液化地基处理方案及比较

陈 超

(成都基准方中建筑设计有限公司，四川 成都 610031)

0 前 言

砂土或粉土在饱和状态下受到振动(地震作用)时，若土中水不能有效排出，造成土体中孔隙水压力上升，土颗粒间的有效应力减小，抗剪强度降低。

而当受到的振动达到一定程度(孔隙水压力等于土的有效应力)时，饱和土中的土颗粒在水的相互作用下处于悬浮(失重)状态，此时土的抗剪能力完全丧失，土的有效应力和抗剪强度均为零，土在振动(地震作用)下由固体转变为了液体(可流动的水土混合物)，从而丧失地基承载力，这种现象即为地基液化现象[1]。

地基液化会造成基础不均匀沉降、地面开裂、河堤裂缝和滑移等危害。

《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)(以下简称《抗规》)表4.3.6(如表1)针对不同的液化等级及设防类别提出了不同的抗液化措施。

同时在《抗规》4.3.7～4.3.9中根据地区的设防类别(甲、乙、丙、丁类)和不同的液化等级(轻微、中等、严重)，提出了相应的要求[2]。在我国液化土也在各项项目中时常出现，怎样对液化地基进行处理也是我们结构设计人员必须了解的。

1 液化地基处理方案

就我国而言，根据液化土层的厚度不同和地区的差异，常用的液化地基处理方案有：深基础法、换填法、加密法(包括振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等)[2]。

表1 抗液化措施

注：甲类建筑的地基抗液化措施应进行专门研究，但不宜低于乙类的相应要求。

1.1 深基础

采用深基础(人工挖孔桩、旋挖桩、预应力管桩及桩筏等)避开液化土作为持力层，穿透液化土层将更为稳定的土层作为基础持力层。此种方法不需要对液化土进行处理，特别适用于液化土层较厚的地基土层，但桩基需要考虑液化土层的影响，需要按要求进行桩基检验，工期相对较长，同时造价相对较高。

1.2 换填法

换填法即将处于基础持力层相关范围内的液化土层挖除，用以性能稳定、无侵蚀性、强度相对较高的非液化土来替换[3]。换填方案根据换填材料、换填位置的不同分为三种。

1)将基础底部处于基础持力层相关范围的液化土挖除，然后根据液化土层厚度的不同分层回填强度相对较高的砂、砂夹石、卵石、灰土、炉渣、素土、素混凝土及其他性能稳定和无侵蚀性的材料[4]，并按照地基处理规范要求夯实至相应的密实度，作为上部建筑基础的持力层。

2)将上部基础穿透液化土层置于非液化土层，上部分层回填强度相对较好的砂，砂夹石，卵石，灰土、素土等材料，并夯实至规范所要求的密实度，回填部分仅作为底板的持力层。

3)将基础直接置于非液化土层，上部分层回填素土，适当夯实至要求的密实度，同时底板采用梁板(无梁楼盖)体系将底板与土层分离。

换填法处理液化地基适用于液化土层深度较浅，厚度较薄的情况，处理液化土层厚度可为0.5～3 m。大量工程经验表明，采用换填法处理液化地基不仅可以解决地基液化问题，而且可根据地域情况就地取材，施工简便，现场机械设备相对简单，并且在施工工序安排合理情况下可大大缩短工期等。但对于换填材料不满足的场地此种方法并不太适合。

1.3 加密法

利用一定的方法，使可能发生液化的土体中的土颗粒克服颗粒间阻力发生相互移动，土中孔隙体积减小，从而达到增强土体密度的目的。根据土体加密方式的不同，又将加密法分为：振冲加密法、强夯加密法等。

1.4 振冲(动)加密法

振冲(动)碎石(砂)桩加密法处理液化地基是指用专用机械振动、冲击或水冲等方式在砂土中成孔后[4]，再将强度相对较好的碎石或砂利用机械挤压入土孔中，形成由碎石或砂所构成较大直径的密实桩体，此法也叫振冲碎石桩。采用此种方法可起到挤密(或振密)土层的作用，使原本松散的土层变得密实，从而加固了地基并提高了地基的抗液化能力。利用此方法可调节桩体间距和大小提高土体的加强挤密程度，从而达到完全消除液化土地震液化现象。

振冲碎石法处理液化地基施工较为简便，处理周期相对较短，可根据地域的不同，就地取材，使用碎石、砂石、卵石、炉渣等强度相对较高的填料，费用相对较低，但像水振冲法等由于在施工中需要大量水冲击土层，所以存在耗水量大、因水和土结合带来的泥浆排放污染等缺点。

1.5 强夯加密法

强夯法处理液化地基是利用夯锤提到一定高度自由落下所产生的巨大能量反复夯击地基土，以提高地基的承载能力和土体的整体稳定性，从而降低土体的压缩性，消除(或部分消除)土体的液化。通过增大夯锤重量及落距可使夯击的能量变大，处理液化土层的深度也相对较大。根据地基处理规范要求强夯法处理液化地基的范围应大于建筑物基础的范围，每边超出基础边缘的宽度不小于5 m。此方法施工工期短、价格较为低廉，但施工能量大，除发生噪声、污染环境外，振动对邻近建筑物可能产生有害的影响。

2 算 例

某7度区设计项目，根据地勘资料多层洋房及1层地下室底板标高处于细砂层，砂层厚度0.5～4 m不等，而细砂为中等液化土在未经处理的情况下不适宜作为基础持力层。为消除细砂层的液化现象，需对液化地基进行处理同时应满足地基承载力的要求。根据地勘情况采用不同的方法对其地基进行处理并进行经济性比较。

2.1 人工挖孔桩方案

此方案(见表2)中平均桩长12 m，桩径为0.8 m，以中风化泥岩作为持力层。

表2 人工挖孔桩表

2.2 换填方案

此方案根据换填材料的不同可分为：C15素混凝土换填、砂夹石换填，换填后上部采用独立基础，地基承载力为280 kPa。为方便比较取2 m换填深度作为基准换填深度。

2.3 振冲碎石桩方案

此方案采用三角形布置，平均桩长5 m，桩径为1 m，桩间距2 m，上部采用独立基础。

2.4 经济性比较(见表3)

表3 基础选型方案测算汇总

注：本次方案比较未考虑:人工挖孔桩基础及换填处理的施工降水、大型机械进出场费等费用。

3 结 论

1)人工挖孔桩方案较其他方案造价较高，不建议采用。

2)在同等换填高度情况下，砂夹石换填方案优于C15混凝土换填方案，如选择换填方案建议采用砂夹石的换填方案。

3)当基础底细砂层厚度不小于2 m时，建议采用独立基础+碎石桩处理方案。

4)当基础底细砂层厚度小于2 m时，可采用独立基础+砂夹石换填处理方案。

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