地基液化评价及处理措施.doc

宿迁某建筑地基液化评价与处理措施研究凌红杰（南京南大岩土工程技术有限公司 江苏 南京 210024）摘要：宿迁某住宅小区浅部地层普遍分布厚度较大的严重液化粉土，通过碎石桩或混凝土预制方桩的挤密效应，同时结合建筑工程桩的设计，可较好的解决粉土的地基液化问题，以满足工程建设的要求。关键词：粉土 液化 混凝土预制桩 沉管砂石桩 共振加密法 优化加固措施Abstract: the thick liquefaction silt of shallow ground is ubiquity in a residential district of Suqian. The problem of foundation liquefaction can be better solved through the compacting effect of the gravel piles or precast concrete square piles, combined with the design of the engineering piles in order to meet the requirement of construction.Keyword: silt; liquefaction; precast concrete pile; pipe-sinking plaster pile; resonance encryption method; optimize the reinforcement measures1 工程概况宿迁某建筑位于宿迁市洪泽湖路与青年路西南角，为一住宅小区，1栋17层、10栋18层住宅楼及4栋一层商业用房组成，高层住宅间设一层整体地下车库，基础埋深约6.0m；高层建筑为剪力墙结构，基底平均压力约600kPa，拟采用桩筏基础；一层商业用房为框架结构，柱网间距68m左右，基础埋深2m左右，基底平均压力约100kPa，拟采用独立承台桩；地下车库为框架结构。场地广泛发育全新统粉土、粘性土和上更新统粘性土、砂土，本文对建设场地地基液化进行评价，并提出相应的应对措施。2 场地地质条件该场地位于黄河故道西侧，紧邻新扩建的青年路。场地地势西面较平缓，略呈西高东低之势，东面向青年路倾斜，场地地貌单元为黄泛冲积平原，场地环境类型为II类1。2.1 工程地质条件场地主要地层分布为：层素填土：杂色，松散，以粉土为主，局部表层含碎砖、碎石、混凝土块等建筑垃圾，新近回填。-1层粉土：灰黄色，湿，中密，局部稍密，摇振反应中等，干强度低，韧性低，切面无光泽，层底含少量粉砂，中低压缩性。-2层粘土：灰色，软塑，部分可塑或流塑，局部为粉质粘土，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，切面稍有光泽，高压缩性，土质不均。-3层粘土：灰褐色，可塑，局部硬塑，夹粉质粘土，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，切面稍有光泽，中等压缩性。-1层粘土：灰黄黄褐色，硬塑，局部为粉质粘土，下部混少量中粗砂，无摇振反应，干强度高，韧性高，切面有光泽，含较多铁锰质结核和姜结石，含量约1020%，粒径一般为23cm，最大56cm，中等压缩性，土质不均。-2层中粗砂：灰黄色、灰白色，饱和，密实，局部中密，局部夹薄层粉质粘土及砾砂，矿物成分以长石、石英为主，含少量卵砾石，层顶混较多粘性土，中偏低压缩性，密实度不均。-3层粘土：灰白色、灰黄色，硬塑，局部坚硬，夹粉质粘土，无摇振反应，干强度高，韧性高，切面有光泽，含少量铁锰质结核，底部混较多砂粒，中偏低压缩性，该层全场分布。-4层中粗砂：灰白色、饱和，密实，层顶混较多粘土，矿物成分以长石、石英为主，局部夹薄层粉土、粉砂，中偏低压缩性。2.2 水文地质条件场地地下水类型主要为浅部孔隙潜水及深部弱承压水。浅部孔隙潜水主要赋存于层填土、-1层，地下水位埋深在3m左右。承压水赋存于下部-2、-4砂层中，含水丰富，渗透性强，承压水稳定水头标高在20.321.3m左右。3 地基砂土液化判别3.1 初步判别根据2，宿迁地区地处郯庐断裂带内，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g，设计地震分组为第一组。