地基土液化的处理措施

地基土液化的处理措施
摘要]液化使地基土丧失承载力、建筑物产生大量不均匀沉降，造成建筑物开裂、倾斜或破坏，国家财产和人民生命遭受损失。

通过分析液化的形成条件及本质特性，提出在设计中消除地基液化沉陷的措施。

[关键词]液化；强夯；碎石桩
一、地基土的液化由饱和松散的砂土或粉土颗粒组成的土层，在强烈地震作
用下，土颗粒局部或全部处于悬浮状态，土体的抗剪强度等于零，形成“液体”的
现象，称为地基土的液化。

液化机理为：地震时，饱和的砂土或粉土颗粒在强烈
振动下发生相对位移，使颗粒结构密实，颗粒间孔隙水来不及排泄而受到挤压，
造成孔隙水压力急剧增加。

当孔隙水压力增加到与剪切面上的法向压应力接近或
相等时，砂土或粉土受到的有效压应力趋于零，从而土颗粒上浮形成“液化”现象。

液化可引起地面喷水冒砂、地基不均匀沉降、地裂或土体滑移，造成建筑物
开裂、倾斜或倒塌。

如1964 年美国阿拉斯加地震和日本新泻地震，大范围砂土
地基液化造成大量建筑物严重倾斜或倒塌破坏。

目前地基土液化的判别方法可分为初步判别法和采取一定检测手段的复判。

初步判别判可根据土层的天然结构、颗粒组成、密实程度、地震前和地震后的受
力状态、排水条件以及抗震设防烈度并结合现场地质勘查等进行综合分析。

具体
做法有临界孔隙比法、液化空隙比法、临界加速度法、剪切波速法等。

复判主要
是根据标准贯入锤击数、无粘性土的相对紧密度和少粘性土的相对含水量及液性
指数判别。

二、地基土液化的影响因素影响地基土液化的主要因素有：1.土质条件，包
括应力历史、结构、均匀程度、密度、土的类别；2.排水条件，包括地下水条件、渗透性、渗径等；3.静力条件，包括剪应力比、地貌特征等；4.动力条件，包括
地震加速度、震级、波形、方向和频率。

综上所述土体液化与土体的物理性质、
地震前的初始应力状况和地震动的特性关系密切。

三、地基土液化处理原理地基液化的外因是地震，内因一是土体密实度低
（多数是由颗粒细且级配不好造成），二是颗粒间粘性小，三是地基土处于饱和
状态且不具备排水条件。

针对以上原因，可以采取以下方法来处理地基土的液化：1.预震法：给地基土强烈的振动，使地基土密实的同时获得强烈的预震效应，有
利于增强地基土的抗液化能力。

2.挤密法：在成桩过程中桩管对周围土体产生大的横向挤压力，桩管范围内
土体挤向桩管周围的土层，使桩管周围的土层孔隙比减小、密实度增大。

3.排水降压法：在桩管内填充反滤性好的粗颗粒材料（碎石、砾石等），形
成渗透性能良好的人工竖向排水降压通道，有效防止和消散超孔隙水压力的增长，加快地基的排水固结。

四、抗液化处理措施对液化土层应尽可能的采用挖除置换法，该法可彻底改
善地基土的特性，完全消除液化，但只适用于分布于地表厚度小于3m且规模较
小的液化土地基处理，当挖除置换比较困难时可考虑人工加密措施，使之达到与
设计地震烈度相适应的密实状态，然后采取加强排水等附加防护措施。

对浅土层
可以进行表面振动加密，对深土层可以采用强夯法、振动水冲法、振动沉管挤密
法等。

1. 强夯法亦称动力固结法，是常见的一种地基处理方法，它通常以10~40t的重锤以10~40m 的落距对地基土进行夯击。

这种冲击能转化成各种波形，使土体
强制压缩、振密、排水固结和预压变形，使土体处于更加稳固的状态，达到地基
加固的目的。

实践证明，在夯击过程中，土体的瞬时沉降可达几十厘米，土中产
生液化又使原有土体结构破坏，土体强度下降到最小值，最后在夯击点周围出现
径向裂隙，成为加速孔隙水压力消散的主要通道，因粘性土具有触变的特性，使
降低的强度得到回复和增强。

