液化地基处理

孙维才 张冬

摘要：随着我国城乡建设规模的不断扩大，工业建设场地更多地选择西部、山区及滨海等区域。在施工过程中，碰到液化地基的情况越来越多，并且 由于对液化地基处理没有引起人们的足够重视，导致工程质量出现问题，造成损失。本文即对如何做好液化地基处理进行分析讨论。

关键词：液化地基处理

1.地震液化作用

地震液化作用（seismic liquefaction） 是指饱和松散砂土或粉土在地震 作用下，孔隙水压力急剧上升，当孔隙水压力上升到与土颗粒间的有效压 力相等时，粒间联系被破坏，土颗粒处于没有粒间压力传递的失重状态，悬浮在水中，土体即发生振动液化，形成可以随水流动的悬浊液，完全丧 失强度和承载能力。

砂土发生液化后，在超孔隙水压力作用下，孔隙水自下向上运动。如 果砂土层上覆土层的渗透性较强，地下水将大面积地漫溢于地表;如果砂 土层上覆土层为渗透性较弱的粘性土，当超孔隙水压力超过覆盖层强度，则地下水将携带砂粒冲破盖层或沿盖层已有裂缝喷出地表，即产生所谓的 “喷水冒砂”现象。这种不良地质可使地基软化，建筑物因而倒塌;大量 饱和砂土还可从地下如泉涌出，在地面堆积成丘;另一方面则使得地下某 些部位空虚，地面因而沉陷。这种现象多出现在河边、海滨含水的沙层中。

2.考虑地震液化的情形

饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的液化判别和地基处理，6 度时，一般情况下可不进行判别和处理，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按 7 度 的要求进行判别和处理;7～9 度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的 要求进行判别和处理;甲类建筑在 6～9 度时需要专门研究。

3.地震液化的处理措施

未经处理的液化土层不宜作为天然地基持力层。目前我国规范根据液 化指数将地基液化分为三等：轻微、中等和严重。对应不同的液化等级，根据建筑物的抗震设防类别分别采取下列措施：可不采取措施、基础和上 部结构处理、部分消除液化沉陷及全部消除液化沉陷等。

3.1 深基础

液化土层下部存在可作为基础持力层的稳定土层时，可采用深基础的 方法。深基础是指基础底面埋深不小于 5.0m 的基础，采用深基础的方法就 是将基础埋深加大，选用液化土层以下的稳定土层作为基础持力层，从而 避开液化土层的影响。基础底面进入稳定土层中的深度不应小于 0.5m。

3.2 换填处理

对于液化土层埋深较浅的情况，可以采用非液化土替换全部液化土层。 就是先将厚度不大的液化土层全部挖除，直至稳定土层，然后采用非液化 土进行分层回填、压实，作为基础持力层。采用换填处理时，在基础边缘 以外的处理宽度，应超过基础底面以下处理深度的 1/2 且不小于基础底面 宽度的 1/5。

3.3 加密法处理

对于液化土层埋藏较深，如采用换填方法处理，开挖土方量及换填量 均较大，尤其对于购土困难的地区经济性不好，此时可以考虑采用加密法 处理。

加密法就是采用振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等方法对液化土 层进行加密处理，减小土颗粒间的空隙，达到加密土体的作用，消除土体 液化。

3.3.1 振冲法

利用振动和水冲加固土体的方法叫做振冲法（vibroflotation），即“振动 水冲法”，简称“振冲法”，用于振密松砂地基。其原理就是是依靠振冲器 的强力振动破坏砂土的原有结构，水冲可以使砂土饱和，降低砂土的抗剪 强度，两者共同作用使砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减少，达到 加密砂质地基的作用，所以这一方法称为振冲密实法。

1937 年德国的一家施工公司首先制成了一台具有现代振冲器形式的雏 形振冲器，用于处理一个 7.5m 深的松砂地基，结果将砂基的承载力提高了 一倍，相对密度由原来的 45%提高到 80%，取得了显著的加固效果。20 世 纪 50 年代，日本引进振冲法加固松砂地基，以提高砂基的抗液化能力。经 历 1964 年发生的 7.7 级强烈地震和 1968 年发生的 7.8 级强烈地震后，两次 震害调查均表明，经用振冲法处理过的砂基液化现象大为减弱，建筑物基 本保持完好，而未经处理的砂基上的建筑物则受到严重破坏。

