康 楠

（太原市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002）

0 引言

土體液化是地震作用下引起建筑結(jié)構(gòu)破壞的主要因素之一。砂土與粉土這類土在地震作用下有變密實(shí)的趨勢(shì)。飽和砂土和粉土顆粒在劇烈震動(dòng)下會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，若顆粒間孔隙水來不及排泄而受到擠壓，導(dǎo)致土中孔隙水壓力上升。當(dāng)孔隙水壓上升到與土體顆粒的有效壓應(yīng)力相等時(shí)，土體顆粒處于失去抗剪能力的失重狀態(tài)。粒間聯(lián)系遭到破壞，成為可以隨水流動(dòng)的懸濁液，而當(dāng)壓力過高時(shí)，形成噴水冒砂，形成地基液化，這會(huì)導(dǎo)致建筑物下沉、傾斜甚至倒塌等嚴(yán)重后果，因此在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)予以高度重視[1-2]。

根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50223-2008）6.0.8條，幼兒園建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強(qiáng)其抗震措施[3]?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2016年版）4.3.3條指出，淺埋天然地基上覆土層厚度和地下水位深度滿足一定條件時(shí)可不考慮液化影響；4.3.6條中指出，乙類建筑的抗液化措施：當(dāng)?shù)鼗夯燃?jí)為中等時(shí)，可全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對(duì)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理；且不宜將未經(jīng)處理的液化土層作為天然地基持力層。本文以某幼兒園建筑工程為例，探討建筑場(chǎng)地地基液化處理措施。

1 工程概況

某幼兒園建筑工程位于太原市萬柏林區(qū)，地上三層（局部二層頂設(shè)室外活動(dòng)平臺(tái)），無地下室，1～3層層高均為3.9m，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總高度12.6m，總建筑面積為2183.70m2。建筑功能為每個(gè)班設(shè)有活動(dòng)室、寢室、衛(wèi)生間，且首層設(shè)有晨檢室、隔離、觀察室及廚房，二層設(shè)有辦公室等配套房間，三層設(shè)有音體活動(dòng)室，屋頂設(shè)太陽(yáng)能水箱。建筑物室內(nèi)地面標(biāo)高±0.000相當(dāng)于絕對(duì)高程：782.000m，室內(nèi)外高差0.1m。該工程?hào)|南北三側(cè)為規(guī)劃地塊地庫(kù)，西側(cè)為現(xiàn)狀道路。該建筑工程首層結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖1。

圖1 首層結(jié)構(gòu)平面布置圖

該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。擬建場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地特征周期為0.55s。建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強(qiáng)其抗震措施后的框架抗震等級(jí)為一級(jí)[3]。

2 工程地質(zhì)條件分析

擬建場(chǎng)地地貌上屬于汾河西岸Ⅱ級(jí)階地。場(chǎng)地地基土及其承載力特征值建議值自上而下依次為：①-1層：素填土，層厚平均值2.63m，地基承載力特征值：90kPa；②層：粉土，層厚平均值6.17m，地基承載力特征值：110kPa；②-1層：粉質(zhì)黏土，層厚平均值4.37m，地基承載力特征值：80kPa；③-1層：粉土，層厚平均值3.10m，地基承載力特征值：120kPa；③層：細(xì)砂，層厚平均值2.38m，地基承載力特征值：150kPa；④層：粉土，層厚平均值5.10m，地基承載力特征值：140kPa；⑤層：粉質(zhì)黏土，層厚平均值5.02m，地基承載力特征值：160kPa；⑥層：粉質(zhì)黏土與粉土互層，層厚平均值7.20m，地基承載力特征值：170kPa；⑦層：粉質(zhì)黏土，層厚平均值5.40m，地基承載力特征值：210kPa；⑧層：中細(xì)砂，層厚平均值7.70m，地基承載力特征值：250kPa；⑧-1層：粉土，地基承載力特征值：250kPa；⑨層：粉質(zhì)黏土，地基承載力特征值：250kPa。

擬建場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位按778.5m考慮，場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為0.74m。

該場(chǎng)地現(xiàn)狀地面標(biāo)高約780.00m，與本建筑±0.00存在約2m高差，需進(jìn)行場(chǎng)地填方處理。該工程擬采用基礎(chǔ)埋深2～3m，基地持力層位于①-1層素填土，若采用天然地基需對(duì)下部軟弱下臥層進(jìn)行驗(yàn)算。

3 地基土液化判別

采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法判別地面下20m范圍內(nèi)土的液化，勘察期間為平水期，液化判別時(shí)地下水位采用勘察時(shí)期最高水位提高1.0m。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2016年版）第4.3.3條第二款對(duì)粉土的黏粒（粒徑小于0.005mm的顆粒）含量百分率，在8度時(shí)不小于13，可判為不液化土[3]。液化判定時(shí)，測(cè)試深度和水位埋深以擬建建筑物的室外地坪標(biāo)高（780.90m）為基準(zhǔn)，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)（2016年版）4.3.3條，液化判定情況見表1。根據(jù)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行液化計(jì)算并結(jié)合液化土層分布特征綜合考慮判定，擬建場(chǎng)地地基土存在可液化土層，主要液化土層為②層粉土、③層細(xì)砂、③-1層粉土層，液化等級(jí)為中等，擬建建筑場(chǎng)地液化等級(jí)按照中等考慮。

