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[摘 要]本文以某泵站工程实例为研究对象，结合工程实际建设条件对泵站建设中真空预压排水系统设计方案进行分析讨论，并对泵站建成后期加固工程的监测进行设计，以提高泵站真空预压和抗剪切度。
[关键词]真空预压；塑料排水板；固结度；抗剪强度
中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0145-02
0 引言
本文以某泵站建设为主要研究对象，对泵站进出水渠、水池、站内构筑物等设施组成进行设计分析。进出水渠采取梯形结构，总长度为487.7m，底部宽度为70m，高程为-2.5m，水渠顶部高程为7.0m，高程为3.50m处设置一条5.0m宽的过道，在水渠边坡高程为-2.50m～3.50m間用块石进行衬砌，采用分段式衬砌方式，3.50m以上部分采用草皮喷植进行覆盖，水渠底部按照水流速度不同设置泥浆或混凝土作护底。泵站施工期间，曾于2012年11月3日发生滑坡事件，滑坡位置为南堤桩号为0-413.0m至0-475.0m之间。经过对现场环境分析发现，边坡滑坡距离约30m，对滑坡侧面观察发现，侧断面多为纵向裂缝且深浅不同，滑坡处堤底呈自然状态无隆起处。
针对泵站水堤滑坡事件，为尽快处理滑坡现场确保工程顺利进行，泵站组织专家对滑坡处进行修复，拟定以下两套处理方案：第一，利用水泥混凝土对滑坡处进行加固处理；第二，利用排水板预压加固处理。结合现场实际情况、经济和社会效益综合分析比较，选定第二套修复方案。
1 滑坡原因讨论
建设项目受所在地周围自然环境和地质条件等因素综合影响，导致泵站堤部发生滑坡的原因有很多，主要原因包括以下几方面：
（1）对照项目所在地地质条件图和施工图，并对滑坡处进行现场测量绘制滑坡坡面图，对照图纸可知，滑坡发生在地质深为6.9m处，该处地质剖面最深，该处实际承压力较预测指标值低，因此，在建设过程中出现不稳定现象导致堤底滑坡。
（2）滑坡发生的前一天因下雨，可能由于雨水渗入堤底部，导致土质潮湿松软，致使泥土容易出现变形。此外，坡外邻近水塘，导致水体长时间渗入土质中，加之两侧压力不等，也可能导致滑坡现象。
（3）该泵站工程水渠施工采用挖、填结合，即水渠先回填提堤防填至3.0m左右，与此同时进行挖掘。因工期短，任务繁重，回填约进行三个月，开挖约一个月时间。在回填过程中随着回填土方量增加，堤底部承受的负荷也逐渐增大，同时，水渠所在区域土质多为粘性淤泥，承压能力较差，因此，在负荷增加时堤底较容易出现偏移导致滑坡。
2 处理方案拟订
对滑坡的处理一般采用改变堤防的断面或堤线位置，采取堤顶卸载或堤脚堆载的办法，由于进水渠的河道断面及堤顶高程必须满足过流和防洪要求，因此该处理办法在本工程不适用；对滑坡的处理另一种方法是处理堤基，提高堤基土的物理力学指标和抗滑能力，设计先后考虑了两个方案：一是采用水泥搅拌桩加固堤基，二是采用塑料排水板真空预压加固堤基，对上述两个方案进行施工现场条件、工期、加固方案费用等技术经济比较后，采用方案二。
处理的具体步骤：滑坡体修整、真空预压的施工、渠堤回填、边坡修正。
3 真空预压设计
3.1 塑料排水板布置范围
根据滑坡发生的范围和附近区域的工程地质资料，塑料排水板布置的范围为顺水流向从桩号0-496.30m～0-390.10m，垂直水流方向包含整个进水渠南堤宽度再往进水渠延伸15m，总加固面积约5400m2。
3.2 塑料排水板布置
排水板尺寸为100mm×4mm，在滑坡中心区桩号0-478.30m～0-408.10m之间70.2m范围内，排水板间距1.3m，按三角形布置。在滑坡区两侧桩号0-496.30m～0-478.30m之间及0-408.10m～0-390.10m之间各18m范围内，排水板间距以1.5m、2.0m、2.5m间隔按三角形布置。本工程加固的主要对象是②3层淤泥质粉质粘土，以渠堤稳定为控制条件，所以排水板的长度根据最危险滑弧的深度来确定。根据土层地质资料分析和稳定计算结果，最危险滑弧底部高程与②3层土底部相切，所以排水板必须穿过②3层土，最后确定排水板底高程-9.00m。在排水板顶部铺设0.50m厚的砂垫层，当中布置滤水管，砂垫层上铺设2层密封膜。采用射流真空泵抽真空，预压期间泵真空压力不小于96kPa，膜内真空度不小于80kPa。
