探討。

在縫隙自愈現(xiàn)象相關(guān)問(wèn)題上，Sherard[4- 5]根據(jù)多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，在土石壩下游設(shè)計(jì)可靠的反濾體，防滲體中由不均勻沉降導(dǎo)致縫隙，不會(huì)遭受沖刷，土體可以自愈；劉杰等[6- 7]通過(guò)國(guó)內(nèi)五個(gè)地區(qū)的典型粘性土縫隙后自愈機(jī)理與出口反濾料關(guān)系得出，只要縫隙中的滲流不連續(xù)沖刷縫壁，土體本身有自行愈合的能力；曹洪等[8]在對(duì)鋼板樁圍堰抗?jié)B問(wèn)題分析中得出，在抽水過(guò)程中砂層中的鋼板樁逐漸自愈，初始滲透系數(shù)是最終的數(shù)百倍；郭愛(ài)國(guó)等[2]在粘土裂縫自愈試驗(yàn)研究中，將粘土及上下反濾層裝填在圓桶型滲透儀中，試驗(yàn)中逐級(jí)施加水頭，裂縫逐漸愈合；Eigenbord[9]對(duì)反復(fù)凍融作用下引起土體裂縫愈合的原因進(jìn)行歸納，主要有有效應(yīng)力增大、土粒在裂縫內(nèi)沉積作用、土粒膨脹三個(gè)方面引起；Reddi和Kakuturu[10]從土石壩心墻料和反濾料的顆粒級(jí)配角度分析了裂縫愈合現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理和條件，得出裂縫自愈合是由于流動(dòng)土粒再沉積引起的；叢日新等[11]對(duì)礫質(zhì)土心墻裂縫自愈進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)水平貫穿性裂縫的自愈過(guò)程進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn)該過(guò)程為裂縫形成—愈合—再次形成過(guò)程不斷重復(fù)，直到出現(xiàn)上下游貫穿性破壞。

上述學(xué)者對(duì)縫隙自愈研究均集中在高水頭差、大水力坡降作用下，粘性土、砂土中均存在縫隙自愈現(xiàn)象。在地下結(jié)構(gòu)中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)水頭差相對(duì)較小，縫隙是否存在自愈現(xiàn)象需進(jìn)一步探討。若截滲墻縫隙能夠自愈，則截滲墻可以長(zhǎng)久穩(wěn)定的發(fā)揮截滲作用，截排減壓抗浮技術(shù)在地下工程中的應(yīng)用將得到進(jìn)一步的推廣。

1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

將地下結(jié)構(gòu)中的截滲墻作為研究對(duì)象，從三維條件角度設(shè)計(jì)模型試驗(yàn)，在截滲墻中預(yù)留縫隙，使上游水流通過(guò)縫隙向下流滲透，通過(guò)控制水頭條件，觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，量測(cè)各測(cè)點(diǎn)水頭值與滲流量。

模型試驗(yàn)采用砂槽模型，試驗(yàn)裝置包括：可變水頭供水裝置、砂槽模型箱、量測(cè)裝置等組成，模型示意圖與實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 砂槽模型示意圖

砂槽模型分為上游水箱、下游水箱、砂槽、覆蓋層組成，以10mm厚有機(jī)玻璃板為邊壁，通過(guò)角鋼加固。用有機(jī)玻璃板模擬截滲墻，在中軸處豎向開(kāi)孔模擬縫隙，開(kāi)孔尺寸為寬10mm、高100mm、厚10mm，且上下兩端進(jìn)行打磨成橢圓狀，垂直安置在砂槽中，通過(guò)有機(jī)玻璃膠粘結(jié)玻璃條止水與固定。砂槽下游與下游水箱相接處在底部開(kāi)孔，高度為100mm，孔前蒙上一層10目的鋼絲網(wǎng)，對(duì)砂顆粒起保護(hù)作用。試驗(yàn)過(guò)程中，下游水箱水位高度始終高于砂面高度，且保持不變；上游水箱與供水裝置相連，通過(guò)升降上游供水箱改變水頭，對(duì)砂槽進(jìn)行加壓與卸壓。覆蓋層模擬采用柔性覆蓋層，用厚度為0.05mm的2sPE薄膜折疊成一個(gè)頂部開(kāi)敞的長(zhǎng)方體，再用玻璃膠把置于頂板的有機(jī)玻璃板封住形成一個(gè)封閉的覆蓋層，通過(guò)橡膠管，使覆蓋面與上游穩(wěn)水箱和測(cè)壓管相連，使覆蓋層水壓始終大于砂槽中水壓力。

