何小溪

摘 要：砂土在地震荷載作用下易發(fā)生液化，液化地基對(duì)建筑物的破壞不容忽視。本文主要論述了砂土液化的機(jī)理、影響因素、研究現(xiàn)狀和處理方法等。

關(guān)鍵詞：砂土；液化；地震；復(fù)合地基

中圖分類號(hào)：P5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）6-0048-02

1 引言

中國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家。在過(guò)去的多次強(qiáng)震中，砂土液化引起的各種災(zāi)害已成為一種不可忽視的震害現(xiàn)象。近年來(lái)，隨著地震活動(dòng)的發(fā)生，特別是發(fā)生在1964年日本新瀉的7.6級(jí)地震，因?yàn)楹影陡浇夯巴撩娣e大，大量的建筑物被損壞，倒塌毀壞房屋2130棟， 6200棟建筑受損，31200棟受到輕度損傷。在我國(guó)邢臺(tái)1966年發(fā)生的6～7級(jí)地震，也在滌陽(yáng)河附近很大面積地發(fā)生了砂土液化，并引起噴砂導(dǎo)致大量的堤壩崩潰，河道建筑物被破壞。1975年海城發(fā)生7.3級(jí)地震和唐山的7.8級(jí)地震均造成大量的液化砂。其中唐山地區(qū)發(fā)生兩次特大地震，震后幾分鐘地面開始發(fā)生大面積的砂土液化、噴水冒沙數(shù)小時(shí)，導(dǎo)致地表開裂下沉，最終使建筑物陷入裂縫當(dāng)中。其他國(guó)家，如：美國(guó)阿拉斯加地震時(shí)大量飽和砂土液化引起各類建筑物遭到嚴(yán)重破壞，也極大地推動(dòng)了人們對(duì)砂土液化特性的探索和研究。

2 砂上的液化機(jī)理分析

由于地震的荷載作用會(huì)使飽和砂土發(fā)生液化，其根本原因在于：一是基礎(chǔ)的壓實(shí)度不足，孔隙水壓力在動(dòng)態(tài)荷載作用下上升，大大降低了土體的有效應(yīng)力，使顆粒一直處于懸浮狀態(tài)，導(dǎo)致地基承載力不足，變形增大；二在地震荷載作用下孔隙水壓力的消散時(shí)間會(huì)變得更長(zhǎng)，從而造成噴砂或由使砂土從固體狀態(tài)變?yōu)橐后w流動(dòng)狀態(tài)，液化過(guò)程如圖1所示。

在地震作用下，飽和砂土內(nèi)顆粒收到的慣性力作用不同，因此在新的應(yīng)力對(duì)土粒間的接觸點(diǎn)產(chǎn)生新的應(yīng)力，當(dāng)這種壓力超過(guò)一定值時(shí)，就會(huì)破壞土壤顆粒之間的原始連接，土壤結(jié)構(gòu)可能會(huì)突然崩潰，土粒之間脫離接觸。同時(shí)，由于荷載的突然作用，孔隙水排出不及時(shí)（相當(dāng)于不排水狀態(tài)），引起孔隙壓力上升，造成一定的損失，土體強(qiáng)度降低甚至出現(xiàn)疏松砂（泥）狀態(tài)。飽和砂土土體振動(dòng)液化后，孔隙水壓力逐漸降低，土量沉降形成堆積。

3 影響砂土液化的原因及判別

3.1 砂土液化的判別

（1）當(dāng)抗震設(shè)防烈度為7～9級(jí)時(shí)，若在場(chǎng)地發(fā)現(xiàn)有飽和砂土以及粉土?xí)r，就應(yīng)該及時(shí)地對(duì)土層液化進(jìn)行判斷。

（2）對(duì)地震液化的確定在地面15m深度以下進(jìn)行。對(duì)于樁基，根據(jù)工程的具體情況，可進(jìn)一步加深判斷程度。

（3）確定每個(gè)建筑物液化的勘探點(diǎn)不得少于2個(gè)，勘探深度應(yīng)大于液化判別深度。

（4）在沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)飽和土的測(cè)定，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ50011-2001），根據(jù)以下公式計(jì)算：

N63.5

（5）存在液化土層的地基，按表1的液化指數(shù)對(duì)液化程度進(jìn)行分類。

3.2 砂土液化的影響因素

在一定的地震荷載作用下，飽和砂土的液化程度主要取決于砂土的物理性質(zhì)和環(huán)境條件。經(jīng)過(guò)大量的研究和震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，砂的粒徑、密度、不均勻系數(shù)和粘土組分含量等，如土層的厚度、地下水位等都會(huì)對(duì)砂土液化產(chǎn)生影響。荷載的形式和振幅也會(huì)影響砂土的液化。

