探讨砂土液化危害及地基处理措施

何小溪

摘 要：砂土在地震荷载作用下易发生液化，液化地基对建筑物的破坏不容忽视。本文主要论述了砂土液化的机理、影响因素、研究现状和处理方法等。

关键词：砂土；液化；地震；复合地基

中图分类号：P5 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）6-0048-02

1 引言

中国是一个多地震的国家。在过去的多次强震中，砂土液化引起的各种灾害已成为一种不可忽视的震害现象。近年来，随着地震活动的发生，特别是发生在1964年日本新泻的7.6级地震，因为河岸附近液化砂土面积大，大量的建筑物被损坏，倒塌毁坏房屋2130栋， 6200栋建筑受损，31200栋受到轻度损伤。在我国邢台1966年发生的6～7级地震，也在涤阳河附近很大面积地发生了砂土液化，并引起喷砂导致大量的堤坝崩溃，河道建筑物被破坏。1975年海城发生7.3级地震和唐山的7.8级地震均造成大量的液化砂。其中唐山地区发生两次特大地震，震后几分钟地面开始发生大面积的砂土液化、喷水冒沙数小时，导致地表开裂下沉，最终使建筑物陷入裂缝当中。其他国家，如：美国阿拉斯加地震时大量饱和砂土液化引起各类建筑物遭到严重破坏，也极大地推动了人们对砂土液化特性的探索和研究。

2 砂上的液化机理分析

由于地震的荷载作用会使饱和砂土发生液化，其根本原因在于：一是基础的压实度不足，孔隙水压力在动态荷载作用下上升，大大降低了土体的有效应力，使颗粒一直处于悬浮状态，导致地基承载力不足，变形增大；二在地震荷载作用下孔隙水压力的消散时间会变得更长，从而造成喷砂或由使砂土从固体状态变为液体流动状态，液化过程如图1所示。

在地震作用下，饱和砂土内颗粒收到的惯性力作用不同，因此在新的应力对土粒间的接触点产生新的应力，当这种压力超过一定值时，就会破坏土壤颗粒之间的原始连接，土壤结构可能会突然崩溃，土粒之间脱离接触。同时，由于荷载的突然作用，孔隙水排出不及时（相当于不排水状态），引起孔隙压力上升，造成一定的损失，土体强度降低甚至出现疏松砂（泥）状态。饱和砂土土体振动液化后，孔隙水压力逐渐降低，土量沉降形成堆积。

3 影响砂土液化的原因及判别

3.1 砂土液化的判别

（1）当抗震设防烈度为7～9级时，若在场地发现有饱和砂土以及粉土时，就应该及时地对土层液化进行判断。

（2）對地震液化的确定在地面15m深度以下进行。对于桩基，根据工程的具体情况，可进一步加深判断程度。

（3）确定每个建筑物液化的勘探点不得少于2个，勘探深度应大于液化判别深度。

（4）在没有成熟的经验时，对饱和土的测定，根据建筑抗震设计规范（GBJ50011-2001），根据以下公式计算：

N63.5

（5）存在液化土层的地基，按表1的液化指数对液化程度进行分类。

3.2 砂土液化的影响因素

在一定的地震荷载作用下，饱和砂土的液化程度主要取决于砂土的物理性质和环境条件。经过大量的研究和震害调查发现，砂的粒径、密度、不均匀系数和粘土组分含量等，如土层的厚度、地下水位等都会对砂土液化产生影响。荷载的形式和振幅也会影响砂土的液化。

（1）砂土粒径越小，越容易发生液化；砾石和粗砂很难液化。一般来说，粒径平均范围为0.07～0.08mm。一些饱和亚粘土也可发生液化。

（2）影响砂土液化的重要因素是密度。一般来说，密度越高，液化的可能性越小。通常以相对密度代替密度来研究孔隙度对液化的影响。在相对密度为50%时，相对密度与液化应力应呈线性关系，N63.5常被用来区分砂土抗液化能力。N63.5越大，砂性土的抗液化能力越强。

（3）砂土越均匀，其抗液化越差；较高的粘粒含量就会越高，也就不易被液化。

（4）影响砂土液化的另一个因素是饱和度。饱和度稍微一改变，液化应力比就会有很大的变化。不同饱和度对液化的影响不同，饱和程度越大，液化程度越大。渗透性越差的砂土越容易发生液化。

（5）砂土层埋置的浅薄、厚度、都会对地震产生较大的影响，会更加容易产生液化。

（6）动荷载和较大的地震振幅使液化现象更加明显，II类场将减少为I级场地。

4 砂上液化处理

通常需要避免未加固定的可液化土层作为天然地基的支持层面。根据地基的液化等级、施工类别和具体情况，可以选择适当的抗液化措施。

（1）消除地基液化的措施有：采用桩基、深基坑、深加工到液化的下边界，或挖掘所有的可液化土层。

（2）部分消除地基液化的一些措施分为：去除部分可液化土层，、固封、盖重或人工加密。加密的目的是提高砂石的密度。改善砂土的颗粒结构，提高土壤密实度和颗粒骨架的稳定性，防止流动滑移损伤的发生。常用的方法有：振动加密、振冲、密实砂桩、振动压实等。

（3）控制砂土中的水分及其渗透性，其目的是减少超静孔隙水压力，控制过量静孔隙水压力的增加，同时从液化源和逸出部位同时进行防治。常用的方法有防渗、排水、防滤、反滤等。

（4）改变砂土的结构，方法是桩基础、化学灌浆、砂土改良等。

（5）提高砂土的初始围压和约束条件。这种方法通常是增加周围的侧向约束，例如反压力保护。根据现有的经验，成功地用爆破振动密法、强夯法、振冲碎石桩法处理可液化砂。通过对粉土的爆破压实，改善了液化砂土原有的疏松结构，提高了土体的密实度，提高了砂土的稳态强度，抗液化能力和抗滑移能力业逐渐提高。通过强夯冲击和振动的影响，土壤将会产生严重破坏，土壤紧实度增加，使孔隙水压力增加量降低，液化和变形的阻力也会增加；采用振冲碎石桩处理可液化砂土，不仅使砂粒压实并会改善土壤的结构，增加粗颗粒的含量，提高土壤的抗液化能力。

5 结束语

对经沉管振动碎石桩持力后的地基土液化进行了评价及检测。试验方法采用低应变动力试验、单桩竖向抗压静载试验等。根据桩间土标准试验结果，该建筑的地基承载力为260 KP。结果表明，土壤液化已被消除。显然，CFG桩和碎石桩在施工过程中的振动和挤土效应对桩土有一定的压实作用，提高了桩的承载力和刚度。提高了土体的抗剪强度，提高了土体的抗滑能力，消除了地基土的液化。砂土液化对人们的生活有很大的影响和危害，我们必须制定一些措施来降低或减少砂土液化情况的发生，只有这样才会使国民发展得更快更好。

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