关于地基液化的震害分析的探讨

提要:本文主要阐述了液化机理及液化土层中桩基的液化震害，总结了国内常用的抗液化措施，为类似的施工及设计提供一定的参考。

关键词:液化；震害；抗液化措施

中图分类号：TU47文献标识码： A

1液化机理及影响因素

液化是指物体由固体转化成液体的一种现象。砂土与粉土在地震作用下有变密的趋势，土如果是饱和的，则先得排水才能变密；若排水受阻，土中孔隙水压就会上升，当孔压上升到等于土粒间的有效压力时，土粒处于没有粒间压力传递的失重状态，粒间连系破坏，成为可以随水流动的悬浊液，这就是液化在物理方面的表现。

影响液化的主要因素有以下几个方面：

(1) 震动的大小。据统计，烈度在6度及其以下，很少发现液化现象。

（2）土有无粘性。粘粒（直径小于0.005mm的颗粒）含量越高，粘性越大，则土越不易液化，因为粘性帮助土粒维持稳定，因此实践中遇到的液化土多为砂土、粉土等无粘性或粘性很弱的土类，几乎见不到粘性土液化的报导。

（3）土的渗透性。渗透性大的土，排水速度快，孔压不易上升，因而不易液化，故砾砂、碎石不易液化。

（4）土的密度。如土的密度较好，没有在该强度的震动下变密的趋势，孔压不上升则不会液化。因此一般是较松散的砂土、粉土才会发生液化，十分密实的砂土、粉土并不液化，甚至有震松、体积胀大、向内吸水的现象，孔隙水压反而变成负值。

（5）应力状态。土所受的压力越大，则土粒间的有效应力越大，孔隙水压上升至克服土粒间有效压力的难度就越大，因而较不易液化。故基础的附加应力是有助于抗液化的，使基础直下方的土抗液化能力高于基础外同标高的土。

2桩基的液化震害

地基土的液化危害主要表现在以下几个方面。

（1）喷水冒砂。液化后孔隙水压的提高相当于水头增高了许多，当水头高出地面时就会喷涌而出，先水后砂或水砂一起涌出，形如喷泉。喷水冒砂使农田淤砂，或阻塞水井、水渠，但对建筑工程的危害不如其他液化形式大。

（2）上浮。液化后的土像液体一样，处于土中的轻的物体会上浮，并造成底板、地板上鼓、裂缝，井壁、地下室外墙开裂、破坏。

（3）下沉与地基失效。液化与孔压上升引起的沉降、不均匀沉降和地基失效是建筑物最常遇到的液化震害形式，基础外侧的喷水冒砂造成的水土流失，往往更使这种震害很难收拾，震后难于修复。

（4）侧向扩展与流滑。当液化土层存在倾斜坡度时，若倾斜度小于5°时，其连同上覆的非液化土层的一起滑动的现象，称为“液化侧向扩展”；当含液化土的土坡坡度较大时（如土坝等），液化时会产生大规模的滑坡，这种现象叫“流滑”，会给下流带来灾难。

震害表明，液化土虽使地基抗震能力降低，产生侧向扩展、基础下沉等震害，但又有降低地表地震加速度的效果，从而减少上部结构在地震中所受的惯性力，这一现象称为液化减震。液化减震主要是土的塑性变形耗能的结果。土在液化前后的抗剪强度极低，其剪切模量约为未液化时的0.01～0.001倍，剪应变值达到1～10%，应力－应变的滞回圈面积很大，此时土的塑性变形能耗去输入液化层能量的大部分，因而能够通过液化层向地面传播的弹性波能量就很少了，从而显出减震效果。

未液化时，土中孔隙水压上升不大，液化土与非液化土对地震波的反应差别不大，一般对地震波有放大的增震作用。而在孔隙水压上升较大和液化时，土变软，塑性变形增大，对地震波就具有减震作用。

在有液化但无侧扩土中，桩的典型震害主要表现为：（1）液化震陷。建筑物周围常有喷砂冒水，建筑物本身无水平位移，液化土下沉导致承台与土脱空，若建筑物荷载在平面上分布不均匀，或液化土层性质或厚度不均匀则震后可能产生相当大的不均匀沉降。当荷载分布均匀而液化土层厚度或性质也比较均匀时则建筑物一般不会有大的不均匀沉降。（2）桩身在液化层界面附近处产生裂缝。主要是因为地震时土层的相对剪切位移很大，使桩身在液化层范围内或其界面上下受到过大的剪、弯作用所致。（3）桩基失效。因桩长不足未伸入下卧非液化层足够深度或甚至悬在液化层中，桩基因竖向承载力不足而失效，桩基及其以上建筑产生下沉与倾斜。

在有液化侧扩时，桩基震害远比无侧扩时严重。桩及上部结构震害的主要表现为：（1）桩身在液化层底和液化层中部剪坏或弯折，因为承受不住流动土体的压力造成的巨大弯距与剪力；（2）桩头部分连结破坏或形成铰；（3）上部结构因桩身折断而产生不均匀沉降；（4）对高层建筑因重心移位而产生较大的附加偏心弯距，使内陆一侧的桩产生拉力，从而只出现一个塑性铰；（5）建筑物一般都有平面上的移位。

3抗液化措施

目前国内常见的抗液化措施主要有以下几个方面：

（1）加密法。通过对土层加固，使土的密度达到不液化的要求。主要有振冲法、挤密砂石桩、强夯及振夯。该方法应用广，但因城市环保要求日高，今后可能在应用上受限制。

（2）置换法。换法处理地基主要有换土法和强夯置换。换土法适用于浅层处理，有效深度在3m以内，对环境无污染；强夯置换法有效深度可达15米，已用于高速公路，厂房、机场、油罐等液化地基处理，同时有加密效果。

（3）土性改良法。土性改良法处理地基主要有灌浆加固和深层搅拌。灌浆加固的有效深度由钻孔深度定，已用于已有建筑；深层搅拌的有效深度一般在20米以内，应用于城市可代替振冲与挤密桩。

（4）抑制孔压增长法。抑制孔压增长法处理地基主要有排水桩法和压盖法，对环境无污染，已用于既有建筑液化地基加固。排水桩法有效深度一般在15m以内，压盖法有效深度一般在5~6米以内。

（5）抑制喷冒法。抑制喷冒法处理地基主要为覆盖法，有效深度5~6米以内，对环境无污染，已用于既有建筑液化地基加固。

（6）抑制剪应变。抑制剪应变法处理地基主要为地下墙或板桩法。因土在液化时需要的剪应变平均为2%，但完全不容许土产生剪应变时，则土不会液化。

4结语

本文对液化产生的原因、影响因素、震害影响及国内常用的抗液化措施等进行了总结和分析，希望对类似设计和施工起到一定参考作用。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家标准．建筑抗震设计规范(GB50011―2010)．北京：中国建筑工业出版社，2010．

[2] 中华人民共和国国家标准．建筑地基基础设计规范(GB50007―2002)．北京：中国建筑工业出版社，2002．

[3] 中华人民共和国行业标准．建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)．北京：中国建筑工业出版社，2002．