3.3 地基固结度计算
固结度计算的目的是通过计算固结度，推求地基强度的增长，据此进行稳定分析，在此基础上判断排水系统布置的合理性并确定真空预压的施工期。.固结度根据三向固结轴对称问题的解析解进行计算，计算参数和结果见表1。由计算结果可以看出，径向固结度远大于竖向固结度，地基主要是通过径向排水固结的。由此可见，在地质情况确定的情况下，固结度主要受排水板平面布置的影响，过大的排水板深度无利于固结度的提高。
3.4 抗剪强度增长值的推算
由于滑坡后土体受到很大的扰动，在滑坡区域进行的十字板试验抗剪强度随深度的变化的规律比较紊乱，设计根据滑坡体外试验点的试验数据进行线性拟合以后进行抗剪强度增长值的推算。经过推算，经过60天的预压达到88%固结度的时候，推算的平均不排水抗剪强度为31kPa。经稳定分析，该强度指标可以满足渠堤稳定的要求。
4 真空预压施工
4.1 施工工序
修整滑坡体-铺设砂垫层-打插塑料排水板-在砂垫层中埋设滤水管-在加固区边缘挖沟-铺密封膜、填沟-安装抽气管道和射流真空泵-检验密封情况并抽气
4.2 主要施工工艺及质量控制要点
①砂垫层厚500mm，选用级配良好的中粗砂，要求含泥量<3%，渗透系数>3×10-3cm/s。 ②在打插排水板的过程中严格控制排水板的间距和深度，并注意保护板表面的滤水膜，防止其损坏而失去反滤的效果。
③滤水管采用D100的PVC穿孔管外包无纺布，安放在砂垫层中间，平行布置，间距5m，两端接集水管。
④在砂垫层上铺设两层聚氯乙烯塑料密封膜，需要连接的地方用热合粘接，搭接宽度大于20mm。严格保证加固区域的气密性。首先是加强对密封膜的保护，为了防止砂垫层刺破密封膜，在砂垫层和密封膜之间铺设了一层土工布。加固区四周挖了深度1m的梯形密封沟，将密封膜周边贴土铺设过沟后，在膜上填土压实。在抽真空过程中，要注意检查漏气情况，及时修补。
⑤在加固区四周布置了6台射流真空泵，每台泵平均控制面积为900m2。为避免停泵后膜内真空度急剧下降，在真空泵和出水管的连接处布置有逆止阀和截门。
5 工程监测
对水渠滑坡处进行加固处理后，为保证加固工程质量，应在加固工程完工后对渠道进行监测，测量真空预压期间的位移和沉降值。
5.1 表面沉降
真空预压处理两个月后，测得表面最大沉降值为322mm，最小为136mm，平均沉降224mm。对表面沉降监测结果分析可知，真空预压处理后的第一个月中，表面沉降较明显，约为78%，随后的时间内，表面沉降较少，且变化趋势逐步趋于平缓。
5.2 水平位移
对加固处水平位移变化进行监测可知，土层向渠内部发生位移。水渠工程上部土层多发生位移现象，主要出现在深度在8m以内的浅层土层中，2m处土层位移变化最大。真空预压处理初期，水平位移量较大，随着时间增加，位移变化速率逐渐降低，一个月后趋于平缓。
6 加固效果检测分析
6.1 固结度分析
利用实测的沉降量与时间关系曲线，求得地基最终沉降量S=238mm，由60天的平均沉降量S60=224mm求得相应的固结度U60=94%，满足设计提出的固结度要求。
6.2 力学强度指标分析
为了检验地基土物理力学指标在加固前后的变化，预压前在加固区内外进行了7孔十字板剪切和9孔静力触探试验，预压结束以后进行了其中3孔十字板剪切和1孔静力触探试验。预压前后力学指标比较见表2。
由试验结果可以看出，经过真空预压加固处理以后，淤泥质土层的抗剪强度得到了显著的提高，达到了原来值的2.88倍，并大于设计推算的平均不排水抗剪強度31kPa，可以满足渠堤稳定要求。
7 结语
本文通过对泵站工程滑坡事件加固处理，及后期监测数据分析研究，结合笔者实际工作经验，可得出以下四点结论：
（1）真空预压固结处理后，土层中承压能力和抗剪切能力均有所增加。
（2）利用真空预压固结排水法加固水渠工程，对加固后的水渠进行监测，测量结果显示，水平固结度较纵向固结度大。
