探討砂土液化危害及地基處理措施

何小溪

摘 要：砂土在地震荷載作用下易發(fā)生液化，液化地基對建筑物的破壞不容忽視。本文主要論述了砂土液化的機理、影響因素、研究現(xiàn)狀和處理方法等。

關鍵詞：砂土；液化；地震；復合地基

中圖分類號：P5 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）6-0048-02

1 引言

中國是一個多地震的國家。在過去的多次強震中，砂土液化引起的各種災害已成為一種不可忽視的震害現(xiàn)象。近年來，隨著地震活動的發(fā)生，特別是發(fā)生在1964年日本新瀉的7.6級地震，因為河岸附近液化砂土面積大，大量的建筑物被損壞，倒塌毀壞房屋2130棟， 6200棟建筑受損，31200棟受到輕度損傷。在我國邢臺1966年發(fā)生的6～7級地震，也在滌陽河附近很大面積地發(fā)生了砂土液化，并引起噴砂導致大量的堤壩崩潰，河道建筑物被破壞。1975年海城發(fā)生7.3級地震和唐山的7.8級地震均造成大量的液化砂。其中唐山地區(qū)發(fā)生兩次特大地震，震后幾分鐘地面開始發(fā)生大面積的砂土液化、噴水冒沙數(shù)小時，導致地表開裂下沉，最終使建筑物陷入裂縫當中。其他國家，如：美國阿拉斯加地震時大量飽和砂土液化引起各類建筑物遭到嚴重破壞，也極大地推動了人們對砂土液化特性的探索和研究。

2 砂上的液化機理分析

由于地震的荷載作用會使飽和砂土發(fā)生液化，其根本原因在于：一是基礎的壓實度不足，孔隙水壓力在動態(tài)荷載作用下上升，大大降低了土體的有效應力，使顆粒一直處于懸浮狀態(tài)，導致地基承載力不足，變形增大；二在地震荷載作用下孔隙水壓力的消散時間會變得更長，從而造成噴砂或由使砂土從固體狀態(tài)變?yōu)橐后w流動狀態(tài)，液化過程如圖1所示。

在地震作用下，飽和砂土內(nèi)顆粒收到的慣性力作用不同，因此在新的應力對土粒間的接觸點產(chǎn)生新的應力，當這種壓力超過一定值時，就會破壞土壤顆粒之間的原始連接，土壤結(jié)構(gòu)可能會突然崩潰，土粒之間脫離接觸。同時，由于荷載的突然作用，孔隙水排出不及時（相當于不排水狀態(tài)），引起孔隙壓力上升，造成一定的損失，土體強度降低甚至出現(xiàn)疏松砂（泥）狀態(tài)。飽和砂土土體振動液化后，孔隙水壓力逐漸降低，土量沉降形成堆積。

3 影響砂土液化的原因及判別

3.1 砂土液化的判別

（1）當抗震設防烈度為7～9級時，若在場地發(fā)現(xiàn)有飽和砂土以及粉土時，就應該及時地對土層液化進行判斷。

（2）對地震液化的確定在地面15m深度以下進行。對于樁基，根據(jù)工程的具體情況，可進一步加深判斷程度。

（3）確定每個建筑物液化的勘探點不得少于2個，勘探深度應大于液化判別深度。

（4）在沒有成熟的經(jīng)驗時，對飽和土的測定，根據(jù)建筑抗震設計規(guī)范（GBJ50011-2001），根據(jù)以下公式計算：

N63.5

（5）存在液化土層的地基，按表1的液化指數(shù)對液化程度進行分類。

3.2 砂土液化的影響因素

在一定的地震荷載作用下，飽和砂土的液化程度主要取決于砂土的物理性質(zhì)和環(huán)境條件。經(jīng)過大量的研究和震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，砂的粒徑、密度、不均勻系數(shù)和粘土組分含量等，如土層的厚度、地下水位等都會對砂土液化產(chǎn)生影響。荷載的形式和振幅也會影響砂土的液化。