砂槽測(cè)壓管布置圖2所示，1#、50#測(cè)壓管分別上、下游水箱相連，2#測(cè)壓管安置在砂槽進(jìn)口處，其余測(cè)壓管均位于砂槽邊壁一側(cè)，且端部伸入中軸面處。

圖2 測(cè)壓管布置示意圖

試驗(yàn)中，水流從上游水箱進(jìn)入砂槽，通過(guò)縫隙向下游運(yùn)動(dòng)，從出口進(jìn)入下游水箱，在下游水箱液面通過(guò)PVC管流過(guò)，縫隙斷面流量與PVC管流量一致，量測(cè)流量數(shù)值上等于砂槽各過(guò)水?dāng)嗝媪髁俊?/p>

圖3 試驗(yàn)砂樣級(jí)配曲線(xiàn)

試驗(yàn)采用天然砂，砂樣級(jí)配曲線(xiàn)如圖3所示，砂樣1為不均勻砂，砂樣2為均勻砂。按照中國(guó)水利水電科學(xué)研究院無(wú)粘性土滲透破壞形式判別方法，砂樣1為管涌型砂，砂樣2為流土型砂。砂樣級(jí)配指標(biāo)見(jiàn)表1，砂樣1中Cu=30，Cc=1.452；砂樣2中Cu=3.7；Cc=1.081。

表1 砂樣級(jí)配指標(biāo)

2 試驗(yàn)過(guò)程與現(xiàn)象

在系列試驗(yàn)中，取得較好效果試驗(yàn)6組，其中采用砂樣1有4組，為1#、2#、3#、4#試驗(yàn)，稱(chēng)為不均勻砂試驗(yàn)。采用砂樣2的為5#、6#試驗(yàn)，稱(chēng)為均勻砂試驗(yàn)。各組試驗(yàn)加壓過(guò)程如圖4所示。1#、2#、3#、6#試驗(yàn)采用加壓-穩(wěn)定-加壓方式，在提升一級(jí)水頭差后，保持較長(zhǎng)時(shí)間，隔30min讀取數(shù)值一次，至實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變化規(guī)律穩(wěn)定后，再提高水頭差，直至試驗(yàn)最高水頭差，該方式能夠直接反映相同水力條件下流量的時(shí)間效應(yīng)。4#試驗(yàn)同樣為加壓-穩(wěn)定-加壓方式，但總水頭差升高至一定值后，按加壓軌跡進(jìn)行卸壓，此試驗(yàn)直接體現(xiàn)不均勻砂中相同水力條件下砂槽加壓前后滲透性能的差異。5#試驗(yàn)為加壓-卸壓方式，每隔30min變化一次，反映了均勻砂試驗(yàn)砂槽加壓前后滲透性能的變化。

