巖土工程勘察中的土體液化判別及處理措施

王 巍

（天津華勘集團(tuán)有限公司，天津 300181）

0 前言

巖土勘察工程中經(jīng)常會(huì)遇到不良巖土層問題，無法保證地基的承載力，甚至還會(huì)導(dǎo)致地基失效，嚴(yán)重影響了后續(xù)的施工質(zhì)量。對此，施工企業(yè)應(yīng)合理判別土體液化，并保證采用合理經(jīng)濟(jì)的處理措施，降低工程造價(jià)，保證施工質(zhì)量。

1 土體液化的影響因素及危害

土體液化與多種因素存在關(guān)聯(lián)，具體包括以下幾個(gè)方面。一是地質(zhì)年代，長期固結(jié)的土體密實(shí)度較大，形成膠結(jié)緊密的結(jié)構(gòu)，不易發(fā)生液化問題。反之，新土體則較易發(fā)生液化問題。二是土體顆粒含量，土體顆粒越細(xì)越容易出現(xiàn)液化問題，且黏性顆粒含量越少則越容易發(fā)生液化問題。三是地下水位的影響，地下水位越高則越容易出現(xiàn)土體液化問題。四是地震強(qiáng)度與持續(xù)時(shí)間，地震持續(xù)時(shí)間越長，強(qiáng)度越大則越容易出現(xiàn)液化問題。五是土層的埋深，埋深越大，土體的覆蓋壓力越大，越不容易發(fā)生液化問題。土體發(fā)生液化后會(huì)嚴(yán)重影響地面與地面建筑物，對地面的危害包括沉陷、噴水等方面，且還會(huì)導(dǎo)致地表建筑物出現(xiàn)下沉、傾斜等問題，喪失原有功能，失去承載力。

2 巖層土體液化的處理措施

2.1 地基處理

應(yīng)力屬于直接影響土體液化程度的因素，對此在預(yù)防土體液化時(shí)應(yīng)大幅度減小應(yīng)力，采用振動(dòng)加密、排水降壓等方法。同時(shí)，采用振動(dòng)加密措施不但可以增加土體的密度，還可以最大程度的減小建筑物的沉降量，采用一種加固措施便可以獲得多重效果。且采用排水降壓措施時(shí)，當(dāng)完全排出土體內(nèi)的水分時(shí)，土體只有在處于失重狀態(tài)下才會(huì)發(fā)生液化。在提高土體抗液化能力方面，施工企業(yè)可以采用注漿、強(qiáng)夯等方法，通過強(qiáng)夯給予土體強(qiáng)大的沖擊力，使得土層壓縮空隙，局部液化土體，并在夯擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂隙，形成排水通道，在逸出氣體與水分的基礎(chǔ)上，提高地基的承載力。同時(shí)，采用注漿加固方法也可以利用壓降泵均勻?qū)⒐酀{注入土層中，通過填充與滲透方式排除巖石裂隙與土顆粒間的水分與氣體，保證巖土膠結(jié)為一個(gè)整體，形成穩(wěn)定性良好且壓縮性低的新巖土體，達(dá)到加固地基的效果。

2.2 基礎(chǔ)選型

土體在原有液化的基礎(chǔ)上若選擇樁基建筑類型，則當(dāng)樁端深入至穩(wěn)定土層的液化深度時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算液化土層的樁基礎(chǔ)深度，判斷土層的液化特性，將其折減或者全部扣除。對于液化指數(shù)較低的場地，則可以選擇淺基礎(chǔ)，并根據(jù)實(shí)際施工情況適當(dāng)調(diào)整基底面積，最大程度的減小荷載偏心，保證良好的剛性基礎(chǔ)形式。

2.3 防范措施

在震動(dòng)荷載的作用下，土體中的孔隙水與土粒會(huì)相互傳遞，這便是土粒的發(fā)展階段，且在外界環(huán)境的影響下，飽和土也會(huì)出現(xiàn)液化問題，此時(shí)土體的結(jié)構(gòu)遭到破壞，且出現(xiàn)移動(dòng)情況，逐步趨于壓密。對此，當(dāng)土層遭受震動(dòng)作用后，原來結(jié)構(gòu)不容易因震動(dòng)而遭到破壞，但會(huì)在自身結(jié)構(gòu)的影響下逐步松漲，膨脹空間會(huì)出現(xiàn)孔隙水，并向下移動(dòng)，土粒持續(xù)上漲，導(dǎo)致液化。當(dāng)振動(dòng)力較弱時(shí)，不會(huì)破壞土體的基本結(jié)構(gòu)，孔壓也不會(huì)升高，土體強(qiáng)度基本保持不變，但當(dāng)動(dòng)荷載大于臨界值時(shí)，則會(huì)升高孔壓，增大變形范圍。對此，應(yīng)在以下兩個(gè)方面有效防范土體液化。一方面，避免將未加固的可液化土層作為天然地基的持力層，施工人員應(yīng)結(jié)合建筑物的基本類型與液化等級選擇合理的抗液化措施，比如可以全部清除地基液化，或者利用樁基進(jìn)行深層處理，或者挖除所有的可液化土層。另一方面，若挖除液化地基后，還應(yīng)實(shí)施加固措施，通過振沖加密與擠密砂樁等技術(shù)加密提高砂土的整體密實(shí)度。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

