高地震烈度区严重液化场地地基处理应用研究

高地震烈度区严重液化场地地基处理应用研究

朱明明

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南省长沙市  41000

摘要：最近几年，世界各地都发生了频繁的地震灾害，给人们造成了巨大的损失。与此同时，地震带来的海啸、滑坡、泥石流等地质灾害，也对人们造成了二次伤害，这对地震发生地区的经济、交通发展造成了很大的影响。在高烈度地区严重液化的场地，其地基处理已成为工程领域的一大难题。在处理液化地基时，目前主要采用的方法是换填法、强夯法、碎石桩法、砂桩法这四种方法。本文对于高地震烈度区严重液化场地地基打开危害与处理方案进行详细描写。

关键词：高烈度；严重液化；地基处理；

在高地震烈度地区地基发生液化是影响地基稳定的一个主要因素，是造成建筑物损坏的重要原因之一。如何对液化场地进行有效的控制与管理，使处理液化场地的施工达到经济、有效、安全可靠的目的，对于确保工程竣工后正常运转，减少地震灾害具有重大的现实意义。液化是砂土、粉土甚至卵石等散体物质在外加孔压下，并伴随着有效应力的降低，地基由固态转变成类似与液态的状况。地基液化处置是否妥当，关乎到工程全过程的质量、投资、进度和安全。

一、地基液化的危害

在地下水的影响下，地基中的松散的沙质和粉质土壤达到饱和状态。在这样的情况下，当土壤受到震动时，就会有一种更加紧密的倾向，这种紧密的倾向会导致孔隙水压力急剧上升。而在这种震动中，突然升高的水压还没有完全消失，会使原本通过土粒间接触头传递的压力就会减少，等所有的有效压强都消失了，土壤的抗剪力和承受力将大大丧失，形成一种类似于液态的状况这就是地基的液化。

由此可以看出，液化现象所反映大都是疏松的沙粒和粉粒的土质。在地震和水灾中，影响地基液化的因素主要有：

粒度，粗粒土抗液化能力较差，在地震时易于发生液化。

透气性，砂土具有良好的透气性，在地震时，容易发生液化。

相对密度，相对密度越大，其抗液化能力越差。根据土壤埋藏深度不一，较浅的土壤更易发生液化。

地下水位，随着地震强度提升，地震越大，地基中的砂土更容易发生液化。

持续时间，地基液化对地表产生的影响当地基发生液化时，由于土体的流动，可能会导致堤岸滑动、地面开裂、沉降不均匀等问题，这会对地基上的建筑造成极大的威胁。

二、液化地基处理方案

针对于在湿陷性黄土地区或是在中砂区这些容易液化的地区，我国对这些地基处理一般采用的方法有：换填法、强夯法、砂桩法、碎石桩法等等。下面将会对这些方法进行详细的讲解。

(一)换填法

用换填法，在地基底部及下面一定范围内，将地基中的软土全部开挖出来。再用高强度的沙土，碎石，素土，灰土，以及其它性质稳定且不受侵蚀的物质，进行分层充填，并将其捣实到所需的密度。

建筑物地基底部的支撑层比较薄弱。在处理软弱地基时，由于无法满足上浮荷载对地面的要求，往往会采用置换土作为垫层。先将地基下面的土挖出来，在此基础上，采用高强度的砂子、砂石或灰土等回填，并将其分层压实，直至达到设计的密实度，这就是地基的持力层。采用换填法，可以对2-3米深的浅层地基进行处理，根据工程实践可以发现，采用换填法，不仅可以解决工程地基处理问题，还可以解决材料采集问题,施工简便，不需要特别的机械装备，而且可以缩短时间等。

这种方法的原理比较简单，但是，主要适用于中小型建筑场地，不适用于道路建设，也不适用于没有足够的填充物的地区。

(二)强夯法

强夯法加固地基的基本原理是：通过吊装设备，使夯锤上升到一定的高度，再让它自由落体，在地基中产生一种可以克服土粒中各种阻力的巨大冲击波，从而提高地基的密实度，降低沉降量与湿陷性，提高抗水化能力。当面临需要在完全液化的道路上或者需要治理的区域很大时，如果地基处理区域附近没有建筑物，也没有重要的构造物时，强夯法就是一种较为合理的地基处理方法。

