第３８卷第２９期 ２ ０ １ ２年１ ０月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．２９ Ｏｃｔ．２０１２ ・９７・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１２）２９—００９７－０２ 有效消除地基液化的工程措施 李晓红 （山西省工业设备安装公司，山西太原０３０００１） 摘要：在了解有关地震知识的基础上，分析了饱和砂土液化机理，并对砂土液化进行了分类，进而提出消除砂土液化的工程措 施，以取得理想的消除效果。 关键词：砂土液化，地震，工程措施 中图分类号：ＴＵ４７２ １ 关于地震 １）地震是一种自然现象，是地壳运动的表现。地震分类有构 造地震、火山地震和塌陷地震等。构造地震，是由地壳变形引起 的地震，运动时间长，震动强烈，影响范围大。火山地震，是由火 山喷发引起的地震，影响范围较小。塌陷地震，是由地下溶洞、矿 山采空区大面积塌陷而引发的地震，影响范围会更小。 ２）地震发生时会产生地震波，一种为纵波，另一种为横波。 地震波由地震源向各个方向传播。纵波振动方向与传播方向相 同，周期短、振幅小、衰减快，造成的危害并不严重。横波振动方 向与传播方向垂直，周期长、振幅大、衰减慢，造成的破坏性很大。 ３）地震过程是一个能量释放的过程。释放的能量越多，地震 的强度就越大，震级也越高。过去我们在学土力学课时曾经有这 样一个公式： ｌｇＥ＝（１１．８＋１．５Ｍ）Ｘ １０。。 其中，Ｅ为一次地震释放的总能量，尔格；Ｍ为地震震级。 上式表明了释放能量与震级的关系，说明释放能量越多，震 级越高，但并非正比关系。地震产生的能量也可以被人类利用， 但目前尚未找到可利用的有效途径。 ４）地震的烈度，是根据人们的感觉和地震对器物、建筑物的 破坏程度而划分的一种尺度。烈度与震中的距离有关，距震中越 近，烈度越大。目前地震烈度分为１２度。在建筑设计上可以采 取措施的最高为９度。一般情况为７度一８度。４度以下为弱震， ６度以上为强震。７度～９度为破坏震。超过９度为毁坏震，目 前，人们正在探索对其预防的办法。 ２饱和砂土液化的机理分析 １）在一定强度的地震作用下，饱和松散的砂土地基就会出现 喷沙、冒水，地基上较重的建筑物就会沉入土中，而较轻的建筑物 则会浮出土面，有这种现象出现，就表明地基已经液化。这个听 起来很神奇的现象，通过在实验室里也可看到。 ２）砂土液化的机理分析。经过专业工程师大量研究分析指 出，地震前，地面上全部压力（建筑物的重量），由土颗粒组成的土 骨架承担，饱和松散砂土中的所有颗粒处于相对稳定状态，土颗 粒的位置不会发生改变。地震发生时，足够大的地震惯性力迫使 砂土颗粒离开原来的位置而运动，并力图找到一个新的稳定位 置，这就必然使原来的砂土变得更加密实。砂土密实的过程，也 就是砂土间孔隙减小的过程。但是原来砂土之间的孔隙是完全 被水充满的饱和状态（水是不可压缩的），运动着的砂土颗粒必将 对孔隙中的水产生挤压作用。因为地震主震时间非常短，孔隙中 的水根本来不及向四处扩散排出，所以孔隙水的压力急骤上升。 收稿Ｅｔ期：２０１２．０８．１８ 作者简介：李晓红（１９７３．），女，工程师 文献标识码：Ａ 当孔隙水压力升到与原来由土骨架承受的压力相等时，土颗粒中 的压力变为零，并使土颗粒处于悬浮状态，砂土的抗剪强度也变 为零，并游离在水中，具有了液体的一切特性。这就是松散、饱和 的砂土在地震发生时液化的实质现象。 ３）砂土液化会出现以下情况：ａ．孔隙水不断冒出，伴随喷沙， 并向地面四处消散；ｂ．运动后，土颗粒在短时间内重新组成新的 土骨架，并逐渐处于稳定状态，重新恢复承受上部压力的能力；ｃ． 由于密实度比原来有所增加，地面产生不同程度下沉；ｄ．地面上 的建筑物可能伴随地面下沉而产生不同程度的倾斜（震害）、裂缝 或者倒塌（严重破坏）。 由于地基液化，会引起地面建筑物不可预料的破坏，所以在 设计上部建筑物前，要进行地质勘探，要对可能产生液化的土层 采取有效的人工处理和有效的结构措施。地震会在什么时间发 生，目前人们还没法预先得知，只能采取预防为主的办法。