液化地基处理方案及比较

液化地基处理方案及比较

赵晨光

内蒙古鲁电蒙源电力工程有限公司 内蒙古呼和浩特市 010010

摘要：随着社会经济和各行各业的快速发展，地基液化是结构破坏的主要形式。例如，饱和沙土在地震作用下的液化往往会导致建筑物基础的破坏和上部结构的损坏，由于地面沉降或不均匀沉降，建筑物失去了原有的功能，场地液化处理一直是土力工程研究的重点。根据对国内外地基失效案例的分析和统计，80% 的地基失效案例是由土壤液化引起的。因此，地基液化的分析和处理是地基抗震的主要任务。

关键词：液化场地；地基处理；抗液化措施

一、液化土层地基形成原理

近年来，我国的工程建设技术不断成熟和完善，各项建设事业也全面展开，对促进国民经济增长、提高人民生活质量发挥了重要作用。沙土是可液化土地基地主要土类。这种不良地基的具体表现是土体黏性较弱，沙土黏性不够接近。当可液化土地基上的荷载增大时，地基土中的水压力会迅速上升。这时，地基土会立即失去原有的抗剪强度，然后发生液化。此外，地基土层失去抗剪强度后，其承载能力将消失，地基的强度和稳定性将大大降低，容易发生地基位移或地面塌陷。在地下水作用下，松散砂土和粉砂将达到饱和。在这种情况下，振动使土体变得更加致密，从而使孔隙水压力急剧上升。但在短时间振动过程中，突然上升的孔隙水压力没有时间消散，从而降低了土颗粒间接触点原来传递的压力（有效压力）。当有效压力完全消失时，孔隙水压力增大，土层完全丧失抗剪强度和承载能力，变得像液体一样，这就是地基地液化现象。可以看出，影响液化的主要因素是颗粒大小分布、渗透性、相对密度、土层深度、地下水位、震度和持续时间等。

二、地基液化的机理

浅层松散粉土和砂土在受到地震波的往复振动时，导致饱和粉土和砂土的孔隙水压力迅速增加，使土体的有效应力减小甚至完全消失。液化对建筑物的破坏主要来自地震沉降，尤其是地震不均匀沉降。产生地基液化的条件可概括为： 足够强的地震力、浅层地震、松散地震、饱和地震、沙土地震和低黏性粉土地震。其中： 足够的地震力可以使土颗粒振动，浅层是指土层地上覆压力和侧压力较低，松散是指土的强度和密实度较小，饱和度是由于地震作用下孔隙水压力的增加和有效应力的减小，低粘度的沙土和粉土是指粘土含量低、粘聚力弱。上述条件是必不可少的。

三、地基液化的判别方法

如果我们已经掌握了地基液化的必要条件，我们就能够想出几种方法来区分地基液化。首先，我们逐渐排除了几个简单的条件：

足够强的地震力。在抗震设防程度较高的地区，浅层地基液化判别不需要抗震设防。一般来说，液化判别只适用于地表以下20米以内的土壤层，有些建筑物的液化判别深度在地表以下15米以内，这个深度以下的土壤层没有确定，骨盆是饱和的。只有地下水饱和度以下的粉砂、和低粘度粉砂的识别。

其次，初步确定地表以下20米（或15米）以内饱和粉土和砂土的液化程度。这种方法也是为了排除“浅层”情况，对于上覆的非液化土层，达到一定程度的稳定性，场地可能不考虑液化的影响。对于不能排除液化可能性的场地，则有必要进一步确定液化。对于标准级数达到一定临界值的饱和粉土和砂土，由于液化程度达到一定要求，其压实度较好，不能考虑液化。

四、液化土层地基处理方案

为了提高可液化土地基的强度和稳定性，可以采用以下三种方法。第一种方法是利用强度高、抗渗性好的材料对可液化土地基进行改造，取代地基中原有的可液化土，并通过挤压作用对填料施加压力，从而提高地基土的强度和稳定性。第二种方法是利用混凝土墙封闭可液化土层，并固定地基土层，防止液化后土层的流动变形。第三种方法是在地基中设置石灰土桩或砂井以加固土层。

