液化大變形下的樁基震害防治措施

李健全 盧文浩

(浙江大合檢測有限公司，浙江 杭州 311100)

砂土液化是地震引發(fā)的眾多震害中最為常見的一種現(xiàn)象。而砂土液化引起的大變形是造成工程破壞的最主要原因之一，對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的危害極為嚴(yán)重。而液化大變形條件下的樁基震害導(dǎo)致的結(jié)果更為嚴(yán)重，使震后災(zāi)區(qū)蒙受巨大的損失。

1 液化大變形下樁基震害調(diào)查研究背景

樁基震害的調(diào)查能提供寶貴的原型試驗(yàn)資料，有助于總結(jié)樁基破壞的規(guī)律。

Hamada，Yasuda等[1]對1964年日本新瀉地震中的樁基震害進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查。發(fā)現(xiàn)樁身存在撓曲破壞的位置基本處于液化層土與非液化層土的界面處，故分析其是由于地基土層側(cè)向位移產(chǎn)生的永久變形引起的。

Shamoto(1995)、張建明(1999)[2]對1995年阪神地震某處的建筑物樁基的破壞情況進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查。同樣在液化層與非液化層的界面附近，發(fā)現(xiàn)樁體有裂縫產(chǎn)生。

2 液化大變形下樁基破壞的模式

液化大變形下樁基的震害的主要表現(xiàn)形式為：

1)由于土層側(cè)向位移，導(dǎo)致樁身在液化層和非液化層交界處出現(xiàn)剪切破壞和彎曲破壞；

2)在地震慣性力作用下發(fā)生彎剪破壞；

3)上部結(jié)構(gòu)因樁身震害而產(chǎn)生不同程度的不均勻沉降。

樁基破壞表現(xiàn)見圖1。

3 液化大變形下樁基破壞的原因分析

樁基震害的原因[4]是多方面的，其中場地土的位移和砂土液化是樁基震害的最主要原因。在液化大變形下，樁體需要承受樁—土—結(jié)構(gòu)相互作用下的附加動(dòng)應(yīng)力和附加靜應(yīng)力。而是由土體側(cè)向位移引起的附加靜應(yīng)力對樁基震害造成的影響更為嚴(yán)重，其是液化大變形下樁基破壞的主要原因之一。

樁基的震害機(jī)制與樁在地震時(shí)的受力情況有關(guān)。根據(jù)樁體的受力情況，樁基的震害機(jī)制可以分為：

1)在土體側(cè)向位移引起的附加靜應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞。這類震害大都發(fā)生在傾斜場地或有軟弱土層的岸邊場地，地震時(shí)會(huì)引起較大的永久變形。

2)地震時(shí)砂土液化，樁尖未深入較硬土層，樁基喪失承載力。

3)在振動(dòng)引起的附加動(dòng)應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞。

4 液化大變形下的樁基震害防治措施

4.1 液化地基的處理

對于潛在液化大變形破壞的砂土地基進(jìn)行相應(yīng)的地基處理是地震液化的防治措施之一。當(dāng)?shù)鼗写嬖跇痘鶗r(shí)，地基處理措施可以采用灌漿、深攪等方法，達(dá)到加固地基和降低液化趨勢的目的。另外通過對臨空面進(jìn)行有效的約束，減小土體側(cè)向位移，可以有效地減小地面大變形產(chǎn)生的破壞。

1)灌漿。

飽和砂土液化的最根本原因是在動(dòng)荷載作用下，土顆粒間由于沒有凝聚力而區(qū)域密實(shí)。而灌漿的方法是通過以一定壓力向地基中注入灌漿材料(水泥漿、水泥砂漿、化學(xué)漿材)，使土顆粒能夠膠結(jié)在一起，以達(dá)到加固地基，降低液化趨勢的目的。

2)深攪法處理地基。

深攪法處理地基是通過在砂土地基中形成高強(qiáng)度低滲透性的柱或板，以達(dá)到提高地基的強(qiáng)度及承載力，并提高其抗御液化及變形的能力的目的。

3)加強(qiáng)對臨空面的約束。

液化大變形大多發(fā)生在具有臨空面的傾斜地基上，其主要原因是液化土層喪失抗剪能力，上覆非液化土在重力分力和土層水平地震作用力作用下產(chǎn)生滑動(dòng)。并且距離臨空面越近，地面發(fā)生的側(cè)向位移值越大。因此通常采用截流阻擋等措施，加強(qiáng)對臨空面附近土體的約束，以降低土體位移對結(jié)構(gòu)造成的破壞。

4.2 液化大變形下的樁基震害防治

除了對地基進(jìn)行處理之外，還要從樁基本身構(gòu)造方面入手，采取相應(yīng)的防治措施，提高樁身結(jié)構(gòu)抵御破壞的能力。可以從以下幾方面考慮。

4.2.1提高樁基礎(chǔ)水平承載力[5]

土層側(cè)向位移是液化大變形下樁基震害的主要影響因素之一。因此提高樁基水平承載力是地震液化大變形下樁基震害防治的有效手段之一。工程上通常通過采用較高的混凝土標(biāo)號、較高的配筋率、較小的直徑的主筋、剛度較大的承臺(tái)座板、支盤樁、在樁身上部側(cè)向加設(shè)翼板、增加承臺(tái)底摩阻力和保證樁接頭剛度等措施，以達(dá)到提高樁的剛度和強(qiáng)度的目的。

4.2.2加強(qiáng)樁頭與承臺(tái)的連接

樁頭與承臺(tái)的連接處是薄弱部位，是地震作用下發(fā)生彎剪破壞的最主要的震害部位之一。工程上通常采用的方案有：增加樁頭埋入承臺(tái)的長度和圍繞著樁頭加配豎向鋼筋等措施，以達(dá)到提高樁頭嵌固性的目的，減少薄弱環(huán)節(jié)的震害。

5 結(jié)語

液化大變形是引起樁基震害的主要原因之一，應(yīng)引起足夠的重視。本文分析了液化大變形下樁基的破壞機(jī)制，提出了液化大變形下樁基震害防治措施，為工程實(shí)踐提供了經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)充。

[1] Hamada,M,Yasuda,S,Isoyama,R,et al.Study on liquefaction induced Permanent ground displacement,Report of Association for the Development of earthquake Prediction[R].1986.

[2] 張建民.地震液化后地基側(cè)向變形對樁基的影響[A].第八屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].北京：萬國學(xué)術(shù)出版社，1999.

[3] 劉惠珊.樁基震害及原因分析——日本阪神大地震的啟示[J].工程抗震，1999(10):266-267.

[4] 張會(huì)榮.液化大變形條件下橋梁樁基的反應(yīng)與對策研究[D].南京：東南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.

[5] 趙明華.橋梁樁基計(jì)算與檢測[M].北京：人民交通出版社,1999.

[6] 劉惠珊.地下生命線工程防御地震液化產(chǎn)生地面大位移的對策[J].工程抗震，1998(12):97-99.

[7] 劉惠珊.樁基抗展設(shè)計(jì)探討——日本阪神大地震的啟示[J].工程抗震，2000,9(3):119-120.

[8] 伊藤隆吉.中日橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的比較研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001.