-1粉土经液化判别基本为严重液化土层，液化指数IlE远远超过严重液化的界限值18。3.2 标准贯入击数判别法标准贯入试验判别方法在不同的行业有不同的规范要求，其判别公式和判别标准也有一定差异3。当初步判别认为需要进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下20m范围内土的液化2。当饱和土标准贯入锤击数小或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，判别为液化土。在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：式中：Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值；N0为液化判别标准贯入锤击数基准值；ds为饱和土标准贯入点深度，dw地下水位，c为黏粒含量百分率，为调整系数。按下式计算各钻孔的液化指数，综合划分地基的液化等级：式中：IlE为液化指数；n为某一深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数；Ni，Ncri分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值；di为i点所代表的土层厚度；Wi为i土层单位土层厚度的层位影响权函数值。将测试结果带入上面两式，得场地粉土液化判别成果表（表1）和粉土液化指数计算成果表（表2）。表1 粉土液化判别成果表孔号标贯起始深度(米)粘粒含量(%)水位(米)标贯实测击数(击)临界标贯击数(击)判别结果J13.156.802.64.008.39液化4.655.506.0011.51液化6.151.507.0017.97液化7.659.9010.0011.00液化9.157.805.0013.47液化10.659.9012.0012.80液化12.158.4014.0014.72液化13.6511.4014.0013.27不液化15.152.8014.0027.93液化16.657.5015.0017.72液化J183.152.501.95.0013.53液化4.651.807.0016.47液化6.151.007.0018.87液化7.652.009.0020.88液化9.152.3012.0022.62液化10.652.5013.0024.15液化表2 粉土液化指数计算成果表孔号层号标贯起始深度(米)粘粒含量(%)标贯实测击数(击)临界标贯击数(击)判别结果di(米)Wi(米-1)IlEiIlEJ12-13.156.84.008.39液化1.7510.009.169.164.655.56.0011.51液化1.5010.007.1816.346.151.57.0017.97液化1.509.138.3624.707.659.910.0011.00液化1.508.131.1125.819.157.85.0013.47液化1.507.136.7332.5310.659.912.0012.80液化1.506.130.5833.1112.158.414.0014.72液化1.505.130.3733.4813.6511.414.0013.27不液化33.4815.152.814.0027.93液化1.503.132.3435.8316.657.515.0017.72液化1.502.130.4936.32J182-13.152.55.0013.52液化2.0510.0012.9212.924.651.87.0015.47液化1.5010.008.6321.556.151.07.0017.42液化1.509.138.6130.167.652.09.0019.37液化1.508.136.9437.109.152.312.0021.32液化1.507.135.0242.1210.652.513.0023.27液化2.055.955.6347.763.3 综合评价场地20m以内分布有饱和的-1层粉土，根据标准贯入试验成果，进行液化判别计算，判别结果为严重液化土层，局部为中等液化场地，液化指数IlE=12.6845.91。