某液化土地基處理方案比選

陳 敬 洪

(中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)

0 引言

大家都知道飽和的砂土是砂和水的組合體，在地震荷載作用下，飽和砂土中的土體結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞，從而使砂粒浮在水中，土層完全失去抗剪強(qiáng)度和承載能力，變成跟液體一樣。當(dāng)液化層上的覆蓋土層破壞后，地面就會(huì)出現(xiàn)噴水，冒砂現(xiàn)象。砂土液化是不可忽視的，這種液化導(dǎo)致建構(gòu)筑物地基產(chǎn)生不均勻沉降，從而引起建構(gòu)筑物的開裂、傾斜和破壞。為了減少地基液化的危害，要采取既必要又合適的處理措施，包括地基處理和對上部結(jié)構(gòu)采取加強(qiáng)整體性等相應(yīng)措施。

1 場地工程地質(zhì)概況

某工程位于南方小鎮(zhèn)，占地約200余畝，整個(gè)場區(qū)擬建辦公樓、生產(chǎn)用房、生產(chǎn)設(shè)備等。根據(jù)其勘察資料，鉆探揭露土層形成的地質(zhì)時(shí)代、成因、巖性及物理力學(xué)指標(biāo)特征等，將場區(qū)地層劃分為8個(gè)主要工程地質(zhì)層，分述如下：

第①層：人工填土，灰黃色、灰色，主要由粉砂組成，含有大量貝殼、珊瑚砂、植物根系，局部地表鋪有卵石，土質(zhì)松散，該層分布普遍，厚度約為0.2 m～1.6 m。

第④層：按風(fēng)化程度將其分為如下三個(gè)亞層：

第④2層(Q3)：強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，灰色、深灰色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀、氣孔構(gòu)造，巖體極破碎，巖芯呈塊狀、碎塊狀，夾黏性土，厚度約為0.6 m～2.7 m。

第④3層(Q3)：中風(fēng)化玄武巖，深灰色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部含有氣孔，巖芯呈柱狀、短柱狀，敲擊聲脆，RQD=25%～85%，局部破碎，該層分布普遍，厚度約為0.5 m～5.9 m。

第⑤層(Q3)：砂巖，灰黃色、灰色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，砂土經(jīng)壓實(shí)，巖漿作用而成，呈半膠結(jié)狀態(tài)，手掰易碎，夾薄層泥巖及粉質(zhì)黏土，厚度約為0.4 m～1.6 m。

第⑦層：按其巖性將其分為三個(gè)亞層：

2 地基處理比選

考慮到場地第②層粉砂為液化土，液化等級(jí)為中等液化。且場地需要平整回填，回填土厚度約3 m。由于周邊條件限制，回填土采用粉質(zhì)黏土；考慮到場區(qū)建構(gòu)筑物的重要性，擬對場區(qū)的液化土層采取全部消除液化沉陷的措施。因此需要對回填土及液化土層進(jìn)行地基處理。根據(jù)本場地土層性質(zhì)的描述，以及場地液化情況，本場地?cái)M采用以下方法進(jìn)行地基處理，消除液化影響：

方案一：樁基礎(chǔ)。

樁基礎(chǔ)在液化土地區(qū)用來全部消除地基液化沉陷時(shí)，是將樁穿透液化土層，將樁端伸入液化深度以下穩(wěn)定土層中，其伸入穩(wěn)定土層中的長度應(yīng)根據(jù)土體情況計(jì)算確定。這樣樁穿透了液化土層，并有可靠長度支承在穩(wěn)定土層中，當(dāng)?shù)鼗翆影l(fā)生液化時(shí)可以保證建構(gòu)筑物的安全，避免土層發(fā)生液化對建構(gòu)筑物帶來危害。需要注意的是在計(jì)算樁基承載力時(shí)，液化土的樁周摩阻力及樁的水平抗力應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。

采用樁基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)是：能有效的提高地基承載力，消除液化土層的不利影響。缺點(diǎn)是：場區(qū)的建構(gòu)筑物較多，全部采用樁基礎(chǔ)，造價(jià)相對較高。

方案二：強(qiáng)夯法。

強(qiáng)夯法應(yīng)用廣泛，是一種常用的地基處理方法，技術(shù)成熟，處理深度大。此法是將夯錘提高到一定高度使其自由落下，給地基以沖擊和振動(dòng)能量，以此來降低土的壓縮性，改善地基性能，提高地基承載力。由《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》可知，強(qiáng)夯處理地基的有效加固深度，對碎石土、砂土等可以達(dá)到10 m～11 m；對粉土、粉質(zhì)黏土等可達(dá)9 m～10 m。工程中強(qiáng)夯法處理回填土和液化土地基，效果還是比較明顯。