表1 液化判定情況

由于該建筑僅3層，故可采用淺埋基礎(chǔ)，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)（2016年版）4.3.3條第3款判定該工程采用淺埋天然地基時(shí)是否可不考慮液化影響。按最有利選取基礎(chǔ)埋置深度db=2.0m，上覆蓋非液化土層厚度du=782.0-0.1-776.0=5.9m，地下水位深度dw=782.0-0.1-778.5=3.4m，液化土特征深度d0=7m（②層粉土）。

綜合以上計(jì)算分析，該工程須考慮地基土的液化影響，即該工程不適用于天然地基。

4 抗液化措施比選

（1）根據(jù)《建筑抗震設(shè)規(guī)范》GB50011-2010（2016年版）4.3.6條～4.3.8條，該工程可選用全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對(duì)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理的抗液化措施。結(jié)合本地實(shí)際，可選用的抗液化措施有：樁基、深基礎(chǔ)加密法、用非液化土替換液化土層等[4]。

（2）采用非液化土替換液化土層時(shí)，處理深度應(yīng)使處理后的地基液化指數(shù)不大于5，由表1可以看出，至少深度不小于10m，考慮到場(chǎng)地條件、城市外運(yùn)渣土等限制條件，該工程不適合采用此方案。該場(chǎng)地液化土層深度達(dá)20m，而規(guī)范規(guī)定采用深基礎(chǔ)應(yīng)埋入液化深度以下的穩(wěn)定土層中且深度不應(yīng)小于0.5m，顯然該工程即使增加地下室也很難保證基礎(chǔ)埋深深入液化土層以下，該工程亦不適合采用此方案。

（3）該工程采用沉管砂石樁和鋼筋混凝土灌注樁樁基方案。采用砂石擠密樁進(jìn)行地基液化處理時(shí)，砂石樁樁間距1.4m，樁徑0.5m，有效樁長(zhǎng)15m，基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深3.5m，基礎(chǔ)邊沿外擴(kuò)不小于7.5m。樁體施工完畢后，應(yīng)將頂部預(yù)留的松散樁體挖除，鋪設(shè)墊層并壓實(shí)。褥墊層厚度為500mm，擴(kuò)到樁外邊緣，材料宜用中砂、粗砂、級(jí)配砂石和碎石等，最大粒徑不宜大于30mm，其夯實(shí)度不應(yīng)大于0.9。砂石樁施工采用振動(dòng)沉管成樁法，要求處理后的復(fù)合地基承載力特征值不小于110kPa。由于幼兒園場(chǎng)地東側(cè)距相鄰地庫(kù)邊緣距離不足1m，因此砂石樁在東側(cè)不能外擴(kuò)，故需對(duì)本區(qū)域地庫(kù)地基土進(jìn)行處理，地庫(kù)埋深約8m，需采用非液化土替換部分液化土層（約3m），保證處理后的地基液化指數(shù)小于5。砂石樁平面布置圖見圖2。

圖2 砂石樁平面布置圖

（4）由于該建筑僅3層，采用鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)消除液化時(shí)，可選擇單柱單樁承臺(tái)。樁位平面布置圖見圖3。

圖3 灌注樁平面布置圖

該工程地勘報(bào)告給出的鉆孔灌注樁極限側(cè)阻力與極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值建議值見表2，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)（2016年版）4.4.3條第2款，樁承臺(tái)地面上下分別有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土層或非軟弱土層時(shí)，液化土層極限側(cè)阻力按下面進(jìn)行折減：②層粉土、③-1層粉土埋深ds≤10m，液化折減系數(shù)為1/3；埋深10m＜ds＜20m，液化折減系數(shù)為2/3；③層細(xì)砂埋深10m＜ds＜20m，液化折減系數(shù)為2/3。該工程基礎(chǔ)埋深采用2.65m，滿足樁承臺(tái)地面上下分別有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土層或非軟弱土層，可采用上述液化折減系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。該工程灌注樁后壓漿采用樁底、樁側(cè)復(fù)式后壓漿，灌注樁樁徑0.7m，經(jīng)計(jì)算單樁豎向抗壓承載力特征值不小于4150kN，樁長(zhǎng)為49m（計(jì)算結(jié)果見表3）。施工完成后應(yīng)對(duì)工程樁進(jìn)行驗(yàn)樁，驗(yàn)樁單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于9400kN（含液化折減段）。驗(yàn)樁仍作為工程樁使用，不得破壞其樁身。該工程總樁數(shù)為21根，小于50根，需采用靜載荷試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)樁的數(shù)量為兩根，此外，應(yīng)采用低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法對(duì)所有工程樁測(cè)定樁身完整性[5]。

表2 鉆孔灌注樁極限側(cè)阻力與極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值建議值

表3 后壓漿鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)計(jì)算

對(duì)上述兩方案進(jìn)行比選，由于場(chǎng)地周邊存在大量住宅小區(qū)，且該工程與該地塊已規(guī)劃其他建筑相鄰較近，若使用砂石樁對(duì)周圍環(huán)境影響較大且外擴(kuò)范圍會(huì)影響周邊建筑基礎(chǔ)，故選用影響較小且較易實(shí)施的灌注樁基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)存在液化的場(chǎng)地地基處理，應(yīng)綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別，結(jié)構(gòu)體系與規(guī)模，基礎(chǔ)埋深及尺寸，場(chǎng)地周邊環(huán)境等因素，判定是否考慮地基液化的影響，并選用合理的地基抗液化措施。