1、置换法

在置换法中，对基础底部以下一定范围内的软土层进行开挖，然后将沙土、砾石、平原土、石灰土等稳定、非侵蚀性的高强度材料分层填筑，夯实到所需的密实度，当建筑物地基承载层相对薄弱，不能满足地基上部荷载要求时，常采用置换填土垫层处理软弱地基。即在地基下开挖一定范围内的土层，然后用高强度的砂、砾或石灰土回填，分层压实，达到设计所要求的密实度，作为地基地承载层。置换法适用于浅层地基处理，处理深度可达2ー3m。根据工程实践，该置换法不仅解决了工程地基处理问题，而且获得了当地材料，施工方便，无需专用机械设备，缩短了施工工期。这种方法的原理比较简单。根据工程实际情况，可以选择垫层的类型，但多适用于中小型建筑工地，不适用于道路工程或替代材料不足的地区。

2、强夯法

强夯法地基处理原理： 利用提升设备将锤子提升到一定高度，然后使锤子自由落下。在地基上施加一定的冲击能量，会在地基土中产生巨大的冲击波，克服土颗粒间的各种阻力，使地基密实，从而提高强度，减少沉降，消除湿陷性或提高抗液化能力。强夯法是一种较为理想的地基处理方法，适用于全液化地基断面较长、处理面积较大、地基处理区域附近没有建筑物或重要构筑物的情况。不同的研究者从不同的角度研究了强大的机理。

由于强夯（地基土）的对象非常复杂，一般认为不可能建立对各种地基土都具有普遍意义的理论，但在地基处理中经常遇到的几种类型的土都有其规律。一般来说，强夯可以在地基中产生强烈的冲击波和动力来加固土体。对于饱和细粒土，强夯后其强度的提高过程可分为：压实能的转化，伴随着强迫饱和土的压缩和振动密度（包括土中空气的排出和孔隙水压力的上升） ，局部土的液化或土结构的破坏（表现为土强度的降低或抗剪强度的丧失） ；结果表明： 土体渗透性发生变化，裂缝发育，孔隙水顺利溢出，超孔隙水压力消失，土体强度增加；土体触变性恢复伴随着土体压实，部分自由水变成膜状水，土体结构逐渐恢复，强度增加。在这个阶段，变形很小，主要是土的触变性恢复，这可以在强势终止后很长时间内实现。

3、砂桩法

砂桩加固法（加固深度约为20 m）在我国的应用始于上世纪50年代。它属于松散桩复合地基地一种，又称挤密砂桩或挤密砂桩法。它是指在软土地基上采用振动、冲击或水冲等方法形成一个孔，然后将砂土挤入土中形成直径较大的密实砂柱，对地基进行加固处理的方法。砂桩法适用于处理松砂、粉土、平原填土、杂填土、黏性土等地基，也可用于工业、民用建筑物如厂房、住宅等地基加固工程。砂桩置换也可用于饱和黏土地基或变形控制要求不严的工程。在处理饱和黏土时，最好在现场试验后确定是否使用。近年来，出现了一种新的砂桩振动机械管砂桩施工工艺。振动沉井法是在振动器的振动作用下，将套管驱动至规定的设计深度。将套管放入土壤后，将套管周围的土壤压实，然后将砂子放入土壤中，将砂子排入土壤中。经过反复循环后，将砂桩压实。这种施工工艺具有良好的处理效果，不仅具有压实作用，而且还使桩与桩间土形成较好的复合地基，提高了场地地基地承载力，防止了砂土液化，增加了软土地基地整体稳定性。

结语：只有在查清场地地形、地貌以及水文地质情况的基础上，根据不同的工程性质和地质特征比对方案，对存在液化地基的场地反复研究、精心设计，并采取多种处理方法相互结合的方式，才能做出合理、安全、经济的地基处理方案。

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