（1）砂土粒徑越小，越容易發(fā)生液化；礫石和粗砂很難液化。一般來(lái)說(shuō)，粒徑平均范圍為0.07～0.08mm。一些飽和亞粘土也可發(fā)生液化。

（2）影響砂土液化的重要因素是密度。一般來(lái)說(shuō)，密度越高，液化的可能性越小。通常以相對(duì)密度代替密度來(lái)研究孔隙度對(duì)液化的影響。在相對(duì)密度為50%時(shí)，相對(duì)密度與液化應(yīng)力應(yīng)呈線性關(guān)系，N63.5常被用來(lái)區(qū)分砂土抗液化能力。N63.5越大，砂性土的抗液化能力越強(qiáng)。

（3）砂土越均勻，其抗液化越差；較高的粘粒含量就會(huì)越高，也就不易被液化。

（4）影響砂土液化的另一個(gè)因素是飽和度。飽和度稍微一改變，液化應(yīng)力比就會(huì)有很大的變化。不同飽和度對(duì)液化的影響不同，飽和程度越大，液化程度越大。滲透性越差的砂土越容易發(fā)生液化。

（5）砂土層埋置的淺薄、厚度、都會(huì)對(duì)地震產(chǎn)生較大的影響，會(huì)更加容易產(chǎn)生液化。

（6）動(dòng)荷載和較大的地震振幅使液化現(xiàn)象更加明顯，II類場(chǎng)將減少為I級(jí)場(chǎng)地。

4 砂上液化處理

通常需要避免未加固定的可液化土層作為天然地基的支持層面。根據(jù)地基的液化等級(jí)、施工類別和具體情況，可以選擇適當(dāng)?shù)目挂夯胧?/p>

（1）消除地基液化的措施有：采用樁基、深基坑、深加工到液化的下邊界，或挖掘所有的可液化土層。

（2）部分消除地基液化的一些措施分為：去除部分可液化土層，、固封、蓋重或人工加密。加密的目的是提高砂石的密度。改善砂土的顆粒結(jié)構(gòu)，提高土壤密實(shí)度和顆粒骨架的穩(wěn)定性，防止流動(dòng)滑移損傷的發(fā)生。常用的方法有：振動(dòng)加密、振沖、密實(shí)砂樁、振動(dòng)壓實(shí)等。

（3）控制砂土中的水分及其滲透性，其目的是減少超靜孔隙水壓力，控制過(guò)量靜孔隙水壓力的增加，同時(shí)從液化源和逸出部位同時(shí)進(jìn)行防治。常用的方法有防滲、排水、防濾、反濾等。

（4）改變砂土的結(jié)構(gòu)，方法是樁基礎(chǔ)、化學(xué)灌漿、砂土改良等。

（5）提高砂土的初始圍壓和約束條件。這種方法通常是增加周圍的側(cè)向約束，例如反壓力保護(hù)。根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)，成功地用爆破振動(dòng)密法、強(qiáng)夯法、振沖碎石樁法處理可液化砂。通過(guò)對(duì)粉土的爆破壓實(shí)，改善了液化砂土原有的疏松結(jié)構(gòu)，提高了土體的密實(shí)度，提高了砂土的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度，抗液化能力和抗滑移能力業(yè)逐漸提高。通過(guò)強(qiáng)夯沖擊和振動(dòng)的影響，土壤將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，土壤緊實(shí)度增加，使孔隙水壓力增加量降低，液化和變形的阻力也會(huì)增加；采用振沖碎石樁處理可液化砂土，不僅使砂粒壓實(shí)并會(huì)改善土壤的結(jié)構(gòu)，增加粗顆粒的含量，提高土壤的抗液化能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)經(jīng)沉管振動(dòng)碎石樁持力后的地基土液化進(jìn)行了評(píng)價(jià)及檢測(cè)。試驗(yàn)方法采用低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)、單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)等。根據(jù)樁間土標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果，該建筑的地基承載力為260 KP。結(jié)果表明，土壤液化已被消除。顯然，CFG樁和碎石樁在施工過(guò)程中的振動(dòng)和擠土效應(yīng)對(duì)樁土有一定的壓實(shí)作用，提高了樁的承載力和剛度。提高了土體的抗剪強(qiáng)度，提高了土體的抗滑能力，消除了地基土的液化。砂土液化對(duì)人們的生活有很大的影響和危害，我們必須制定一些措施來(lái)降低或減少砂土液化情況的發(fā)生，只有這樣才會(huì)使國(guó)民發(fā)展得更快更好。

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