圖4 試驗(yàn)加壓曲線(xiàn)圖

試驗(yàn)過(guò)程中，砂槽進(jìn)口邊界、出口邊界對(duì)水流、砂顆粒運(yùn)動(dòng)具有一定的阻滯作用，例如出口邊界鋼絲網(wǎng)太密，即可阻止砂顆粒向下游運(yùn)動(dòng)，造成砂槽滲透性能減弱的現(xiàn)象。在試驗(yàn)改造中，特別注意進(jìn)出口邊界及邊壁效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)的影響，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)改造后，1#試驗(yàn)中下游出口邊界附近各測(cè)點(diǎn)其測(cè)點(diǎn)等勢(shì)比隨總水頭差變化，如圖5所示，出口邊界對(duì)試驗(yàn)影響可忽略不計(jì)。關(guān)于進(jìn)口邊界、邊壁及覆蓋層等因素對(duì)試驗(yàn)影響，周紅星[12- 13]進(jìn)行過(guò)相關(guān)試驗(yàn)研究，其對(duì)試驗(yàn)效果影響得到較好的改進(jìn)。因此，試驗(yàn)中砂槽滲透性能的變化主要由砂顆粒在水壓力作用下引起。

圖5 1#試驗(yàn)出口邊界測(cè)點(diǎn)等勢(shì)比-總水頭差曲線(xiàn)

試驗(yàn)過(guò)程中流量的變化能夠在宏觀上體現(xiàn)砂槽整體透水能力變化，在一定水頭條件下，砂槽滲流符合達(dá)西定律，在同一級(jí)水頭差階段，砂槽模型水力條件保持穩(wěn)定，流量的變化僅由砂槽顆粒內(nèi)部運(yùn)動(dòng)引起。試驗(yàn)中在同一級(jí)水頭差下持續(xù)加壓時(shí)讀取多組數(shù)據(jù)，各組試驗(yàn)流量隨總水頭差變化曲線(xiàn)如圖6所示，在1#、2#、3#試驗(yàn)中，當(dāng)△H<800時(shí)，同一級(jí)水頭差下，流量隨加壓時(shí)間持續(xù)逐漸減小。4#試驗(yàn)加壓過(guò)程中，同一級(jí)水頭差下，流量隨加壓時(shí)間持續(xù)逐漸減??；卸壓過(guò)程中，同一級(jí)水頭差下，卸壓時(shí)流量均小于加壓時(shí)。5#試驗(yàn)中同一級(jí)水頭差下，卸壓時(shí)流量小于加壓時(shí)。6#試驗(yàn)中，當(dāng)△H<800mm時(shí)，流量隨加壓時(shí)間持續(xù)保持穩(wěn)定。

圖6 流量-總水頭差曲線(xiàn)圖

綜合各組試驗(yàn)流量變化現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)在一定水頭條件下，在同一級(jí)水頭差階段，流量隨加壓時(shí)間持續(xù)而逐漸減小；砂槽經(jīng)加壓后，卸壓過(guò)程中在相同水頭差下流量比加壓時(shí)小，在宏觀上體現(xiàn)了截滲墻的自愈，該現(xiàn)象也是在宏觀上判定截滲墻自愈的標(biāo)準(zhǔn)。

3 試驗(yàn)分析

流量變化規(guī)律僅在宏觀上體現(xiàn)了截滲墻的自愈，未能反映引起截滲墻自愈的區(qū)域。在同一級(jí)水頭差下，流量逐漸減小，透水能力逐漸減弱，截滲墻逐漸自愈，但作用在砂槽模型中水力條件并未改變，因此引起截滲墻自愈的主要因素是砂顆粒的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)。砂槽中各個(gè)部位砂顆粒的運(yùn)動(dòng)存在差異，同時(shí)也存在一定的聯(lián)系，為方便對(duì)各部位進(jìn)行綜合分析，需對(duì)砂槽進(jìn)行分區(qū)，通過(guò)各區(qū)域參數(shù)變化推測(cè)砂顆粒的整體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果等勢(shì)線(xiàn)分布與砂槽滲流數(shù)值模擬結(jié)果，砂槽分區(qū)如圖7所示。

圖7 砂槽分區(qū)示意圖

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，1#、2#、3#、4#試驗(yàn)與5#、6#試驗(yàn)流量變化規(guī)律存在明顯差異，即砂類(lèi)型差異對(duì)試驗(yàn)效果存在影響，需進(jìn)行分類(lèi)對(duì)比分析。

3.1 滲透性能分析

砂槽中滲流符合達(dá)西定律：

(1)

