液化地基處理方案及比較

陳 超

(成都基準方中建筑設計有限公司，四川 成都 610031)

0 前 言

砂土或粉土在飽和狀態下受到振動(地震作用)時，若土中水不能有效排出，造成土體中孔隙水壓力上升，土顆粒間的有效應力減小，抗剪強度降低。

而當受到的振動達到一定程度(孔隙水壓力等于土的有效應力)時，飽和土中的土顆粒在水的相互作用下處于懸浮(失重)狀態，此時土的抗剪能力完全喪失，土的有效應力和抗剪強度均為零，土在振動(地震作用)下由固體轉變為了液體(可流動的水土混合物)，從而喪失地基承載力，這種現象即為地基液化現象[1]。

地基液化會造成基礎不均勻沉降、地面開裂、河堤裂縫和滑移等危害。

《建筑抗震設計規范》(GB5011-2010)(以下簡稱《抗規》)表4.3.6(如表1)針對不同的液化等級及設防類別提出了不同的抗液化措施。

同時在《抗規》4.3.7～4.3.9中根據地區的設防類別(甲、乙、丙、丁類)和不同的液化等級(輕微、中等、嚴重)，提出了相應的要求[2]。在我國液化土也在各項項目中時常出現，怎樣對液化地基進行處理也是我們結構設計人員必須了解的。

1 液化地基處理方案

就我國而言，根據液化土層的厚度不同和地區的差異，常用的液化地基處理方案有：深基礎法、換填法、加密法(包括振沖、振動加密、擠密碎石樁、強夯等)[2]。

表1 抗液化措施

注：甲類建筑的地基抗液化措施應進行專門研究，但不宜低于乙類的相應要求。

1.1 深基礎

采用深基礎(人工挖孔樁、旋挖樁、預應力管樁及樁筏等)避開液化土作為持力層，穿透液化土層將更為穩定的土層作為基礎持力層。此種方法不需要對液化土進行處理，特別適用于液化土層較厚的地基土層，但樁基需要考慮液化土層的影響，需要按要求進行樁基檢驗，工期相對較長，同時造價相對較高。

1.2 換填法

換填法即將處于基礎持力層相關范圍內的液化土層挖除，用以性能穩定、無侵蝕性、強度相對較高的非液化土來替換[3]。換填方案根據換填材料、換填位置的不同分為三種。

1)將基礎底部處于基礎持力層相關范圍的液化土挖除，然后根據液化土層厚度的不同分層回填強度相對較高的砂、砂夾石、卵石、灰土、爐渣、素土、素混凝土及其他性能穩定和無侵蝕性的材料[4]，并按照地基處理規范要求夯實至相應的密實度，作為上部建筑基礎的持力層。

2)將上部基礎穿透液化土層置于非液化土層，上部分層回填強度相對較好的砂，砂夾石，卵石，灰土、素土等材料，并夯實至規范所要求的密實度，回填部分僅作為底板的持力層。

3)將基礎直接置于非液化土層，上部分層回填素土，適當夯實至要求的密實度，同時底板采用梁板(無梁樓蓋)體系將底板與土層分離。

換填法處理液化地基適用于液化土層深度較淺，厚度較薄的情況，處理液化土層厚度可為0.5～3 m。大量工程經驗表明，采用換填法處理液化地基不僅可以解決地基液化問題，而且可根據地域情況就地取材，施工簡便，現場機械設備相對簡單，并且在施工工序安排合理情況下可大大縮短工期等。但對于換填材料不滿足的場地此種方法并不太適合。

1.3 加密法

利用一定的方法，使可能發生液化的土體中的土顆粒克服顆粒間阻力發生相互移動，土中孔隙體積減小，從而達到增強土體密度的目的。根據土體加密方式的不同，又將加密法分為：振沖加密法、強夯加密法等。

1.4 振沖(動)加密法

振沖(動)碎石(砂)樁加密法處理液化地基是指用專用機械振動、沖擊或水沖等方式在砂土中成孔后[4]，再將強度相對較好的碎石或砂利用機械擠壓入土孔中，形成由碎石或砂所構成較大直徑的密實樁體，此法也叫振沖碎石樁。采用此種方法可起到擠密(或振密)土層的作用，使原本松散的土層變得密實，從而加固了地基并提高了地基的抗液化能力。利用此方法可調節樁體間距和大小提高土體的加強擠密程度，從而達到完全消除液化土地震液化現象。

振沖碎石法處理液化地基施工較為簡便，處理周期相對較短，可根據地域的不同，就地取材，使用碎石、砂石、卵石、爐渣等強度相對較高的填料，費用相對較低，但像水振沖法等由于在施工中需要大量水沖擊土層，所以存在耗水量大、因水和土結合帶來的泥漿排放污染等缺點。

1.5 強夯加密法

強夯法處理液化地基是利用夯錘提到一定高度自由落下所產生的巨大能量反復夯擊地基土，以提高地基的承載能力和土體的整體穩定性，從而降低土體的壓縮性，消除(或部分消除)土體的液化。通過增大夯錘重量及落距可使夯擊的能量變大，處理液化土層的深度也相對較大。根據地基處理規范要求強夯法處理液化地基的范圍應大于建筑物基礎的范圍，每邊超出基礎邊緣的寬度不小于5 m。此方法施工工期短、價格較為低廉，但施工能量大，除發生噪聲、污染環境外，振動對鄰近建筑物可能產生有害的影響。

2 算 例

某7度區設計項目，根據地勘資料多層洋房及1層地下室底板標高處于細砂層，砂層厚度0.5～4 m不等，而細砂為中等液化土在未經處理的情況下不適宜作為基礎持力層。為消除細砂層的液化現象，需對液化地基進行處理同時應滿足地基承載力的要求。根據地勘情況采用不同的方法對其地基進行處理并進行經濟性比較。

2.1 人工挖孔樁方案

此方案(見表2)中平均樁長12 m，樁徑為0.8 m，以中風化泥巖作為持力層。

表2 人工挖孔樁表

2.2 換填方案

此方案根據換填材料的不同可分為：C15素混凝土換填、砂夾石換填，換填后上部采用獨立基礎，地基承載力為280 kPa。為方便比較取2 m換填深度作為基準換填深度。

2.3 振沖碎石樁方案

此方案采用三角形布置，平均樁長5 m，樁徑為1 m，樁間距2 m，上部采用獨立基礎。

2.4 經濟性比較(見表3)

表3 基礎選型方案測算匯總

注：本次方案比較未考慮:人工挖孔樁基礎及換填處理的施工降水、大型機械進出場費等費用。

3 結 論

1)人工挖孔樁方案較其他方案造價較高，不建議采用。

2)在同等換填高度情況下，砂夾石換填方案優于C15混凝土換填方案，如選擇換填方案建議采用砂夾石的換填方案。

3)當基礎底細砂層厚度不小于2 m時，建議采用獨立基礎+碎石樁處理方案。

4)當基礎底細砂層厚度小于2 m時，可采用獨立基礎+砂夾石換填處理方案。

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