饱和砂土液化处理方法分析

饱和砂土液化处理方法分析

张瑞

中广电广播电影电视设计研究院北京10000

摘要：砂土液化是一种比较常见的灾害，对建筑工程的影响非常巨大。文章通过对砂土液化破坏的调查分析，阐述了砂土液化造成的危害，并借助某实际工程，分析了振冲碎石桩地基处理方法与混凝土灌注桩+承台方法之间的优劣。对于不同地质情况，需要以科学有效的方法，选个合理的地基处理方法，建立完整的地基处理方案，提高建筑物的安全处理效果。

关键词：砂土液化、地基处理、复合地基、振冲碎石桩、混凝土灌注桩、优化

一：砂土液化的概念

砂土液化（liquefactionofsand）是指饱水的粉土、砂土在振动作用下突然破坏而呈现液态的现象，由于孔隙水压力上升，有效应力减小所导致的砂土从固态到液态的变化现象。其机制是饱和的粉土、砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受从砂土骨架转向水，由于粉和细砂土的渗透力不良，孔隙水压力会急剧增大，当孔隙水压力大到总应力值时，有效应力就降到0，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生液化。

二：砂土液化的危害

砂土液化后，孔隙水在超孔隙水压力下自下向上运动。如果砂土层上部没有渗透性更差的覆盖层，地下水即大面积溢于地表；如果砂土层上部有渗透性更弱的粘性土层，当超孔隙水压力超过盖层强度，地下水就会携带砂粒冲破盖层或沿盖层裂隙喷出地表，产生喷水冒砂现象。地震、爆炸、机械振动等都可以引起砂土液化现象，尤其是地震引起的范围广、危害性更大。

三：某项目基本情况

拟建项目，场地位于山西省晋中地区，该地区普遍存在砂土液化的情况。拟建建筑物均为1至2二层的多层框架结构，同时场区内修建3座铁塔，高度约100米。场地内主要为如下几个工程地质层，其岩土工程特征分述如下：

第①层素填土（Q42ml）

褐黄色，稍湿~湿，含云母、氧化物等，混有煤屑、植物根系等；结构松散，性质不均，呈欠固结状态。

该层标贯试验实测击数N值4.0~7.0击，平均5.4击。

第②层粉土（Q4l）

褐黄色，饱和、稍密，含有云母、氧化物等，混有少量姜石，摇震反应迅速，无光泽反应，干强度及韧性低。

该层标贯试验实测击数N值3.0~7.0击，平均4.5击。

第③层粉质粘土（Q4l）

褐黄色，可塑状态，含云母、氧化物等；稍有光泽，无摇振反应，干强度及韧性中等。

该层标贯试验实测击数N值4.0~9.0击，平均5.6击。

第④层粉土（Q4l）

褐黄色，饱和、中密，含有云母、氧化物等，混有少量姜石，摇震反应迅速，无光泽反应，干强度及韧性低。

该层标贯试验实测击数N值4.0~11.0击，平均7.5击。

第⑤层粉土（Q4l）

褐黄色，饱和、中密，含有云母、氧化物等，混有少量姜石，摇震反应迅速，无光泽反应，干强度及韧性低，局部存在细砂夹层。

该层标贯试验实测击数N值5.0~26.0击，平均13.6击。

第⑥层粉砂（Q3l）

褐黄色，矿物成分以云母、石英为主，饱和，中密~密实，颗粒均匀，级配不良。

该层标贯试验实测击数N值19.0~33.0击，平均26.3击。

第⑦层粉土（Q3l）

褐黄色，饱和、密实，含有云母、氧化物等，摇震反应中等，无光泽反应，干强度及韧性低，局部存在细砂夹层。

该层标贯试验实测击数N值26.0~36.0击，平均29.0击。

第⑧层粉砂（Q3l）

褐黄色，矿物成分以云母、石英为主，饱和，密实，颗粒均匀，级配不良。

标贯试验实测击数N值27.0~36.0击，平均31.0击。

第⑨层粉土（Q3l）

褐黄色，饱和、密实，含有云母、氧化物等，摇震反应中等，无光泽反应，干强度及韧性低。

第⑩层粉质粘土（Q3l）

褐黄色，可塑状态，含云母、氧化物等，混有砂质成分；稍有光泽，无摇振反应，干强度及韧性中等。

本次勘察所有钻孔未揭穿该层，最大揭露厚度8.60m。

四：液化判别（方法简介、结果论述）

采用《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第4.3.4条标贯试验判别法进行判别，液化计算时地下水水位按整平后进行计算，判别计算具体结果见下表。

五：地基处理方法

根据工程地质条件，建筑物特点及环境条件，地基处理从安全可靠、技术、经济、施工难度及施工周期等方面综合考虑，本工程地基处理详见下表。

建筑物地基处理

图1

上图为碎石桩布置方案图，从图中可以看出，由于处理深度较大，外扩范围达到8m，地基处理范围增大很多，浪费严重。经计算，仅碎石桩复合地基处理一项，费用就需要2500万，经济性很差。

后结合本工程的特殊性，项目均为1至2二层的多层框架结构，平面面积较大，而柱底轴力不是很大，拟采用全部消除液化沉陷，混凝土灌注桩+承台的基础形式，其中大部分采用一柱一桩的形式即可满足荷载要求。

上图为优化过后的桩基设计方案。桩基设计均采用?500的混凝土灌注桩，有效桩长22m，单桩承载力极限值1645KN，单桩承载力特征值取800KN，桩顶标高775.000m，桩底标高753.000m，桩端伸入第⑥粉砂2m，混凝土灌注桩总计62根，单桩桩底后注浆量约0.85t。经计算，修改后的桩基方案总费用较碎石桩方案有很大幅度的降低，有效节省了工程造价。

结语

综上所述，在饱和砂土地震液化的问题处理过程中，需要深入分析比较各种地基处理方法的优劣性，明确不同地基处理方法的适用性，同时必须注意的是对于每个的实际工程，根据不同的地质情况和上部结构的结构形式，不同的地基处理方法所对应的工程造价相差很大。作为一个设计人员，不仅要遵循规范，遵循设计准则、设计方法，还要注意不同设计方法的比较分析、融汇贯通。

图2

参考文献

【1】建筑抗震设计规范GB50011-2010

【2】山西某工程项目岩土工程勘察报告（详勘）

【3】浅谈砂土液化与地基处理在工程中的应用.张丽丽.《工程技术》