即使 有预防措施的建筑物，也无法保证在它的有效寿命内不会发生地 震，因此预防也是必不可少的措施。 ３砂土液化的分类 １）砂土液化在主观和客观上是有必要条件的。主观上是松 散的砂土处于地下水位以内，且为饱和状态；客观上是必须有一 定强度的振动，也就是常说的地震。处于饱和状态的砂土其密实 度也是不一样的，越密实的砂土，越不容易发生液化。所以松散、 饱和这两个前提很重要。 ２）砂土液化的级别，与地震的烈度有关，与砂土的相对密度 也有关。除此以外，砂土的级配状况、砂土的初始应力状态、砂土 内的粘粒含量等都是影响砂土液化的因素。砂土的密度概念是： Ｄ ＝（ｅ一一ｅ）／（ｅ 一ｅｍｍ）。 其中，ｅ一为土在松散状态时的孔隙比，即最大孔隙比；ｅ 为 土在最密状态时的孔隙比，即最小孔隙比；ｅ为土在天然状态时的 孔隙比。 当Ｄ ＝０，表示土处于最松散状态；Ｄ ＝１，土处于最密实状 态。砂土的相对密实度可分为松散、中密、密实三种状态。对应 的Ｄ 值范围见表１。 表１不同相对密实度对应的Ｄ 值 ｌ 密实度 ｌ 松散 ｌ 中密 Ｉ 密实 Ｉ ｌ Ｄ／％ ｌ ＜３３ Ｉ３３—６７ １ ＞６７ ｌ 砂土液化级别可分为轻微、中等、严重三级：地震烈度不同时 对应的Ｄ 值见表２，表３。 表２地震烈度为７度时的Ｄ 值 垫墨型堕垫！星 松散 中密 密实 Ｂ’一／％ ＜３３ ３３—５４ ＞５４ ・９８・ 第３８卷第２９期 ２ ０ １ ２年１ ０月 表３地震烈度为８度时的Ｄ 值 山 西 建 筑 ｂ．ＣＦＧ桩穿透法。 密实 ＞７３ 地震烈度为８度 Ｄ／％ 松散 ＜４８ 中密 ４８—７３ Ｉ ＩＣＦＧ桩对提高地基承载力有明显的作用。它的作用是穿透 液化土层，上部载荷全部由ＣＦＧ桩承担。土层产生液化对上部建 筑物也造不成破坏。因为液化土粒不受力，也用不着改变原来的 位置，地下水基本上不会上升。但是若被穿透的液化土层很厚， 也要慎用。因为ＣＦＧ桩在液化土层范围内，如果过长，本身有一 细长比的稳定问题。ＣＦＧ桩的桩径一般为４００—６００。采用ＣＦＧ 桩法，桩顶的褥垫层材料不限。若基底下１０ ｍ内有湿陷性土层， 建议褥垫层用３：７灰土。 适用于１５ ｍ内有液化土层的情况，而且桩尖部分要有较理 想的持力层。持力层的深度不宜过深。因为ＣＦＧ桩的长度目前 还不宜超过２５ ｍ。 ｅ．强夯法。 注：相对密实度是指土层中间部位的密实度 ３）砂土的液化，在所有岩土地质报告中都有专门的章节来描 述。包括级别、密度、土层所在深度和土层的厚度等。当砂土中 的粘粒含量超过１５％时，由于压密效果受到一定的影响，采取碎 石挤密桩法，可能效果不会很理想。宜在液化土层范围内，对成 桩的工艺进行必要的调正，比如反复复桩法挤压法，等于把这一 段桩人为的加粗了，目的在于提高土层的密实度，如图１所示。 一峨复鹏段尉土化 一一枇砒碎蛹粗部局聊～一 艘加桩由段一制 球哒提限一其 采用强夯法，要有场地允许的条件，不能因强夯对周边建筑 造成破坏。大约影响半径为１５０ ｍ一２００ ｍ。具体大小与夯击能 量有关。要事先有准确的预测。强夯影响深度大约为１０ ｍ。也 图１成桩工艺调整图 就是说，如果液化层在１０ ｍ以下，用强夯法作用不大。 强夯法是最经济的方法，效果好、速度快，但不是所有地方都 ４消除地基液化的工程措施 １）通常建筑场地的地质构造是由不同的土层组成的，而容易 产生液化的砂土层往往处于某一深度。在目前的设计规范中，当 适合。在强夯过程中，地面喷沙冒水的现象很明显，下沉量也很 大。在夯击过程中要不断地向坑内填建筑垃圾、炉渣、矿渣、碎石 等，以建筑垃圾为最便宜。 ｄ．土层代换法。 容易液化土层处于建筑物基底下１５ ｍ以下，其液化性可不进行 任何处理。当易液化土层处于建筑基底标高以上者，施工时已经 把它挖掉了，更没有处理它的必要了。但是处在基底下１５ ｍ以 内的易液化土层就必须采取不同的工程措施来处理。 土层代换是最有效、最彻底的办法。但是它的条件是，土层 较薄，一般不超过２ ｍ一３ ｍ，而且就处在基底下。这样可以把它 用非液化土层代替，分层压实即可。但是带来的问题 ２）因为砂土松散和饱和是产生液化的两个重要条件，所以若 全部挖除，是提前基坑支护、降水费用。在具体实施时，要多方案比较。