滨海地区饱和砂土液化判定与基础方案选定

摘要：滨海地区地基中大量存在饱和砂土，在地震作用下往往会形成液化，导致地基土体结构破坏，造成上部结构损毁。本文结合工程实例，对沿海地区饱和砂土是否液化进行判定，并对液化场地地基处理和基础形式的选择进行分析，以期以点带面对相似工程提供参考。

关键词：软土地基；深基坑；排桩；地下连续墙

中图分类号：TV551；文献标识码：A

1引言

饱和砂土地基在外载荷作用下可能从原来的固态转化为液态即液化，导致地基的失稳或堤坝和基础的破坏，造成重大事故和灾害。所以故弄清砂土液化的产生条件及其后效主要有多种意义，如可以预测某砂上地基在一定条件下是否可能液化、是否需要采取预防措施；在什么条件下可以利用液化现象加固密实地基，既能提高效率，又能节约经费。

2液化的概念和准则判别

1978年美国岩土工程学会土动力学会给出在土工工程界有广泛影响的液化定义：任何物质转化为液体的过程．就无黏性土而言，这种由固态到液态的转化，是孔压增加，有效应力减小的结果。此外，还有实际液化和循环液化等定义。实际液化是指在外载荷作用下，松散饱和砂土的强度极大地降低，累积孔隙水鹾力达到围压，从而导致土体破坏。循环液化是指在外载荷作用下，具有膨胀趋势的较密实的砂样中孔隙水压力在每一循环中瞬时达到围压的结果。对饱和砂土的液化可作如下的描述：饱和砂土的液化是在固定静载之外的外载作用下，抵抗有效应力的能力(即砂土的强度)下降甚至丧失的一种过程。饱和砂土的有效应力能力来自砂粒问的结构，其值不仅取决于初始状态，还取决于偏应变和体应变的历史。由于体应变等于从单元流出或流入单元的液体量，所以在饱和砂土的动力学过程中，应力一应变历程与液体的渗流是紧密耦合的，而且液体以压力的形式承担着部分外载。在运动过程中，荷载在液体与砂之间的分配随时间发生着变化。液体承担液压的能力十分大，砂抵抗偏应力的能力却非但十分有限，而且随着应力和应变带来的损伤，这个能力不断下降，于是在一定条件下出现了这样的情况，即荷载向液体转移，其表现为有效应力下降，水压增加，直到砂土的强度全部丧失，这就是液化。例如，对于多数砂来说，由于剪应力导致砂粒闻结构的破坏，为使其能保持承担偏应力的能力，其体积必须变小(即所谓剪缩现象)，这时如果不能及时把足够的水排出以缩出体积，就会出现液化。又如向饱和砂中注入水，把体积撑大，有效应力也会减小，水压增加，出现液化。当外载变化停止后，出现过液化的地层将在现在的状态下最终达到平衡，于是地层中出现或大或小的“永久”变形，表现为沉陷、排水、滑坡。

为了提高液化判别的精度，使其与实际场地的情况更接近，人们提出了多种测试方法。主要有：基于标准沉贯实验(standa_I'd peretration test，SPT)的准则；基于锥体沉贯实验(CPT)的准则；基于剪切波速测量的准则；关于碎石体的Becker沉贯实验的应用；尺度因子量级；对于有超重压力和坡形地面的修正因子；地震输入的幅值和尖峰加速度值等。目前应用较多的方法是将地震传入土中的应力与土的液化阻力进行对比。由地震传入土中的应力一般根据Seed简化法，它是基于地震引起的地层加速度、应力条件等得到的。现场测定砂土的液化阻力的方法有： SPT，静力触探实验(static conepenetration test，SCPT)等，这些方法都是间接的方法，即建立经验的液化阻力与土特性的相关关系。直接法一般为振动触探法，即当振动时，测量探头周围的孔隙水压情况，从而判别饱和砂土的液化阻力。

3常用抗液化措施

根据《建筑地基基础设计规范》，当液化砂土层、粉土层较平坦且均匀时，宜按表1选用地基抗液化措施；尚可计入上部结构重力荷载对液化危害的影响 ，根据液化震陷量的估计适当调整抗液化措施。

表1 抗液化措施

4. 工程实例

4.1工程概况

本文以海口某污水处理厂污泥综合处置技术升级改造工程为例，拟建场地位于海口市海甸岛北缘，北临琼州海峡，地貌属海成一级阶地，原始地貌形态为海岸滩涂，并经人工填造，现场地较平整，孔口标高为9.54～10.17m，高差为0.63m。场地抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g，抗震设防类别为标准设防类（丙类），设计地震分组为第一组，建筑场地类别属Ⅲ类，场地属于对建筑抗震不利地段。