1）有效固结深度强夯法的有效固结深度随着单击夯击能及土体类型的不同
而不同，应根据现场试夯或当地经验确定。

有效固结深度的经验计算公式为：H=
k根号 Wh /10 （1）式中：H 为强夯加固深度/m；k 为强夯加固影响系数，一般土取0.45~0.6，湿陷性黄土取0.35~0.5；W 为锤重/kN；h 为落距/m。

影响强夯有效固结深度的因素很多，除锤重和落距外，土的性质、土层厚度
和条件等也对固结深度有着重要影响，因此强夯加固深度应根据现场试夯或当地
经验确定，在缺少试验资料或经验时应查询相关规范预估。

2）锤重与落距锤重与落距是影响强夯效果的重要因素，一般来说，选择锤
重和落距越大，单击夯击能量就越大，夯击击数就少，夯击遍数也少，加固效果
和技术经济较好。

但是对于饱和粘性土不能一次施加的能量过大，使土体产生侧
向挤出，影响强夯效果。

在设计时根据有效加固深度初步确定夯击能，初选锤重
和落距，经试夯后最终确定合适的锤重、锤底面积和落距。

3）夯击击数和遍数夯击击数是强夯设计中的一个重要参数。

对于不同的地
基土，夯击击数应不同。

夯击击数应由现场试验确定，常以夯坑的压缩量最大、
夯坑周围隆起量最小为确定原则。

一般来说，由粗颗粒土组成的渗透性强的地基
夯击遍数可以少些，反之，由细颗粒土组成的渗透性弱的地基夯击遍数应多些。

工程经验表明，点夯2遍~3遍，最后低拍满夯1遍~2遍，可取得较好的夯击效果。

4）间歇时间各遍夯击的间歇时间决定于加固土层的超孔隙水压力的消散时间。

对于渗透性强的砂土，孔隙水压力消散时间很短，几乎可在夯击后的瞬间完成，故可连续夯击。

而对于渗透性弱的粘性土，孔隙水压力消散较慢，必须间隔
一定时间让孔隙水压力部分或全部消散后，再进行下一遍夯击，间歇时间一般为
3周~4周。

工程实践中，对于不同的地基条件应通过试夯后，确定合理、经济的
强夯方案。

5）处理范围强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽
度宜为基地下设计处理深度的1/2~1/3，并不宜小于3m。

2.挤密碎石桩法挤密碎石是依靠振冲器的强力振动，使液化土颗粒重新排列，振动密实，另一方面依靠振冲器的水平振动力，在加碎石填料的情况下，通过碎
石使土层挤压密实。

碎石桩与桩间土体形成复合桩提高地基承载力。

碎石桩也提
供了竖向排水通道，利于土层的排水固结，密实的碎石桩取代同体积的松散的粉砂，起到局部置换的作用，形成复合地基，改善了原有地基土的力学性质，增大
了地基土抗震性能。

碎石桩处理可液化土层的主要设计参数有桩距、桩径、处理深度、承载力计
算等，一般情况下可按下面进行计算：1）桩距碎石桩的间距应通过现场试验确定。

对粉土和砂土地基，不宜大于砂石桩直径的4.5倍；对粘性土地基不宜大于
碎石桩直径的3倍。

初步设计时也可根据《建筑地基处理技术规范》中的相关公
式估算。

2）处理深度处理深度根据建筑物的抗震设防类别而定，当需全部消除地基
液化时，应处理至液化深度下界，且桩间土的标准贯入锤击数不宜小于《建筑抗
震设计规范》规定的液化判别标准贯入锤击数临界值。

当需部分消除地基液化时，处理深度应使处理后的地基液化指数减少，其值不宜大于5，桩间土的标准贯入
锤击数不宜小于规定的液化判别标准贯入锤击数临界值。

3）承载力的确定对于采用碎石桩处理的复合地基，可按下式计算：(1 )
Fspk= MFpk+ (1-m) Fsk（2）式中：fspk为碎石桩复合地基承载力特征值；fpk为桩体承载力特征值；m为桩土面积置换率。

五、结语消除液化土的措施和方法很多，如既需要提高地基承载力，也要消
除湿陷性时，可考虑CFG桩和碎石桩复合地基等，设计人员在选用地基基础方案
时应根据实际的工程地质条件来选用。

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石桩处理液化地基抗液化研究现状及存在问题；防灾减灾工程学报；2003，23（3）。