我國(guó)沿海地區(qū)分布著大量近代沉積的軟土地層，這種軟土地層含水量高、孔隙比大、滲透性差、強(qiáng)度及承載力低，且具有明顯的流變性和一定的結(jié)構(gòu)性，在這種軟弱地基上修建工程必須進(jìn)行加固處理。目前多采用技術(shù)上較為成熟、費(fèi)用較為節(jié)省的排水固結(jié)法。真空預(yù)壓屬于排水固結(jié)法，是由瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院 W.Kjellman 教授于 1952年提出的，20世紀(jì)80年代真空預(yù)壓法在我國(guó)得到大力推廣和應(yīng)用。目前，對(duì)真空預(yù)壓法的研究大多在加固區(qū)以內(nèi)，而對(duì)加固區(qū)邊界及以外區(qū)域缺乏深入的研究。對(duì)加固區(qū)邊界的研究將有利于全面認(rèn)識(shí)真空預(yù)壓的加固機(jī)理和加固效果、改進(jìn)真空預(yù)壓技術(shù)，對(duì)加固區(qū)周圍建筑物采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施具有重要的意義。作者結(jié)合深圳河真空預(yù)壓加固軟基工程，采用損傷理論研究砂井施工對(duì)土體擾動(dòng)的影響，考慮土體的流變，采用平面應(yīng)變有限 元進(jìn)行計(jì)算，研究了抽真空時(shí)對(duì)周圍建筑地基土的影響范圍，對(duì)周邊建筑物的安全及其使用功能的影響程度 作出 較為準(zhǔn)確的評(píng)估。
1 真空預(yù)壓理論分析
1.1 真空預(yù)壓加固機(jī)理
真空預(yù)壓是使加固區(qū)域內(nèi)的土 體造成 負(fù)壓，使邊界的 孔壓降低 ，土體中的原來(lái) 孔壓便 與這些邊界的 孔壓形成 一定的壓力 差并且 發(fā)生不穩(wěn)定滲流，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，土體中 的孔壓逐漸 降低，降低的 孔壓轉(zhuǎn)變 為土體的有效應(yīng)力，真空度越高，沿深度衰減越小，則增加的有效應(yīng)力越大，加固效果越好。對(duì)于天然地基，地基 土一般 處于 K 0 固結(jié)狀態(tài)，即σ′ 30 =K0σ′ 10 ，由于孔隙水壓力是球應(yīng)力，所以真空預(yù)壓時(shí)減少 的孔壓 (增加的有效應(yīng)力)是各向相等的，因此地基中土體單元的莫爾圓大小并沒(méi)有改變，只是向右發(fā)生平移，當(dāng)“荷載”卸除后，被加固土體由正常固結(jié)狀態(tài)變?yōu)槌探Y(jié)狀態(tài)，和加固前相比，強(qiáng)度增加了Δτ。由于真空預(yù)壓 時(shí)土體不會(huì) 產(chǎn)生剪應(yīng)力，因此即使真空荷載一次性施加上去，地基土也不會(huì)發(fā)生剪切破壞，從而可以縮短工期。真空預(yù)壓時(shí)，周圍土 體由于 產(chǎn)生收縮變形而開(kāi)裂，裂縫一般平行于加固區(qū)的邊線。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，土體固結(jié)度的提高，裂縫也在發(fā)展，逐漸變大加深，數(shù)量也逐漸增加。真空預(yù)壓 和堆載預(yù)壓 使地基產(chǎn)生沉降，一般在加固區(qū)的中心點(diǎn)產(chǎn)生的沉降 值 ，使加固區(qū)表面呈鍋底狀，但它們的原因卻有質(zhì)的區(qū)別。真空預(yù)壓使地面產(chǎn)生鍋底狀的原因除了有效應(yīng)力因位置的差異之外，還有 加固區(qū)土體 向里移動(dòng)的結(jié)果，正是這種收縮的特性使 土體更利于 擠密，在產(chǎn)生相同垂直變形的情況下，真空預(yù)壓法的加固效果要好 于堆載 預(yù)壓法。
1.2 真空預(yù)壓對(duì)邊界的影響
對(duì)于加固區(qū)邊界，嚴(yán)格地講，它既不屬于平面問(wèn)題，也不屬于軸對(duì)稱問(wèn)題，而是屬于三維的空間問(wèn)題。抽真空時(shí)，砂井中的真空度大于周圍土體中的真空度，于是真空度從砂井向周圍土體傳播。這種傳播需要一定的時(shí)間，因此， 在抽真空 開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)，砂井的 真空度向加固 區(qū)外傳遞尚未波及地面時(shí)，是不會(huì)影響邊界的水位的，只是降低土體孔隙水中原來(lái)的壓力。當(dāng)這種影響達(dá)到地表造成邊界孔隙水壓力降低時(shí)，加固區(qū)邊界的水位在大氣壓力的作用下將下降以達(dá)到平衡狀態(tài)。隨著砂井真空度的上升，加固區(qū)外土 體受到 的影響越來(lái)越大，這樣，邊界水位下降的范圍越來(lái)越大，水位下降也隨著增大。
邊界附近的砂井對(duì)邊界有影響，而砂井中不同深度處的真空 度并不 相同，它們對(duì)邊界的影響也不同，因此，邊界受到的是這些影響的綜合反映，比較復(fù)雜。
真空預(yù)壓時(shí)，地基中的 孔壓可 表示為
u= P nz +γ w z P nz =P a - P vz(1)