经 地下水位很低，也就是说，砂土并不是饱和状态。这种土层是否 安全性都是要考虑的问题。 需要处理，学术界当前意见还有分歧。我个人认为对于甲类建筑 济性、或高层建筑应当给予处理。因为地下水位是一个变数，在１００年 中会发生什么变化谁都说不清。现在不会产生液化，并不等于将 来某个时间不发生液化，还是慎重为好。 ３）常用的工程措施： ａ．碎石挤密桩法。 ｅ．降低地下水位，表面机械碾压法。 适用于持力层为饱和砂土的情况。用降水的办法，使孔隙水 压力减小，有效应力增大，事先促进地基固结，完成大部分沉降， 同时提高地基土层的承载力。表面振动碾压，是为了让土层增加 密实度。使用本办法的另一个条件是，砂土层的自然承载力要比 这是常用的，也是最有效的办法。桩的成孔工艺宜采用振动 较大才行。ｆ．袖阀管高压压浆法。 沉管法，成孔过程是对土层的第一次振动挤密。成孔后边拔管边 振动下料为第二次振动挤密，效果非常好。每根桩都是一个排水 用袖阀管对液化土层高压注水泥浆的办法，也是一个科学的 通道。而且有消除液化和提高地基承载力的双重作用。常用桩 办法。袖阀管可以定量、定域。用水泥浆替代土颗粒问的孔隙 不仅有效阻止土颗粒的流动，也可提高土层的承载力。施工 径为４００。桩长要穿透液化土层，并进入非液化土层一定的深度。 水，文明、不扰民，有很多优点。 碎石挤密桩的顶端应采用碎石褥垫层，不应用３：７灰土褥垫层， 现场安静、用毛砂褥垫层效果也不如碎石。其目的是让地下水上升到褥垫 层中顺利向四面八方排走。 高压注浆过程中，土颗粒间的孔隙水一大部分溶在水泥浆 中，还有一小部分要及时排出来，就要有排水通道。通道是事先 当砂土中的粘粒含量超过１５％时，碎石挤密桩成桩工艺要在 打好的孔，只是在孔内灌人细碎石，而不是套壳料。排水通道的 ｍ一６ ｍ。具体施工方案要认真编制。 液化土层范围内采取反复复桩的工艺。在同一根桩上形成不同 间距大约４ 的直径，这种方法容易实施，效果很好。 目前我省已有了袖阀管注浆规程，有效控制施工质量应当没 肯定会达到理想的效果。用此 适合于持力层强度较高而且液化土层处于不同的深度情况， 有问题。有条件的场地不妨一试，办法，深度不限，厚度不限，级别不限，是一个比较好的办法。 更适合于较深的情况。 Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｄｅｍｏｌｉｓｈｉｎｇ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ＬＩ Ｘｉａｏ－ｈｏｎｇ （Ｓｈａｎｘｉ ｄ淞￡ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｆｕｌｌｙ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｅａ￣ｈｑｕａｋｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓａｎｄ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｃｌａｓｓｉｉｆｅｓ ｓａｎｄ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ， ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｄｅｍｏｌｉｓｈｉｎｇ ｓａｎｄ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ，ｗｉｔｈ ａ ｖｉｅｗ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｉｄｅａｌ ｄｅｍｏｌｉｓｈｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓａｎｄ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ，ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ
