液化地基處理方案及比較

陳 超

(成都基準方中建筑設(shè)計有限公司，四川 成都 610031)

0 前 言

砂土或粉土在飽和狀態(tài)下受到振動(地震作用)時，若土中水不能有效排出，造成土體中孔隙水壓力上升，土顆粒間的有效應力減小，抗剪強度降低。

而當受到的振動達到一定程度(孔隙水壓力等于土的有效應力)時，飽和土中的土顆粒在水的相互作用下處于懸浮(失重)狀態(tài)，此時土的抗剪能力完全喪失，土的有效應力和抗剪強度均為零，土在振動(地震作用)下由固體轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘后w(可流動的水土混合物)，從而喪失地基承載力，這種現(xiàn)象即為地基液化現(xiàn)象[1]。

地基液化會造成基礎(chǔ)不均勻沉降、地面開裂、河堤裂縫和滑移等危害。

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB5011-2010)(以下簡稱《抗規(guī)》)表4.3.6(如表1)針對不同的液化等級及設(shè)防類別提出了不同的抗液化措施。

同時在《抗規(guī)》4.3.7～4.3.9中根據(jù)地區(qū)的設(shè)防類別(甲、乙、丙、丁類)和不同的液化等級(輕微、中等、嚴重)，提出了相應的要求[2]。在我國液化土也在各項項目中時常出現(xiàn)，怎樣對液化地基進行處理也是我們結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須了解的。

1 液化地基處理方案

就我國而言，根據(jù)液化土層的厚度不同和地區(qū)的差異，常用的液化地基處理方案有：深基礎(chǔ)法、換填法、加密法(包括振沖、振動加密、擠密碎石樁、強夯等)[2]。

表1 抗液化措施

注：甲類建筑的地基抗液化措施應進行專門研究，但不宜低于乙類的相應要求。

1.1 深基礎(chǔ)

采用深基礎(chǔ)(人工挖孔樁、旋挖樁、預應力管樁及樁筏等)避開液化土作為持力層，穿透液化土層將更為穩(wěn)定的土層作為基礎(chǔ)持力層。此種方法不需要對液化土進行處理，特別適用于液化土層較厚的地基土層，但樁基需要考慮液化土層的影響，需要按要求進行樁基檢驗，工期相對較長，同時造價相對較高。

1.2 換填法

換填法即將處于基礎(chǔ)持力層相關(guān)范圍內(nèi)的液化土層挖除，用以性能穩(wěn)定、無侵蝕性、強度相對較高的非液化土來替換[3]。換填方案根據(jù)換填材料、換填位置的不同分為三種。

1)將基礎(chǔ)底部處于基礎(chǔ)持力層相關(guān)范圍的液化土挖除，然后根據(jù)液化土層厚度的不同分層回填強度相對較高的砂、砂夾石、卵石、灰土、爐渣、素土、素混凝土及其他性能穩(wěn)定和無侵蝕性的材料[4]，并按照地基處理規(guī)范要求夯實至相應的密實度，作為上部建筑基礎(chǔ)的持力層。

2)將上部基礎(chǔ)穿透液化土層置于非液化土層，上部分層回填強度相對較好的砂，砂夾石，卵石，灰土、素土等材料，并夯實至規(guī)范所要求的密實度，回填部分僅作為底板的持力層。

3)將基礎(chǔ)直接置于非液化土層，上部分層回填素土，適當夯實至要求的密實度，同時底板采用梁板(無梁樓蓋)體系將底板與土層分離。

換填法處理液化地基適用于液化土層深度較淺，厚度較薄的情況，處理液化土層厚度可為0.5～3 m。大量工程經(jīng)驗表明，采用換填法處理液化地基不僅可以解決地基液化問題，而且可根據(jù)地域情況就地取材，施工簡便，現(xiàn)場機械設(shè)備相對簡單，并且在施工工序安排合理情況下可大大縮短工期等。但對于換填材料不滿足的場地此種方法并不太適合。

