液化地基的处理

摘要：在震动荷载作用下，土特别是饱和松散砂土、粉土，土中超空隙水压力逐渐累积，有效应力下降，当孔隙水压力累积至总应力，有效应力为零，土粒出于悬浮状态，表现出类似于水的性质而完全丧失其抗剪强度，即为土的震动液化。在工民建及道路桥梁工程中经常遇到这种情况；并不是所有的饱和砂土、低塑性粘性土、粉土等在地震时都会发生液化现象，因此必须充分了解液化的判别，在此基础上对液化地基采取合理的处理措施；确保工程的安全经济。

　　关键词：震动液化 液化地基判别 液化地基处理

　　

　　一、液化地基的机理

　　地基液化是指一定深度内（一般指20m）饱和状态的砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出类似液体的性状，完全失去强度和刚度的现象。此现象分析与处理一直是土动力学的主要研究课题之一。液化一词最早见于1920年Hazen.A的《动力冲填坝》用来说明卡拉弗拉斯冲填坝的毁坏。上世纪50年代，各国学者对砂土液化进行了广泛研究，主要包括：砂土液化的机理，砂土液化的判别，砂土液化的地基处理等。

　　地震、波浪、车辆、机器振动、打桩以及爆破等都可能引起饱和砂土或粉土的液化，其中又以地震引起的大面积甚至深层的土体液化的危害性最大，它具有面广、危害重等特点，常会造成场地的整体性失稳。当某一深度处砂层产生液化，则液化区的超静定水压力将迫使水流涌向地表，使上层土体受到自下而上的动水力。若水头梯度达到了临界值，则上层土体的颗粒间的有效应力也将等于零，构成“间接液化”。临界水头梯度仅与土粒相对密度及天然孔隙比有关，故任何土体在一定的水头梯度作用下均可能液化。然而，实际液化现象多发生在饱和粉、细砂及塑性指数小于7的粉土中，原因在于此类土既缺乏粘聚力又排水不畅，所以较易液化。饱和砂土与粉土是否会产生液化，取决于土本身的原始静应力状态及振动特性。通过大量地震调查与研究证明：土粒粗、级配好、密度大、排水条件好、静载大、振动时间短、振动强度低等因素，有利于抗液化的性能。地震烈度高，孔隙水压力大，可液化的粒径区间也大，9度烈度，粗砂也可喷出地面；平均粒径d50为0.05～0.09mm的粉砂、细砂最容易液化。因此，近年来土体液化引起国内外工程界的普遍重视，成为工程抗震设计的重要内容之一。砂土液化造成的灾害的宏观标志是：在地表裂缝处喷水冒砂、地面震陷、建筑物产生巨大沉降和严重倾斜，甚至失稳。

　　二、液化地基的判别

　　在场址的初步勘察阶段和进行地基失效区划时，常利用已有经验，采用对比的方法，把一大批明显不会发生液化的地段勾画出来，以减轻勘察任务、节省勘察时间与费用。这种利用各种界限勾画不液化地带的方法，被称之为液化的初步判别。我国根据对邢台、海城、唐山等地地震液化现场资料的研究，发现液化与土层的地质年代、地貌单元、粘粒含量、地下水位深度和上覆非液化土层厚度有密切关系。利用这些关系进行液化的初步判别。

　　《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）中规定，饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的液化判别和地基处理，6度时，一般情况下可不进行判别和处理，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理，7~9度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理。饱和砂土和粉土（不含黄土），当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可不考虑液化的影响：

　　1.地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前时，7、8度时可判为不液化。

　　2.粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率，7度、8度和9度分别不小于10、13和16时，可判为不液化土。

　　3.浅埋天然地基的建筑，当上覆盖非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响：

　　dw---地下水位深度，宜按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用。

　　du――上覆盖非液化土层厚度，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除。

　　db---基础埋置深度，不超过2m时应采用2m。

　　d0---液化土特征深度，可按下表采用

　　当饱和砂土、粉土的初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下20m深度范围内土的液化；当饱和土的标准贯入锤击数（未经杆长修正）小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土；当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。

　　《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）规定:

　　按 计算的土层实测的修正标准贯入锤击数小于按

　　 计算的修正液化临界标准贯入锤击数时，则判为液化,否则为不液化。

　　三、液化地基的处理

　　各种条件相同的砂土,地震时是否发生液化还决定于地震的强度和地震持续的时间。《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）中规定：当液化砂土层、粉土层较平坦且均匀时，宜按下表选用地基抗液化措施；尚可计入上部结构重力荷载对液化危害的影响，根据液化震陷量的估计适当调整抗液化措施。

　　在松软地基、可液化土地基及严重不均匀的地基土上，不宜修筑大跨径的超静定结构物。建造其他类型的结构物也应根据具体情况采取下列措施：

　　1.改善土的物理力学性质，提高地基抗震性能。对松软可液化土层位较浅、厚度不大的可采用挖除换土，用砂垫层等浅层处理，此法较适用于小型建筑物；否则应考虑采用砂桩、碎石桩、振冲碎石桩、深层搅拌桩、强夯法等将地基加固，地基加固范围应适当扩大到基础之外。

　　2.采用桩基础、沉井基础等各种形式的深基础，穿越松软或可液化土层，基础伸入稳定土层足够深度。采用桩基础时，桩端伸入液化深度以下稳定土层中的长度应按计算确定，对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土不应小于0.5m；对其他非岩石土不应小于2m。采用深基础时，基础底面埋入液化深度以下稳定土层中的深度不应小于0.5m。

　　3.减轻荷载、加大基础底面积。选用刚度和整体性较好的基础形式，如十字交叉条形基础、筏板基础等。

　　四、结束语

　　在选用和确定抗液化措施的过程中，应综合考虑方法的可行性、经济性和次生影响，具体权衡场地勘察结果的确实性、防治方法的技术效果、造价、长期维护可能性、环境影响等方面的因素，从风险水平和花费代价两方面的平衡出发来进行决策。液化地基处理恰当与否，关系到整个工程的质量、投资和进度。因此其重要性已越来越多地被人们所认识。

　　

　　参考文献：

　　[1] 建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)[M].中国建筑工业出版社.

　　[2] 袁聚云.基础工程设计原理[M].同济大学出版社.

　　[3] 陈希哲.土力学地基基础[M].清华大学出版社.

　　[4] 华南理工大学,浙江大学,湖南大学.基础工程[M].中国建筑工业出版社.

　　[5] 公路工程抗震设计规范(JTJ004-89)[M].人民交通出版社.