真空预压法对加固区边界影响的研究

中国沿海地区有大量近代沉积的软土地层。这类软土地层含水量高，孔隙比大，渗透性差，强度和承载力低，具有明显的流变性和一定的结构性。在这种软弱地基上的建筑工程必须进行加固。目前广泛采用的是技术成熟、节约成本的排水固结法。True 空预压属于排水固结法，由瑞典皇家地质研究所的W.Kjellman教授于1952年提出。20世纪80年代，true 空堆载预压法在我国大力推广应用。目前对真空堆载预压法的研究多在加固区，对加固区与其他区域的边界缺乏深入研究。对加固区边界的研究将有助于全面了解真空预压的加固机理和效果，完善真空预压技术，并对加固区周围的建筑物采取相应的保护措施。结合深圳河镇空预压软基工程，利用损伤理论研究了砂井施工对土体扰动的影响，并考虑了土体的流变特性，采用平面应变有限元法进行计算，研究了抽水空时对周围建筑物地基土的影响范围，对周围建筑物的安全和使用功能的影响程度做出了较为准确的评估。
1真空堆载预压的理论分析
1.1真空堆载预压的机理
真空堆载预压在加固区土体中产生负压，降低边界处的孔隙压力，土体中的原始孔隙压力会与这些边界处的孔隙压力形成一定的程度。土体中的孔隙水压力逐渐降低，降低的孔隙水压力转化为土体的有效应力。真度空越高，沿深度衰减越小，增加的有效应力越大，加固效果越好。对于天然地基，地基土一般处于K 0固结状态，即σ' 30 =K0σ' 10。由于孔隙水压力为球形应力，真空预压时减少的孔隙水压力(增加的有效应力)在各个方向都是相等的，所以地基中土单元的摩尔圆大小不变，只是向右偏移。当“负载”被移除时，土壤被加固。由于真空预压时土体不会产生剪应力，即使一次性施加真空荷载，地基土也不会发生剪切，从而缩短工期。真空预压时，周围土体因收缩变形而产生裂缝，裂缝一般与加固区边缘平行。随着时间的增加，土的固结程度提高，裂缝也在发展，逐渐变大变深，数量也逐渐增多。True 空预压和堆载预压使地基沉降。一般在加固区中心产生的沉降值会使加固区表面看起来像锅底，但它们的原因有质的不同。实空预压导致锅底着地。除了有效应力位置的不同，还导致加固区土体的向内移动。正是这种收缩使土壤更加紧密。在相同的竖向变形下，真空堆载预压法的加固效果优于堆载预压法。
1.2真空预压对边界的影响
严格来说，强化区的边界既不是平面问题，也不是轴对称问题，而是三维空问题。抽真空时，沙井内的真空度大于周围土壤的真空度，所以真空度从沙井向周围土壤扩散。这种传播需要一定的时间。因此，在开始抽水空后的一段时间内，当沙井的真空度传到加固区外，尚未扩散到地面时，不会影响边界水位，只是降低了土体孔隙水的原始压力。当这种影响到达地表，导致边界孔隙水压力降低时，加固区边界的水位会在大气压力的作用下降低，达到平衡状态。随着砂井真空度的增加，加固区以外的土体受到的影响越来越大，以至于边界水位下降越来越多，水位下降越来越多。
边界附近的沙井对边界有影响，但沙井内不同深度的真空度不一样，对边界的影响也不一样。所以边界是由这些影响综合反映出来的，比较复杂。
真空预压时，地基中的孔隙压力可表示为
u = pnz+γwz pnz = P a-pvz(1)
其中:P a为大气压力；p是深度z处的剩余大气压力；Pz为该点的真空吸力，表示加固区基础面(z=0)膜下的真空度。
若此处埋有一个测压管，测压管水位为D，则有
γW D+P A =γW Z+P NZδ= Z-D = P A-P NZ/γW = Pvz/γW(2)
其中δ为测压管。由于P vz最多只能达到P a，所以δ≤ P A/γ W = 10.33m(当地表抽水时)。另外，P vz是位置和时间的函数，所以δ的值也是变化的。当水位管埋深小于δ时，水位管内观察不到水位。