式中，Q—過(guò)水?dāng)嗝媪髁浚弧鱄—砂槽總水頭差；K—砂槽整體等效滲透系數(shù)。

圖8 各組試驗(yàn)Q/△H-△H曲線(xiàn)圖

試驗(yàn)中Q/△H與滲透系數(shù)K成正比，比例系數(shù)為A/△L，Q/△H-總水頭差△H的關(guān)系曲線(xiàn)可反映砂槽整體透水能力的變化。各組試驗(yàn)Q/△H-△H曲線(xiàn)如圖8所示，在1#、2#、3#試驗(yàn)(不均勻砂試驗(yàn))中，當(dāng)△H≤800mm時(shí)，Q/△H隨△H增大逐漸減小，而△H≥800mm時(shí)，Q/△H隨△H逐漸增大，但Q/△H均小于初始值；4#試驗(yàn)加壓過(guò)程中Q/△H變化與不均勻砂試驗(yàn)一致，卸壓過(guò)程中Q/△H始終小于加壓時(shí)且保持穩(wěn)定。5#、6#試驗(yàn)(均勻砂試驗(yàn))加壓過(guò)程中Q/△H有所減小，但變化幅度有限，卸壓過(guò)程中Q/△H保持穩(wěn)定。

砂槽縫隙區(qū)域過(guò)水?dāng)嗝鍭=10cm2、滲徑△L=1cm，縫隙水頭差為兩端測(cè)點(diǎn)C12、C13與C14、C15水頭均值之差，因此縫隙區(qū)域滲透系數(shù)可計(jì)算得出。各組試驗(yàn)縫隙滲透系數(shù)-△H曲線(xiàn)如圖9所示，1#、2#、3#試驗(yàn)(不均勻砂試驗(yàn))在△H≤800mm時(shí)，縫隙滲透系數(shù)k減小，在△H≥800mm時(shí)，縫隙滲透系數(shù)k增大，且k始終小于初始時(shí)，其變化規(guī)律與Q/△H基本一致；4#試驗(yàn)在卸壓時(shí)，k所有增大，為縫隙區(qū)域啥顆粒卸壓中反彈引起；6#試驗(yàn)(均勻砂試驗(yàn))縫隙滲透系數(shù)k隨總水頭差增大保持穩(wěn)定。

圖9 各組試驗(yàn)縫隙滲透系數(shù)-△H曲線(xiàn)圖

從滲透性能分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)△H≤800mm時(shí)，不均勻砂中砂顆粒整體滲透能力、縫隙滲透系數(shù)隨總水頭差增大逐漸減小，而均勻砂中保持穩(wěn)定。

3.2 區(qū)域等勢(shì)比分析

區(qū)域等勢(shì)比即區(qū)域水頭差△h與總水頭差△H的比值，用φ表示，即：

(2)

式中，hi、hj—區(qū)域上下游水頭值。

區(qū)域等勢(shì)比反映了該區(qū)域阻水能力的變化，區(qū)域等勢(shì)比增大，則該區(qū)域阻水能力增強(qiáng)；區(qū)域等勢(shì)比減小，有可能是該區(qū)域阻水能力減弱引起，也可能由于其他區(qū)域阻水能力增強(qiáng)引起，需對(duì)各區(qū)域進(jìn)行綜合分析。試驗(yàn)中某區(qū)域阻水能力增強(qiáng)，即表示該區(qū)域砂顆粒富集，反之，則出現(xiàn)砂顆粒流失。通過(guò)對(duì)各區(qū)域等勢(shì)比綜合分析，結(jié)合砂顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，推測(cè)砂顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

1#、2#、3#試驗(yàn)(不均勻砂試驗(yàn))區(qū)域等勢(shì)比-總水頭差△H變化如圖10所示，各組試驗(yàn)各區(qū)域等勢(shì)比變化規(guī)律一致。