考慮到該工程需要全部消除液化，強(qiáng)夯處理應(yīng)處理到液化深度下界，本場地內(nèi)回填土和液化砂土層總厚度約為7 m～8 m，強(qiáng)夯能夠達(dá)到其需要處理的深度，且需要的單擊夯擊能為4 000 kN·m，具有較強(qiáng)的操作實(shí)用性。

采用強(qiáng)夯法的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)夯法具有施工加固效果顯著、設(shè)備簡單、適用土類廣、節(jié)省勞力、施工方便、施工期短、節(jié)約材料、施工文明和施工費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)[1]。缺點(diǎn)是：回填土采用粉質(zhì)黏土，回填強(qiáng)夯處理后的地基承載力不是很高，達(dá)不到該場區(qū)需要建造的一些重要的相對較重的設(shè)備所需要的承載力要求。

方案三：強(qiáng)夯法+樁基礎(chǔ)。

強(qiáng)夯法在該工程中可以有效的夯實(shí)場區(qū)回填土和消除砂土層的液化。考慮到回填土的情況，強(qiáng)夯后該場地的地基承載力不是很高，存在不滿足建構(gòu)筑物地基承載力要求的情況。因此采用強(qiáng)夯法+樁基礎(chǔ)能夠較好的滿足該工程的需要，全部消除液化帶來的影響。

采用強(qiáng)夯法+樁基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)夯法和樁基礎(chǔ)聯(lián)合采用，不僅能夠全部消除液化的不利影響，滿足該場區(qū)建構(gòu)筑物的承載力要求，還能有效的降低工程造價(jià)費(fèi)用，節(jié)約材料。

根據(jù)該擬建場地的地質(zhì)概況，經(jīng)過回填強(qiáng)夯處理后的預(yù)估地基承載力為150 kPa，基本可以滿足該場區(qū)擬建建筑物和一般設(shè)備所需地基承載力的要求。但是該場區(qū)存在擬建大型設(shè)備，該擬建大型設(shè)備的預(yù)估基底壓力為220 kPa,采用回填后強(qiáng)夯的土層作為基礎(chǔ)持力層顯然不能滿足該大型設(shè)備所需地基承載力要求，因此需要在此基礎(chǔ)上采取其他措施。樁基礎(chǔ)就是一種較好的方法，打樁不僅可以穿透液化土層，消除液化土層的影響，還可以提供較高的承載力，滿足大型設(shè)備的地基承載力設(shè)計(jì)要求。對地基變形要求較高的擬建建構(gòu)筑物，強(qiáng)夯后的地基承載力能滿足要求，但是地基變形不能滿足要求。因此對于此類建構(gòu)筑物，也可以通過打樁來滿足對地基變形的要求。本著技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)合理的原則，通過對該場區(qū)地質(zhì)概況的分析，為了滿足各種建構(gòu)筑物及設(shè)備的承載力和變形要求，建議一般建筑物及對沉降要求不高的設(shè)備基礎(chǔ)采用強(qiáng)夯地基；對地基承載力要求較高的大型設(shè)備和對地基變形要求較高的建構(gòu)筑物采用強(qiáng)夯+樁基礎(chǔ)。

綜合以上三種方案和本工程場地的工程地質(zhì)條件，回填土情況，強(qiáng)夯法+樁基礎(chǔ)既能夠很好的夯實(shí)回填土和全部消除液化帶來的影響，又能夠較好的滿足工程建設(shè)中不同建構(gòu)筑物所需要的承載力要求和地基變形要求，節(jié)約工程造價(jià)，對本工程具有很好的操作實(shí)用性。本工程推薦強(qiáng)夯法+樁基礎(chǔ)為該工程地基處理方案。

3 結(jié)語

上述方法都是比較常見適用的全部消除液化沉陷的措施，每一個(gè)方案單獨(dú)拿出來都可以達(dá)到消除液化沉陷的目的。但是具體到工程實(shí)際應(yīng)用中，如何把不同的方法結(jié)合起來應(yīng)用，不僅能夠很好的達(dá)到消除液化的目的，還能夠滿足不同建構(gòu)筑物的承載力和變形需求，節(jié)約造價(jià)，就需要在完全查清場地地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程建構(gòu)筑物的不同和地質(zhì)情況做方案比較。采取多種方法相結(jié)合，才能設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、安全、合理的地基處理方案。因此在選擇地基處理的方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體的場地條件和工程擬建建構(gòu)筑物對地基要求的不同，選擇相應(yīng)的處理措施，這樣才能更好的滿足工程建設(shè)的需要。