振沖法适用于处理黏粒含量不大于 10%的中砂、粗砂地基。确定方案 前应进行现场工艺试验，确定可行性及孔距、振密电流值、振冲水压力等 施工参数。采用振冲法处理的深度一般不宜超过 15m。

3.3.2 挤密碎石桩

挤密碎石桩及在桩孔中加入碎石，通过振动挤密桩体碎石及桩周土体，形成挤密碎石桩，加密桩周土体，碎石桩与桩周土组成复合地基。成孔方 法可采用振动成孔、冲击成孔或振冲成孔等。挤密碎石桩可用于处理松散 砂土、粉土、粉质粘土、素填土、杂填土等地基，以及用于处理可液化地 基。

制作桩体的填料宜就地取材，含泥量不大于 5%的碎石、卵石、砂砾、 矿渣等均可使用，但风化易碎的石料不宜使用。桩径可根据地基土质情况、 成桩方式和成桩设备等因素确定，桩的平均直径可按每根桩所用填料量计 算。桩径宜为800～1200mm。桩间距应通过现场试验确定，可采用 1.3m～3.0m。 桩长可根据工程要求和工程地质条件，通过计算确定。对可液化地基，桩 长应按要求处理液化的深度确定，且桩长不宜小于 4m。施工顺序宜沿直线 逐点逐行进行。

3.3.3 强夯法

强夯法处理地基是 20 世纪 60 年代末由法国 Menard 技术公司首创使 用的，也称动力固结法。强夯法即反复讲夯锤提高到高处使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实，从而提高地基的承载力，降低 其压缩性，消除地基液化。强夯法适用于处理碎石士、砂土、低饱和度的 粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土、杂填土和可液化土等地基。

夯锤质量一般为 10t～60t，落距一般为 10m～40m。强夯的有效加固深度 因土质和单击夯击能的不同而不同，一般在 3.0m～11m 范围。强夯法施工前，应在施工现场有代表性的场地选取一个或几个試验区，进行适夯，每个试 验区面积不宜小于 20mx20m。地下水位高的场地，影响施工或夯实效果时，应采取降水或其他技术措施进行处理。

强夯法具有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便、节省 劳力、施工期短、节约材料、施工文明和施工费用低等优点，在实际工程 中得到广泛应用。

3.4 桩基础

对于较重要的建筑物，或前述方法不能满足设计要求时，可采用桩基 础的方法。桩可采用预制桩或钢筋混凝土灌注桩。

液化土层中的桩基承载力应根据土层的分布特点采用相应的计算方法 合理确定。对于桩身周围有液化土层的低承台桩基，当承台底面上、下分 别存在厚度不小于 1.5m、1.0m 的非液化土或非软弱土层时，可将液化土层 极限侧阻力乘以土层液化影响折减系数计算单桩极限承载力标准值。土层 液化影响折减系数因液化土层的深度不同而不同，一般 10m 以内深度取一 个折减系数，10m～20m 范围取一个折减系数，超过 20m 时不折减。当承台 地面上、下的非液化土层厚度不满足前述要求时，土层液化影响折减系数 取 0，即不考虑液化土范围内桩的侧摩阻力。

对于低承台基桩且承台底面上、下的非液化土或非软弱土层不满足前 述要求时，尚应进行桩身的承载力和裂缝控制计算。

采用桩基时，桩端伸入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖 部分），应按计算确定，且对碎石土，砾砂、粗砂、中砂，坚硬黏性土和密 实粉土尚不应小于 0.8m，对其他非岩石土尚不宜小于 1.5m。

4. 结语

液化地基的处理方式很多，在确定处理方案时，应结合建构筑物的类 别、结构形式、重要性及建筑场地的土层分布、土质特性、水位分布、地 震烈度等因素，综合比较、判断，必要时可结合现场试验，经技术、经济、 工期、场地特点等选择经济合理的处理措施。

参考文献：

[1]GB50011-2011 建筑抗震设计规范（2016 年版）[S]，北京：中国建 筑工业出版社，2016.

[2]JGJ 79-2012 建筑地基处理技术规范 [S]，北京：中国建筑工业出版 社，2012.

[3]JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范 [S]，北京：中国建筑工业出版社，2008.

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