（1）砂土粒徑越小，越容易發(fā)生液化；礫石和粗砂很難液化。一般來說，粒徑平均范圍為0.07～0.08mm。一些飽和亞粘土也可發(fā)生液化。

（2）影響砂土液化的重要因素是密度。一般來說，密度越高，液化的可能性越小。通常以相對密度代替密度來研究孔隙度對液化的影響。在相對密度為50%時，相對密度與液化應力應呈線性關系，N63.5常被用來區(qū)分砂土抗液化能力。N63.5越大，砂性土的抗液化能力越強。

（3）砂土越均勻，其抗液化越差；較高的粘粒含量就會越高，也就不易被液化。

（4）影響砂土液化的另一個因素是飽和度。飽和度稍微一改變，液化應力比就會有很大的變化。不同飽和度對液化的影響不同，飽和程度越大，液化程度越大。滲透性越差的砂土越容易發(fā)生液化。

（5）砂土層埋置的淺薄、厚度、都會對地震產(chǎn)生較大的影響，會更加容易產(chǎn)生液化。

（6）動荷載和較大的地震振幅使液化現(xiàn)象更加明顯，II類場將減少為I級場地。

4 砂上液化處理

通常需要避免未加固定的可液化土層作為天然地基的支持層面。根據(jù)地基的液化等級、施工類別和具體情況，可以選擇適當?shù)目挂夯胧?/p>

（1）消除地基液化的措施有：采用樁基、深基坑、深加工到液化的下邊界，或挖掘所有的可液化土層。

（2）部分消除地基液化的一些措施分為：去除部分可液化土層，、固封、蓋重或人工加密。加密的目的是提高砂石的密度。改善砂土的顆粒結(jié)構(gòu)，提高土壤密實度和顆粒骨架的穩(wěn)定性，防止流動滑移損傷的發(fā)生。常用的方法有：振動加密、振沖、密實砂樁、振動壓實等。

（3）控制砂土中的水分及其滲透性，其目的是減少超靜孔隙水壓力，控制過量靜孔隙水壓力的增加，同時從液化源和逸出部位同時進行防治。常用的方法有防滲、排水、防濾、反濾等。

（4）改變砂土的結(jié)構(gòu)，方法是樁基礎、化學灌漿、砂土改良等。

（5）提高砂土的初始圍壓和約束條件。這種方法通常是增加周圍的側(cè)向約束，例如反壓力保護。根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗，成功地用爆破振動密法、強夯法、振沖碎石樁法處理可液化砂。通過對粉土的爆破壓實，改善了液化砂土原有的疏松結(jié)構(gòu)，提高了土體的密實度，提高了砂土的穩(wěn)態(tài)強度，抗液化能力和抗滑移能力業(yè)逐漸提高。通過強夯沖擊和振動的影響，土壤將會產(chǎn)生嚴重破壞，土壤緊實度增加，使孔隙水壓力增加量降低，液化和變形的阻力也會增加；采用振沖碎石樁處理可液化砂土，不僅使砂粒壓實并會改善土壤的結(jié)構(gòu)，增加粗顆粒的含量，提高土壤的抗液化能力。

5 結(jié)束語

對經(jīng)沉管振動碎石樁持力后的地基土液化進行了評價及檢測。試驗方法采用低應變動力試驗、單樁豎向抗壓靜載試驗等。根據(jù)樁間土標準試驗結(jié)果，該建筑的地基承載力為260 KP。結(jié)果表明，土壤液化已被消除。顯然，CFG樁和碎石樁在施工過程中的振動和擠土效應對樁土有一定的壓實作用，提高了樁的承載力和剛度。提高了土體的抗剪強度，提高了土體的抗滑能力，消除了地基土的液化。砂土液化對人們的生活有很大的影響和危害，我們必須制定一些措施來降低或減少砂土液化情況的發(fā)生，只有這樣才會使國民發(fā)展得更快更好。

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