當(dāng)△H≤400mm時(shí)，隨總水頭差增大，上游區(qū)域等勢(shì)比減小，縫隙區(qū)域等勢(shì)比增大，其他區(qū)域等勢(shì)比均保持穩(wěn)定。上游區(qū)域等勢(shì)比減小的原因可能有：①上游區(qū)域細(xì)小顆粒向下游運(yùn)動(dòng)，該區(qū)域阻水能力減弱；②縫隙區(qū)域等勢(shì)比增大，從而導(dǎo)致上游區(qū)域等勢(shì)比減小，上游區(qū)域砂顆粒保持穩(wěn)定。上游區(qū)域等勢(shì)比、Q/△H在△H≤400mm時(shí)增幅相比總變幅均較小，因此上游區(qū)域等勢(shì)比減小由上述兩個(gè)因素共同引起。

當(dāng)400mm≤△H≤800mm時(shí)，隨總水頭差增大，上游區(qū)域等勢(shì)比減小，縫隙、縫后區(qū)等勢(shì)比增大，下游其他區(qū)域等勢(shì)比減小，Q/△H變化顯著，則上游區(qū)域細(xì)顆粒逐漸富集在縫隙、縫后區(qū)域，而下游區(qū)域等勢(shì)比下降由縫隙及縫后區(qū)等勢(shì)比增大導(dǎo)致。

當(dāng)△H≥800mm時(shí)，隨總水頭差增大，上游區(qū)域等勢(shì)比保持穩(wěn)定，縫隙區(qū)域等勢(shì)比減小，縫后區(qū)域等勢(shì)比增大，下游其他區(qū)域等勢(shì)比增大，Q/△H增大。上游區(qū)域細(xì)顆粒運(yùn)動(dòng)減小，砂顆粒保持穩(wěn)定，縫隙區(qū)域的細(xì)顆粒大量向縫后區(qū)運(yùn)動(dòng)，淤積在縫后區(qū)，下游其他區(qū)域砂顆粒保持穩(wěn)定，而縫隙區(qū)域等勢(shì)比減小使下游區(qū)域等勢(shì)比增大。

綜合不均勻砂試驗(yàn)分析得出，截滲墻縫隙自愈的原因是：上游區(qū)域運(yùn)動(dòng)而來(lái)的細(xì)小顆粒富集在縫隙、縫后區(qū)域，使砂顆粒整體透水能力減弱，從而實(shí)現(xiàn)截滲墻的自愈。

5#、6#試驗(yàn)(均勻砂試驗(yàn))區(qū)域等勢(shì)比-總水頭差△H變化如圖11所示，兩組試驗(yàn)各區(qū)域等勢(shì)比變化基本一致。在加壓過(guò)程中，當(dāng)△H≤800mm時(shí)，隨總水頭差增大，上游區(qū)域等勢(shì)比逐漸減小，縫隙區(qū)域等勢(shì)比逐漸增大，其余區(qū)域等勢(shì)比均保持穩(wěn)定；當(dāng)△H≥800mm時(shí)，各區(qū)域等勢(shì)比均保持穩(wěn)定。卸壓過(guò)程中，隨總水頭差逐漸減小，各區(qū)域等勢(shì)比保持穩(wěn)定。其中需指出，5#試驗(yàn)縫隙區(qū)域等勢(shì)比大于6#試驗(yàn)，原因是6#試驗(yàn)中將縫隙尺寸由10mm×100mm改造為30mm×120mm引起。

根據(jù)各區(qū)域等勢(shì)比隨總水頭差變化規(guī)律，結(jié)合試驗(yàn)中流量及透水能力變化，對(duì)均勻砂試驗(yàn)中砂顆粒運(yùn)動(dòng)得出以下結(jié)論：

(1)試驗(yàn)中砂顆粒運(yùn)動(dòng)主要集中在截滲墻上游區(qū)域，并逐漸富集在縫隙區(qū)域，但必須指出，試驗(yàn)中細(xì)顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)模較小。