根据抗震规范要求，存在液化土层的地基，需采取相应的措施，以全部消除液化，或部分消除，液化指数控制在5以内，同时对基础和上部结构进行处理。4 地基液化土层处理措施处理液化沉陷的措施主要有：1、 用非液化土层替换全部液化土层；采用振冲、强夯、挤密碎石桩、机械振动等加密法；2、 采用桩基础，桩端深入液化土层以下稳定土层一定深度。本场地液化土层厚度较大，采用换土替换法不适用；强夯的有效加固深度一般不超过10m，且地下水位下粉土为饱和状态，强夯法也不太适用；拟建场地较大，振冲、挤密碎石桩需要大量碎石填料，而宿迁周边无山丘，严重缺乏碎石材料。因此采用桩基础形式较为适宜。由于下部硬塑粘土中局部含较多姜结石，混凝土预制桩进入该层较大深度有一定难度，预制桩的的单桩承载力难以满足设计要求，因此高层住宅楼原计划采用钻孔灌注桩。1层商业用房及地下车库拟采用天然地基浅基础形式，地下车库同时要考虑抗浮问题，需设置部分抗拔桩。高层住宅楼位置如不处理粉土液化问题，厚层粉土的桩周摩阻力折减系数只能取0，还得考虑液化土层的负摩阻力问题。为满足桩的承载力要求，只能增加桩长或桩数，这将大大增加工程造价，造成极大的浪费。因此，基础方案需结合粉土液化沉陷的处理措施综合考虑。通过液化计算发现，场地10m以上的粉土液化程度较大，而10m以下粉土的密实度有所提高，如果重点处理10m以上的粉土，使其完全消除液化，那么10m以上粉土的桩侧摩阻力不需进行折减，将完全发挥作用；而10m以下的粉土仅为轻微液化，粉土的桩侧摩阻力折减系数可取1/32/3，这将充分发挥粉土的侧摩阻力，使桩的承载力有较大提高。因此，比较经济、合理的基础方案就是采用满堂预制桩，通过预制桩的挤密效应来消除粉土的液化桩长可以控制在10m左右，以完全消除10m以上的粉土液化问题。同时布置少量长桩，穿过粉土层进入到非液化土层，以进一步降低10m以下粉土的液化指数。地下车库位置则可以结合抗拔桩设计，一举两得。高层住宅楼位置荷载相对较大，增加部分长桩，以满足承载力设计要求，并能通过预制桩的挤密效应进一步提高10m以下粉土的侧摩阻力，甚至完全消除10m下粉土的液化问题。为了验证地基处理方案的效果，在场地内采用预制方桩挤密法、沉管砂石桩挤密法及振动棒共振挤密法三种方法进行了小面积对比试验。预制方桩三角形布桩，桩间距1.4m，桩径400400mm。沉管砂石桩三角形布桩，桩间距1.7m，桩径400mm，桩端均穿过液化粉土层进入下部非液化土层1m左右，桩长约15m。标贯检测点均位于三角形布桩的中心。而共振加密法通过启动振动锤，使振动杆向下振动，直至设计深度（下沉时间控制在12min左右）。检测点在试验区均匀布置，间距8m左右。标贯检测结果如下：处理加固方法标贯实测击数平均值N （击）检测结果处理加固前9.0严重液化预制桩挤密法21.810m以上完全消除液化10m以下局部轻微液化（液化指数0.220.49）碎石桩挤密法21.510m以上完全消除液化10m以下局部轻微液化（液化指数0.25）振动挤密法14.9轻微液化（液化指数1.065.54），10m以上未完全消除液化根据标贯试验的检测结果，预制桩及碎石桩挤密法10m以上完全消除了粉土液化，而10m以下粉土的液化指数也大大降低，仅局部轻微液化。因此，桩基设计参数的取值上，10m以上粉土的桩侧摩阻力无需再进行折减，充分发挥了粉土的侧摩阻力，10m以下粉土的桩侧摩阻力折减系数可取1/3。而振动挤密法并不能完全消除10m以上粉土的液化，只能降低粉土的液化指数，与桩基挤密法的加固处理效果有一定差距。粉土的桩侧摩阻力全部都需按1/3折减。5 主要结论（1）场地20m以内分布有饱和的-1层粉土，经综合判别结果为严重液化土层，局部为中等液化场地，液化指数IlE=12.6845.91。（2）采用满堂预制桩进行液化粉土层处理经济、合理，并可完全消除10m以上粉土液化问题，并大大降低10m以下粉土的液化指数。地下车库结合抗拔桩设计，高层住宅楼位置增加部分长桩处理，小面积的试验结果也肯定了该方法的加固处理效果。（3）由于本场地的厚层粉土在宿迁地区普遍分布，而且目前新建的高层住宅小区比例也较高，因此本工程用桩基的挤密效应来进行地基液化处理的方案具有一定代表性，对宿迁地区的类似工程具有一定的借鉴作用。参考文献1 中华人民共和国国家标准. GB 50021-2001 岩土工程勘察规范（2009年版）S. 北京: 中国建筑工业出版社. 20