（3）固结主要发生在加固后两个月内，随着时间的推移，固结速率逐渐变小直至趋于平缓，为缩短施工时间，可在固结后期适当减少固结时间。
（4）施工过程中应加强对气密性的检查，确保预压效果达标。
[关键词]真空预压；塑料排水板；固结度；抗剪强度
中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0145-02
0 引言
本文以某泵站建设为主要研究对象，对泵站进出水渠、水池、站内构筑物等设施组成进行设计分析。进出水渠采取梯形结构，总长度为487.7m，底部宽度为70m，高程为-2.5m，水渠顶部高程为7.0m，高程为3.50m处设置一条5.0m宽的过道，在水渠边坡高程为-2.50m～3.50m間用块石进行衬砌，采用分段式衬砌方式，3.50m以上部分采用草皮喷植进行覆盖，水渠底部按照水流速度不同设置泥浆或混凝土作护底。泵站施工期间，曾于2012年11月3日发生滑坡事件，滑坡位置为南堤桩号为0-413.0m至0-475.0m之间。经过对现场环境分析发现，边坡滑坡距离约30m，对滑坡侧面观察发现，侧断面多为纵向裂缝且深浅不同，滑坡处堤底呈自然状态无隆起处。
针对泵站水堤滑坡事件，为尽快处理滑坡现场确保工程顺利进行，泵站组织专家对滑坡处进行修复，拟定以下两套处理方案：第一，利用水泥混凝土对滑坡处进行加固处理；第二，利用排水板预压加固处理。结合现场实际情况、经济和社会效益综合分析比较，选定第二套修复方案。
1 滑坡原因讨论
建设项目受所在地周围自然环境和地质条件等因素综合影响，导致泵站堤部发生滑坡的原因有很多，主要原因包括以下几方面：
（1）对照项目所在地地质条件图和施工图，并对滑坡处进行现场测量绘制滑坡坡面图，对照图纸可知，滑坡发生在地质深为6.9m处，该处地质剖面最深，该处实际承压力较预测指标值低，因此，在建设过程中出现不稳定现象导致堤底滑坡。
（2）滑坡发生的前一天因下雨，可能由于雨水渗入堤底部，导致土质潮湿松软，致使泥土容易出现变形。此外，坡外邻近水塘，导致水体长时间渗入土质中，加之两侧压力不等，也可能导致滑坡现象。
（3）该泵站工程水渠施工采用挖、填结合，即水渠先回填提堤防填至3.0m左右，与此同时进行挖掘。因工期短，任务繁重，回填约进行三个月，开挖约一个月时间。在回填过程中随着回填土方量增加，堤底部承受的负荷也逐渐增大，同时，水渠所在区域土质多为粘性淤泥，承压能力较差，因此，在负荷增加时堤底较容易出现偏移导致滑坡。
2 处理方案拟订
对滑坡的处理一般采用改变堤防的断面或堤线位置，采取堤顶卸载或堤脚堆载的办法，由于进水渠的河道断面及堤顶高程必须满足过流和防洪要求，因此该处理办法在本工程不适用；对滑坡的处理另一种方法是处理堤基，提高堤基土的物理力学指标和抗滑能力，设计先后考虑了两个方案：一是采用水泥搅拌桩加固堤基，二是采用塑料排水板真空预压加固堤基，对上述两个方案进行施工现场条件、工期、加固方案费用等技术经济比较后，采用方案二。
处理的具体步骤：滑坡体修整、真空预压的施工、渠堤回填、边坡修正。
3 真空预压设计
3.1 塑料排水板布置范围
根据滑坡发生的范围和附近区域的工程地质资料，塑料排水板布置的范围为顺水流向从桩号0-496.30m～0-390.10m，垂直水流方向包含整个进水渠南堤宽度再往进水渠延伸15m，总加固面积约5400m2。
3.2 塑料排水板布置
排水板尺寸为100mm×4mm，在滑坡中心区桩号0-478.30m～0-408.10m之间70.2m范围内，排水板间距1.3m，按三角形布置。在滑坡区两侧桩号0-496.30m～0-478.30m之间及0-408.10m～0-390.10m之间各18m范围内，排水板间距以1.5m、2.0m、2.5m间隔按三角形布置。本工程加固的主要对象是②3层淤泥质粉质粘土，以渠堤稳定为控制条件，所以排水板的长度根据最危险滑弧的深度来确定。根据土层地质资料分析和稳定计算结果，最危险滑弧底部高程与②3层土底部相切，所以排水板必须穿过②3层土，最后确定排水板底高程-9.00m。在排水板顶部铺设0.50m厚的砂垫层，当中布置滤水管，砂垫层上铺设2层密封膜。采用射流真空泵抽真空，预压期间泵真空压力不小于96kPa，膜内真空度不小于80kPa。