(2)截滲墻下游區(qū)域細(xì)顆粒運(yùn)動(dòng)較少，但在水力作用下砂顆粒整體被壓實(shí)。

綜合各組試驗(yàn)分析得出，在△H≤800mm時(shí)，在不均勻砂中截滲墻縫隙能夠自愈，均勻砂中砂顆粒整體滲透能力減弱。當(dāng)△H≥800mm時(shí)，截滲墻縫隙自愈現(xiàn)象均減弱，縫隙在水力作用下朝不利于防滲的方向發(fā)展。試驗(yàn)分析得出△H=800mm是縫隙自愈的臨界水頭差，關(guān)于△H≥800mm后縫隙自愈減弱問(wèn)題本文不做深入分析。

3.3 試驗(yàn)現(xiàn)象內(nèi)在聯(lián)系分析

不均勻砂試驗(yàn)與均勻砂試驗(yàn)的試驗(yàn)現(xiàn)象差異的緣由是采用的砂類(lèi)型不同，其中主要差異在于細(xì)顆粒的含量不同，不均勻砂與均勻砂其各自不同粒徑百分?jǐn)?shù)見(jiàn)表2，其中不均勻砂中，d<0.075粒徑占4.235%，均勻砂中占1.312%，含量比值(不均勻砂/均勻砂)為3.23；不均勻砂中，0.075≤d<0.1占18.938%，均勻砂中占10.249%，含量比值(不均勻砂/均勻砂)為1.85，因此不均勻砂中細(xì)顆粒含量遠(yuǎn)大于均勻砂中。

表2 不同類(lèi)型砂各粒徑分計(jì)篩余百分?jǐn)?shù)

圖11 5#、6#試驗(yàn)(均勻砂試驗(yàn))區(qū)域等勢(shì)比-△H曲線(xiàn)圖

細(xì)顆粒含量越多，水力條件足以驅(qū)動(dòng)細(xì)顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)，上游區(qū)域細(xì)顆粒向下游運(yùn)動(dòng)的規(guī)模越大，數(shù)量越多。由于顆粒運(yùn)動(dòng)的空間限制，細(xì)顆粒必先填充堵塞在縫隙中，當(dāng)縫隙區(qū)域中顆粒積累到一定數(shù)量后，細(xì)顆粒才向下游運(yùn)動(dòng)，逐漸停留淤積在縫后區(qū)域。砂土中細(xì)顆粒含量越多，截滲墻縫隙及縫后區(qū)域富集的細(xì)顆粒越多，范圍越大，顆粒間越加密實(shí)，從而滲透系數(shù)越小，截滲墻自愈越加明顯。

3.4 自愈臨界水力條件分析

截滲墻縫隙自愈是由于截滲墻上游區(qū)域細(xì)顆粒向下游運(yùn)動(dòng)，停留淤積在縫隙、縫后區(qū)域引起的，則自愈臨界水力條件包括起始臨界條件和終止臨界條件。起始臨界條件即足以驅(qū)使上游區(qū)域砂顆粒起動(dòng)的水力坡降，限于試驗(yàn)量測(cè)技術(shù)及觀察條件，試驗(yàn)中難以取得該值，但試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水力條件小于終止臨界條件時(shí)，砂顆粒均向有利于縫隙自愈的方向發(fā)展，因此本文可不考慮初始臨界條件。

圖12 1#、2#、3#、6#試驗(yàn)砂槽水頭線(xiàn)

終止臨界條件即自愈現(xiàn)象開(kāi)始減弱時(shí)的臨界水力條件，試驗(yàn)中為△H=800mm，1#、2#、3#、6#試驗(yàn)中分別為△H=982mm、△H=943mm、△H=823mm、△H=890mm為臨界水頭值。各組試驗(yàn)臨界水頭線(xiàn)如圖12所示，臨界水力坡降如圖13所示，其中縫隙區(qū)域平均水力坡降為J=20.26，縫前區(qū)域平均水力坡降J=1.05，縫后區(qū)域平均水力坡降J=2.08。假設(shè)截滲墻厚度為B，基坑開(kāi)挖地下水影響半徑為R，截滲墻與構(gòu)筑物間距為b，則地下水滲流總水頭損失L=20.26B+1.05R+2.08b，若基坑開(kāi)挖深度為H，開(kāi)挖過(guò)程中最大水頭差為H，且HH恒成立，即基坑開(kāi)挖中水力坡降始終達(dá)不到臨界水力坡降。