对于强夯法加固地基的原理，人们从不同的视角对其进行了探讨。由于强夯的目标异常复杂，通常认为，对于不同类型的地基，没有一种理论是可以统一应用的，然而对于地基工程中经常会碰到的不同种类的土，仍然存在着一些可以遵循的规律。一般而言，强夯加固基础的前提是，强夯可以产生强大的冲击波，并在基础上形成动力，进而对基础进行加固，对饱和细粒土，在强夯法作用下，其对基础的强度变化可以划分为：

夯击能的变化。同时伴随着强力饱和土的压缩和振动。包含了从土壤中抽出气体、从孔隙中升高水压。局部土发生液化或土的结构性破坏，即土的强度降低或剪切强度丧失。排水固结的紧实度是土的渗透性的变化。随着土层裂隙的发展，孔隙水能够顺畅地排出，超常的孔隙水压力消失，提高了土的强度。

土体触变恢复并随着土体压密，地下水逐渐转化为薄膜水，土体结构逐渐得到改善，其强度逐渐增加。此阶段的变形量较小，其原因在于，在强夯结束后，土体的触变会得到很大程度的恢复。在我国，对各种地基土，如果是相较于结构简单的土层则采用强夯法对地基进行加固。由于它有结构简单、施工快捷、应用广泛、节约三材等优点，这使得它具有巨大的社会效益和经济利益。在工程界中也是非常的受欢迎，而且传播速度也非常的快。

(三)碎石桩法

碎石桩是采用振动、冲刷、水流冲击等方法，在软弱地基中成石桩，然后将其挤入地基，使其紧密结合，从而形成一种以碎石为基础的密集桩体。自从德国人在1937年发明了振动冲刷法，并在挤密型砂土地基上应用以来，这种方法已经逐步在工程中得到普及。然而，因为振冲具有高耗水，高淤泥污染等缺陷，所以，它的应用受到了很大的限制。但也正因为如此，才有了一些新的方法。例如：沉管法，干振法，夯击法等等。这里说到的碎石桩，就是在不同情况下采用不同的施工方法将石头制成的桩柱。

干振碎石桩是在振动荷载下，将碎石通过桩管注入，在振动荷载下形成的一种高密度碎石桩。因其克服了振荡法的严重缺陷，在我国得到了较多的应用。干式振动碎石桩处理液化地基是一种物理加固方法，加固液化地基的基本原理为：振密作用。在成桩的过程中，由激振器引起的振动通过管道传递到土层，让其与其邻近的饱和土基发生振动空隙水压，将土壤中的液态颗粒重新组合在一起，使其趋向密实，达到振动紧实的效果。在沉桩时，桩身会对周围的砂质土层造成很大的侧向压力。将土体内中体积与桩管体积相等的土块挤压周边土块，在注入碎石使其致密后震动，倒置，也使土块受到挤压。在此基础上，进一步提高了土体的剪切强度及抗液化能力。排水减压作用。干振碎石桩由于其良好的排水通道，使得其排水途径缩短，从而起到加速消散超孔隙水压力和增加土的剪切强度的作用。所以，地震时不会引起孔内压力增加或液化。预振作用。研究结果表明，地基的可液化特性除土的相对密度外之外，也涉及到它的振动应变历史。在干式振动碎石桩的施工过程中，振动的作用是将土层震密、压实，这对于增强土壤对液化的抵抗能力，有着极大的好处。

碎石桩长度的确定，取决于处理深度，关系到施工的紧迫性和地基液化的紧密程度。在这种情况下，可以遵循以下原则：

如需完全处理液化层，则桩长必经液化层，但若液化层深度大于15米，因施工条件所限，可采用其它方式。如果需要将液化的一部分排除，在初始液化判定时，不能液化的上部复合地基的厚度应该达到上部土层厚度的要求。桩长等因素，也限制了它的使用，如果液化深度太大，可以采用强夯法。但是，对于大范围的液化土壤，采用强夯或干振碎石桩的方法则是较好的方法。

(四)砂桩法

砂桩（也称挤压砂桩或砂桩挤密法）：是用震动、撞击或水冲等方法，在软基中形成一个孔洞，然后把沙子压进土里，形成一个直径较大、密度较大的砂柱体，从而加固地基的一种方法。砂桩属于是散体桩复合地基。