某企業(yè)廠房高度為11.7m，屬于框架結(jié)構(gòu)，擬建場區(qū)的抗震防烈度為8 度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，近3-5年地下水文高度為17m 左右，埋深約為1m。通過測定地層情況，發(fā)現(xiàn)其存在粉質(zhì)黏土、細(xì)砂等成分。

3.2 地基土體液化判別

本工程大多地層屬于細(xì)砂土，工作人員應(yīng)及時(shí)判別砂土層液化情況，完成初判。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等初步判別土體液化情況。本區(qū)地層為新近系與第四系，地震烈度為8 度，通過檢測可知地下水位埋深為2.9-4.2m，初步判定為出現(xiàn)土體液化問題，還應(yīng)進(jìn)一步判別液化情況，并劃分液化等級。根據(jù)現(xiàn)場獲得的原位數(shù)據(jù)及勘察工程的土體液化判別方法，利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判定砂土層的液化情況。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，在判別地表以下20m 內(nèi)的土層液化情況時(shí)，當(dāng)實(shí)測未修正的標(biāo)貫擊數(shù)不大于計(jì)算出的標(biāo)貫錘擊臨界值時(shí)，則可以判別為液化土層。通過計(jì)算可知，本工程土層均為液化土，則等級為嚴(yán)重。在判別等級時(shí)應(yīng)將每個(gè)鉆孔的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度值帶入公式中，計(jì)算出液化判別標(biāo)貫試驗(yàn)的錘擊數(shù)臨界值，與實(shí)際標(biāo)貫值進(jìn)行對比分析，計(jì)算液化指數(shù)，得出單點(diǎn)液化指數(shù)，之后將各個(gè)判別點(diǎn)的單點(diǎn)液化指數(shù)相加求和，得出單孔液化指數(shù)，通過與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值對比，判別單孔的液化等級。。

分析可知，本工程每一個(gè)單點(diǎn)的液化指數(shù)均為非零值，可以被判別為液化層。同時(shí)細(xì)砂層7 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的液化指數(shù)中有6 個(gè)為非零值，也可以被判別為液化層。分析單孔液化指數(shù)可知，四個(gè)鉆孔均為液化，且為嚴(yán)重液化。

3.3 地基土液化判定

施工人員根據(jù)場地地層的基本情況，進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)判定，在結(jié)合地震烈度為8度的基礎(chǔ)上，擬建場地粉砂-細(xì)砂層，且其為液化層，屬于嚴(yán)重液化。此建設(shè)場地屬于對建筑抗震不利地段，在未經(jīng)處理時(shí)不可以作為天然地基持力層。

3.4 液化處理措施

分析勘察報(bào)告可知，本工程場地粉砂-細(xì)砂屬于嚴(yán)重液化層，應(yīng)根據(jù)規(guī)范消除液化沉陷，且地基持力層承載力標(biāo)準(zhǔn)值為70kPa，而復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不得低于250kPa，地基沒有達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對此，本次工程不但需要消除土體液化，還應(yīng)進(jìn)一步提高地基的承載力。結(jié)合場地的實(shí)際施工情況，應(yīng)采用多種液化處理措施，綜合使用碎石樁與CFG 樁，兩者均可以在一定程度上提高地基的承載力，并消除土體液化問題，聯(lián)合使用可以獲得事半功倍的效果，且為企業(yè)節(jié)省較多的經(jīng)濟(jì)成本，縮短工程周期。

實(shí)際施工過程中，碎石樁樁徑為0mm，樁長為10m，有效樁長為8m，樁間距為1.5m，期間采用柱錘夯碎石樁液化處理措施，保證達(dá)到細(xì)砂層。而CFG 樁樁徑為410mm，有效樁長度為14.5m，樁間距為1.8m，在碎石樁中心布置CFG 樁。

3.5 處理效果

經(jīng)過檢測，處理后地基承載力可以達(dá)到273kpa，地基基礎(chǔ)沉降為17mm，滿足基本的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，消除了地基液化問題。

4 結(jié)束語

巖土工程勘察期間應(yīng)充分重視土體液化的判別工作，掌握土體液化的基本類型，在結(jié)合施工建筑物特點(diǎn)、水文地質(zhì)環(huán)境以及地層層間關(guān)系的基礎(chǔ)上，制定合理的處理方案。比如淺層液化土可以采用換土墊層、排滲法、強(qiáng)夯法以及爆炸振密法等進(jìn)行處理，對于深層液化土則可以采用灌漿膠結(jié)、振沖碎石樁以及沉管機(jī)密擠密碎石樁等方法，有效避免液化土的不利影響。實(shí)際施工過程中，企業(yè)可以綜合采用多種治理方法，以達(dá)到更好的處理效果，提高施工質(zhì)量水平。