圖13 1#、2#、3#、6#試驗(yàn)水力坡降曲線(xiàn)圖

4 工程應(yīng)用中需考慮的問(wèn)題

在新建地下工程中采用截排減壓抗浮技術(shù)時(shí)，應(yīng)在勘察設(shè)計(jì)中掌握構(gòu)筑物地塊及周邊的地質(zhì)條件、地下水賦存狀態(tài)和流態(tài)，在基坑范圍內(nèi)進(jìn)行抽水試驗(yàn)，鉆孔取樣測(cè)試土層滲透系數(shù)，通過(guò)區(qū)域滲流計(jì)算方法和有限元計(jì)算軟件評(píng)估基坑內(nèi)水位降至預(yù)期高程時(shí)基坑涌水量及引起的周邊環(huán)境沉降。當(dāng)沉降量在法規(guī)允許范圍內(nèi)，且基坑涌水量較小時(shí)，可僅使用排水措施進(jìn)行減壓抗浮。若沉降量或基坑涌水量較大，需在地下結(jié)構(gòu)周邊設(shè)置截滲墻。截滲墻分為專(zhuān)用永久結(jié)構(gòu)和臨時(shí)結(jié)構(gòu)再利用兩種，專(zhuān)用永久結(jié)構(gòu)即新建一道專(zhuān)門(mén)用來(lái)截滲的結(jié)構(gòu)，例如地下連續(xù)墻；臨時(shí)結(jié)構(gòu)再利用即基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)回填后或補(bǔ)強(qiáng)后依舊起防滲作用，可視為截滲墻。截滲墻建設(shè)完成后，采用物探方法、自然電位法或其他方法檢測(cè)截滲墻的截滲效果，若存在漏水，應(yīng)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。排水措施布置分為地下結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外部，內(nèi)部可以采用減壓井、盲溝等；外部可以采用排水廊道等。截滲墻與排水措施建設(shè)完成后，在地下結(jié)構(gòu)內(nèi)部、外側(cè)安裝地下水位、沉降觀測(cè)裝置，定期觀測(cè)地下水位與沉降變化。因此，在新建工程中，質(zhì)量良好的截滲墻與暢通的排水措施結(jié)合，才能有效的實(shí)現(xiàn)抗浮。

工程中截滲墻縫隙周邊的水力坡降小于臨界水力坡降，水力條件滿(mǎn)足縫隙自愈的要求，但截滲墻與構(gòu)筑物之間必須進(jìn)行回填，若存在臨空面，截滲墻縫隙將發(fā)生滲透坡降。

5 結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)分析，得出以下結(jié)論：

(1)在一定的水頭條件下，截滲墻縫隙在含有一定量細(xì)顆粒的砂土中可以實(shí)現(xiàn)自愈。截滲墻上游土層中的細(xì)顆粒在水力作用下逐漸向下游運(yùn)動(dòng)，停留淤積在縫隙及縫后區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)截滲墻縫隙自愈。

(2)截滲墻與構(gòu)筑物之間必須進(jìn)行砂土回填，并進(jìn)行壓實(shí)，否則，截滲墻縫隙下游有臨空面，將發(fā)生滲透破壞。

采用截排減壓措施進(jìn)行抗浮的地下結(jié)構(gòu)，當(dāng)截滲墻出現(xiàn)部分縫隙后，截滲墻依舊可以發(fā)揮截滲功能。為進(jìn)一步研究自愈的發(fā)展機(jī)理，需對(duì)墻后填土級(jí)配及細(xì)顆粒的遷移過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步的分析。