3.3 地基固结度计算
固结度计算的目的是通过计算固结度，推求地基强度的增长，据此进行稳定分析，在此基础上判断排水系统布置的合理性并确定真空预压的施工期。.固结度根据三向固结轴对称问题的解析解进行计算，计算参数和结果见表1。由计算结果可以看出，径向固结度远大于竖向固结度，地基主要是通过径向排水固结的。由此可见，在地质情况确定的情况下，固结度主要受排水板平面布置的影响，过大的排水板深度无利于固结度的提高。
3.4 抗剪强度增长值的推算
由于滑坡后土体受到很大的扰动，在滑坡区域进行的十字板试验抗剪强度随深度的变化的规律比较紊乱，设计根据滑坡体外试验点的试验数据进行线性拟合以后进行抗剪强度增长值的推算。经过推算，经过60天的预压达到88%固结度的时候，推算的平均不排水抗剪强度为31kPa。经稳定分析，该强度指标可以满足渠堤稳定的要求。
4 真空预压施工
4.1 施工工序
修整滑坡体-铺设砂垫层-打插塑料排水板-在砂垫层中埋设滤水管-在加固区边缘挖沟-铺密封膜、填沟-安装抽气管道和射流真空泵-检验密封情况并抽气
4.2 主要施工工艺及质量控制要点
①砂垫层厚500mm，选用级配良好的中粗砂，要求含泥量<3%，渗透系数>3×10-3cm/s。 ②在打插排水板的过程中严格控制排水板的间距和深度，并注意保护板表面的滤水膜，防止其损坏而失去反滤的效果。
③滤水管采用D100的PVC穿孔管外包无纺布，安放在砂垫层中间，平行布置，间距5m，两端接集水管。
④在砂垫层上铺设两层聚氯乙烯塑料密封膜，需要连接的地方用热合粘接，搭接宽度大于20mm。严格保证加固区域的气密性。首先是加强对密封膜的保护，为了防止砂垫层刺破密封膜，在砂垫层和密封膜之间铺设了一层土工布。加固区四周挖了深度1m的梯形密封沟，将密封膜周边贴土铺设过沟后，在膜上填土压实。在抽真空过程中，要注意检查漏气情况，及时修补。
⑤在加固区四周布置了6台射流真空泵，每台泵平均控制面积为900m2。为避免停泵后膜内真空度急剧下降，在真空泵和出水管的连接处布置有逆止阀和截门。
5 工程监测
对水渠滑坡处进行加固处理后，为保证加固工程质量，应在加固工程完工后对渠道进行监测，测量真空预压期间的位移和沉降值。
5.1 表面沉降
真空预压处理两个月后，测得表面最大沉降值为322mm，最小为136mm，平均沉降224mm。对表面沉降监测结果分析可知，真空预压处理后的第一个月中，表面沉降较明显，约为78%，随后的时间内，表面沉降较少，且变化趋势逐步趋于平缓。
5.2 水平位移
对加固处水平位移变化进行监测可知，土层向渠内部发生位移。水渠工程上部土层多发生位移现象，主要出现在深度在8m以内的浅层土层中，2m处土层位移变化最大。真空预压处理初期，水平位移量较大，随着时间增加，位移变化速率逐渐降低，一个月后趋于平缓。
6 加固效果检测分析
6.1 固结度分析
利用实测的沉降量与时间关系曲线，求得地基最终沉降量S=238mm，由60天的平均沉降量S60=224mm求得相应的固结度U60=94%，满足设计提出的固结度要求。
6.2 力学强度指标分析
为了检验地基土物理力学指标在加固前后的变化，预压前在加固区内外进行了7孔十字板剪切和9孔静力触探试验，预压结束以后进行了其中3孔十字板剪切和1孔静力触探试验。预压前后力学指标比较见表2。
由试验结果可以看出，经过真空预压加固处理以后，淤泥质土层的抗剪强度得到了显著的提高，达到了原来值的2.88倍，并大于设计推算的平均不排水抗剪強度31kPa，可以满足渠堤稳定要求。
7 结语
本文通过对泵站工程滑坡事件加固处理，及后期监测数据分析研究，结合笔者实际工作经验，可得出以下四点结论：
（1）真空预压固结处理后，土层中承压能力和抗剪切能力均有所增加。
（2）利用真空预压固结排水法加固水渠工程，对加固后的水渠进行监测，测量结果显示，水平固结度较纵向固结度大。
（3）固结主要发生在加固后两个月内，随着时间的推移，固结速率逐渐变小直至趋于平缓，为缩短施工时间，可在固结后期适当减少固结时间。
（4）施工过程中应加强对气密性的检查，确保预压效果达标。