式中： P a 為大氣壓力； P nz 為深度z處的剩余大氣壓力； P vz 為該處的真空吸力，在加固區(qū)地基表面(z=0)則表現(xiàn)為膜下真空度。
如果在該處埋設(shè) 一 測(cè)壓管，設(shè)測(cè)壓管水位高度為 d，則有
γ w d+P a =γ w z+P nz Δ=z-d=P a - P nz /γ w = P vz /γ w (2)
式中：Δ為測(cè)壓管水位下降的深度 (與地面相比)。由于 P vz 最多只能達(dá)到P a ，所以Δ≤P a /γ w =10.33m(當(dāng)?shù)乇沓樗畷r(shí))。另外， P vz 是位置和時(shí)間的函數(shù)，所以Δ值也是變化的。當(dāng)水位管的埋深小于Δ時(shí)，則在水位管中觀測(cè)不到水位的存在。
1 真空預(yù)壓理論分析
1.1 真空預(yù)壓加固機(jī)理
真空預(yù)壓是使加固區(qū)域內(nèi)的土 體造成 負(fù)壓，使邊界的 孔壓降低 ，土體中的原來(lái) 孔壓便 與這些邊界的 孔壓形成 一定的壓力 差并且 發(fā)生不穩(wěn)定滲流，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，土體中 的孔壓逐漸 降低，降低的 孔壓轉(zhuǎn)變 為土體的有效應(yīng)力，真空度越高，沿深度衰減越小，則增加的有效應(yīng)力越大，加固效果越好。對(duì)于天然地基，地基 土一般 處于 K 0 固結(jié)狀態(tài)，即σ′ 30 =K0σ′ 10 ，由于孔隙水壓力是球應(yīng)力，所以真空預(yù)壓時(shí)減少 的孔壓 (增加的有效應(yīng)力)是各向相等的，因此地基中土體單元的莫爾圓大小并沒(méi)有改變，只是向右發(fā)生平移，當(dāng)“荷載”卸除后，被加固土體由正常固結(jié)狀態(tài)變?yōu)槌探Y(jié)狀態(tài)，和加固前相比，強(qiáng)度增加了Δτ。由于真空預(yù)壓 時(shí)土體不會(huì) 產(chǎn)生剪應(yīng)力，因此即使真空荷載一次性施加上去，地基土也不會(huì)發(fā)生剪切破壞，從而可以縮短工期。真空預(yù)壓時(shí)，周圍土 體由于 產(chǎn)生收縮變形而開(kāi)裂，裂縫一般平行于加固區(qū)的邊線。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，土體固結(jié)度的提高，裂縫也在發(fā)展，逐漸變大加深，數(shù)量也逐漸增加。真空預(yù)壓 和堆載預(yù)壓 使地基產(chǎn)生沉降，一般在加固區(qū)的中心點(diǎn)產(chǎn)生的沉降 值 ，使加固區(qū)表面呈鍋底狀，但它們的原因卻有質(zhì)的區(qū)別。真空預(yù)壓使地面產(chǎn)生鍋底狀的原因除了有效應(yīng)力因位置的差異之外，還有 加固區(qū)土體 向里移動(dòng)的結(jié)果，正是這種收縮的特性使 土體更利于 擠密，在產(chǎn)生相同垂直變形的情況下，真空預(yù)壓法的加固效果要好 于堆載 預(yù)壓法。
1.2 真空預(yù)壓對(duì)邊界的影響
對(duì)于加固區(qū)邊界，嚴(yán)格地講，它既不屬于平面問(wèn)題，也不屬于軸對(duì)稱問(wèn)題，而是屬于三維的空間問(wèn)題。抽真空時(shí)，砂井中的真空度大于周圍土體中的真空度，于是真空度從砂井向周圍土體傳播。這種傳播需要一定的時(shí)間，因此， 在抽真空 開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)，砂井的 真空度向加固 區(qū)外傳遞尚未波及地面時(shí)，是不會(huì)影響邊界的水位的，只是降低土體孔隙水中原來(lái)的壓力。當(dāng)這種影響達(dá)到地表造成邊界孔隙水壓力降低時(shí)，加固區(qū)邊界的水位在大氣壓力的作用下將下降以達(dá)到平衡狀態(tài)。隨著砂井真空度的上升，加固區(qū)外土 體受到 的影響越來(lái)越大，這樣，邊界水位下降的范圍越來(lái)越大，水位下降也隨著增大。
邊界附近的砂井對(duì)邊界有影響，而砂井中不同深度處的真空 度并不 相同，它們對(duì)邊界的影響也不同，因此，邊界受到的是這些影響的綜合反映，比較復(fù)雜。
真空預(yù)壓時(shí)，地基中的 孔壓可 表示為
u= P nz +γ w z P nz =P a - P vz(1)
式中： P a 為大氣壓力； P nz 為深度z處的剩余大氣壓力； P vz 為該處的真空吸力，在加固區(qū)地基表面(z=0)則表現(xiàn)為膜下真空度。
如果在該處埋設(shè) 一 測(cè)壓管，設(shè)測(cè)壓管水位高度為 d，則有
γ w d+P a =γ w z+P nz Δ=z-d=P a - P nz /γ w = P vz /γ w (2)
式中：Δ為測(cè)壓管水位下降的深度 (與地面相比)。由于 P vz 最多只能達(dá)到P a ，所以Δ≤P a /γ w =10.33m(當(dāng)?shù)乇沓樗畷r(shí))。另外， P vz 是位置和時(shí)間的函數(shù)，所以Δ值也是變化的。當(dāng)水位管的埋深小于Δ時(shí)，則在水位管中觀測(cè)不到水位的存在。