1.3 加密法

利用一定的方法，使可能發(fā)生液化的土體中的土顆?？朔w粒間阻力發(fā)生相互移動，土中孔隙體積減小，從而達到增強土體密度的目的。根據(jù)土體加密方式的不同，又將加密法分為：振沖加密法、強夯加密法等。

1.4 振沖(動)加密法

振沖(動)碎石(砂)樁加密法處理液化地基是指用專用機械振動、沖擊或水沖等方式在砂土中成孔后[4]，再將強度相對較好的碎石或砂利用機械擠壓入土孔中，形成由碎石或砂所構(gòu)成較大直徑的密實樁體，此法也叫振沖碎石樁。采用此種方法可起到擠密(或振密)土層的作用，使原本松散的土層變得密實，從而加固了地基并提高了地基的抗液化能力。利用此方法可調(diào)節(jié)樁體間距和大小提高土體的加強擠密程度，從而達到完全消除液化土地震液化現(xiàn)象。

振沖碎石法處理液化地基施工較為簡便，處理周期相對較短，可根據(jù)地域的不同，就地取材，使用碎石、砂石、卵石、爐渣等強度相對較高的填料，費用相對較低，但像水振沖法等由于在施工中需要大量水沖擊土層，所以存在耗水量大、因水和土結(jié)合帶來的泥漿排放污染等缺點。

1.5 強夯加密法

強夯法處理液化地基是利用夯錘提到一定高度自由落下所產(chǎn)生的巨大能量反復夯擊地基土，以提高地基的承載能力和土體的整體穩(wěn)定性，從而降低土體的壓縮性，消除(或部分消除)土體的液化。通過增大夯錘重量及落距可使夯擊的能量變大，處理液化土層的深度也相對較大。根據(jù)地基處理規(guī)范要求強夯法處理液化地基的范圍應大于建筑物基礎(chǔ)的范圍，每邊超出基礎(chǔ)邊緣的寬度不小于5 m。此方法施工工期短、價格較為低廉，但施工能量大，除發(fā)生噪聲、污染環(huán)境外，振動對鄰近建筑物可能產(chǎn)生有害的影響。

2 算 例

某7度區(qū)設(shè)計項目，根據(jù)地勘資料多層洋房及1層地下室底板標高處于細砂層，砂層厚度0.5～4 m不等，而細砂為中等液化土在未經(jīng)處理的情況下不適宜作為基礎(chǔ)持力層。為消除細砂層的液化現(xiàn)象，需對液化地基進行處理同時應滿足地基承載力的要求。根據(jù)地勘情況采用不同的方法對其地基進行處理并進行經(jīng)濟性比較。

2.1 人工挖孔樁方案

此方案(見表2)中平均樁長12 m，樁徑為0.8 m，以中風化泥巖作為持力層。

表2 人工挖孔樁表

2.2 換填方案

此方案根據(jù)換填材料的不同可分為：C15素混凝土換填、砂夾石換填，換填后上部采用獨立基礎(chǔ)，地基承載力為280 kPa。為方便比較取2 m換填深度作為基準換填深度。

2.3 振沖碎石樁方案

此方案采用三角形布置，平均樁長5 m，樁徑為1 m，樁間距2 m，上部采用獨立基礎(chǔ)。

2.4 經(jīng)濟性比較(見表3)

表3 基礎(chǔ)選型方案測算匯總

注：本次方案比較未考慮:人工挖孔樁基礎(chǔ)及換填處理的施工降水、大型機械進出場費等費用。

3 結(jié) 論

1)人工挖孔樁方案較其他方案造價較高，不建議采用。

2)在同等換填高度情況下，砂夾石換填方案優(yōu)于C15混凝土換填方案，如選擇換填方案建議采用砂夾石的換填方案。

3)當基礎(chǔ)底細砂層厚度不小于2 m時，建議采用獨立基礎(chǔ)+碎石樁處理方案。

4)當基礎(chǔ)底細砂層厚度小于2 m時，可采用獨立基礎(chǔ)+砂夾石換填處理方案。

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