砂桩法适合于对松散的沙土，粉质土，粘性土，单填土，杂填土等地基的施工。在饱和粘土基础上，对于不严格控制变形的工程，也可以采用砂桩替代法。在液化的基础上，还可以采用砂桩进行加固。对饱和土壤，在进行了原位测试后，再决定是否使用。

我国于50年代初采用了砂土桩基。对于软弱的沙质地基，按其施工方式可分为两种，一种是挤压式，另一种是振动式。其加固机理是利用成桩过程中产生的挤压和振动作用来实现的。改善了松散砂地基的承载力，防止了砂的地震液化。近年来，国内外学者逐渐开始在软弱粘性土层中应用砂桩，其加固原理主要是通过砂桩对软弱地基的取代和排水来增强地基的稳定性。在软弱地层中，砂桩可以形成砂桩复合地基，如果对其进行再次加载和预压，则可以进一步提高其承载能力，减少地基沉降，提高地基的稳定性。在我国，已经有了将砂桩用于软弱粘土层地基加固的成功经验。但是，在实际工程中，也出现过有一些软粘土地层的地基在荷载下产生了很大的沉降。若不进行预加压力，使其提前完成，将难以达到设计要求。

砂桩被引入我国后，被广泛应用于工业、民用建筑、交通和水利等领域。虽然有一些成功的案例，但是也有一些案例并没有达到预期的治理效果。特别是对于软弱粘性土，更是缺乏试验证明，如果仍是按照砂桩中的挤密法来设计，这样做明显不当，也是无法达到预期处置结果的根源所在。不过国家在利用砂桩处理松散的砂土，防止砂土液化上，已有许多成功的经验，同时也解决了许多工程上的难题。

振动沉管砂桩是近年来兴起的一种新型砂桩施工工艺。振动沉管法是利用振动机械的振动作用，将套管打入到设计位置的一种方法。在套管入土之后，挤出套管附近的土壤，再灌入沙子，将沙子排入土壤，振捣致密，振捣拔出，就能够形成砂桩。如此反复几次，便形成了一种挤密砂桩。采用这种施工方法，可以起到挤压和振动双重作用，从而使得桩与桩间土体形成良好的复合地基，对提高基础的承载力、预防砂土液化、提高软基的整体稳定性具有良好作用。目前，砂桩的材料除了单一的砂石之外，还包括砂石桩、灰砂桩；以灰砂料为基材，将灰砂料形成灰砂桩。随着时间的推移，灰砂桩的固结作用越来越强，桩身的强度也在不断地加，从而达到挤压地基，提高地基承载力的目的。与纯砂桩相比，砂石桩的粒径分布较均匀，桩体的密实度较高，单桩的强度也得到了提高。砂桩是一种用于松散的、粉质的、纯填土的、杂填土的、粘性土的地基的处理方法，也可用于工厂、住宅等工业和民用建筑的地基加固中。

三、结束语

本文结合具体工程，对高地震烈度区严重液化场地上的各种地基处理方案进行了研究。路堤施工中采用的主要方法是强夯法，这种方法在公路的路堤施工中非常普遍，在开阔的场地上比较适用。换填法虽然比较简单，不过施工的时间并不长，但由于换填法能处理地基的深度有限，而不能用来处理较深的地基，所以在地基液化过深的情况下，换填法就不适用了。砂桩法加固地基的原理和碎石桩法一样，都是采用水泥土法对地基进行加固。但由于碎石桩在工程中所起到的作用不如砂桩大，因此，在很多施工中都采用了砂桩。随着地基处理技术的发展与完善，许多新技术、新方法在工程中得到了广泛的应用。而随着碎石桩、砂桩等则有许多的新技术问世，其在基础加固工程中的作用日益突出。

参考文献：

[1]GB/50010-2010.建筑抗震设计规范[S].中华人民共和国国家标准2010.

[2]JGJ/94-2008.建筑桩基技术规范[S].中华人民共和国行业标准中华人民共和国行业标准，2008.

[3]JGJ/79-2012.建筑地基处理技术规范[S].中华人民共和国国家行业标准，2012.

[4]龚晓南.地基处理手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出社,2008;

[5]JGJ/106-2014.建筑基桩检测技术规范[S].住房城乡建设部关于发布行业标准，2014.