4.2 地质概况

根据工程地质勘探结果分析，拟建场地主要地层为人工填土和第四系全新统海相沉积土，下伏下更新统海相沉积土及第三系上新统海相沉积土。根据岩性特征和沉积新老关系自上而下各土层的岩性特征分述如下：

第①层素填土：灰黄色，主要由粘性土和砂粒组成，稍湿-饱和，松散，欠压实，层厚2.60～5.00m。

第②层淤泥：灰色，软塑～流塑，夹有粉细砂薄层，含贝壳碎屑，局部含中粗砂粒，有机质含量为1.4～2.10%，层厚0.50～2.80m。

第③层砾砂：浅黄色，砂粒矿物成分为石英，饱和，稍密-中密，粘粒含量约占10%左右，层厚1.70～4.90m。

第④层粉砂，：分布全场地，灰色、灰褐色，主要矿物成分为石英，含有淤泥质土及少量贝壳碎屑，饱和，松散状，层厚0.70～4.20m。

第⑤层淤泥质粘土：分布全场地，灰～深灰色、灰绿色，软塑，局部流塑，局部夹粉砂薄层，局部含有少量的中粗砂粒，干强度中等，中等韧性，无摇振反应，层厚2.10～5.70m。

第⑥层粉质粘土：灰色，可塑状为主，局部硬塑，具水平微层理，含有少量粉细砂及少量的贝壳碎屑，干强度中等，中等韧性，无摇振反应，层厚2.40～4.70m。

第⑦层中砂：浅灰色，主要矿物成分为石英，中、粗砂粒为主，砾粒、粉粒次之，饱和，中密～密实，粘粒含量约15%左右，局部夹有粘性土薄层，层厚9.00～12.00m。

第⑧层粉质粘土：灰～深灰色，硬塑状为主，局部可塑，局部坚硬呈半成岩状，层间近水平微层理发育，含较多的粉细砂，富集时呈薄层状产出，干强度中等，中等韧性，无摇振反应。受钻探深度限制，本次勘察未钻穿，揭露厚度4.10～5.80m。

4.3砂土液化判别

根据本场地饱和砂土为③层砾砂、④层粉砂及⑦层中砂，其中⑦层中砂为第四纪晚更新世以前的沉积土，依照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第4.3.3条规定，可不进行液化判别；③层砾砂、④层粉砂为第四纪晚更新世以后的沉积土，依照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第4.3.3～4.3.5条规定，初判为液化土层，采用标准贯入试验判别法进一步进行液化判别，液化指数IlE=2.0～17.7，饱和砂土液化判别计算成果如表2所示。，综合判定地基液化等级为中等液化等级。

此外，本场地存在②层淤泥及⑤层淤泥质粘土，为软弱土，易震陷。

表2 饱和砂土液化判别计算成果表

4.4 地基与基础方案

4.4.1 地基处理方案

根据拟建建筑及构筑物的工程特点及场地工程地质条件，由于场地内存在③层、④层液化砂土及②层、⑤层震陷软土等不良地质作用，且①层素填土较厚，按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第4.3.6条，采用加密法（振冲、振动加密、挤密碎石桩），全部消除液化沉陷，以处理合格的地基作基础持力层，地基处理深度及基础埋深以符合设计要求为准。地基处理的设计、施工和质量检验应严格按《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)执行。

4.4.2桩基础方案

拟建建筑及构筑物也可采用桩基础方案，桩型为混凝土预制桩或钻孔灌注桩。建议以第⑥层粉质粘土或⑦层中砂作为桩端持力层，预制桩的桩径建议为400～500mm，钻孔灌注桩的桩径建议为600-800mm，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第3.4.6.1条规定，桩端进入持力层（稳定层位）中的长度砂土不宜小于1.5d(d为桩径)，粘性土不宜小于2d(d为桩径)。桩基础施工前应进行试桩，并通过静载荷和动测试验确定单桩承载力和检测桩身质量。桩的设计、施工和质量检查及验收应严格按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)进行。

4.4.3 方案优选

拟建场地宽阔，交通较方便，根据场地地基岩土条件和周围环境条件，钻孔灌注桩、预制桩成桩是可行的。上部砂土易坍塌，采用钻孔灌注桩时，应选用优质泥浆护壁钻孔，灌注桩易出现缩径、夹泥等现象，且泥浆外运易污染环境；预制桩具有快捷、质量可靠等优点，但抗震性能较差。

本工程中建筑物及构筑物主要为多层结构，从安全、适用、经济的角度，建议优先选用地基处理方案。

5结论

通过工程实例对滨海地区存在饱和砂土地区的，砂土液化进行了判定，并结合实际情况，提出了适宜的地基处理方法和基础形式选择。实践表明，在存在液化砂土地区，采用加密法进行液化消除具有良好效果，采用深基础时，对抵抗场地液化有一定作用，但需要结合场地适用性进行选择。

参考文献

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