浅议地基土液化产生原因和处治措施

摘 要:随着我国社会现代化的发展,砂土已被人们广泛的运用到建筑当中,但由于砂土的水稳定性比较差,其所具有的一些物理特征如渗透系数高渗透固结性能强、使得地基中的砂土容易出现土液化的现象。为此,本文主要对地基土的液化成因进行了阐述,并论述了地基土液化带来的危害,最后提出一些地基土液化的处治措施,为建筑工程的实践提供一些借鉴。

关键词:砂土液化;液化判定;液化地基处理;工程措施

在建筑工程的实践中,地基土液化现象比较常见,而其中地基土层多为饱和的砂土或粉土。砂土和粉土多是单粒结构,状态是不稳定的。当砂土或粉土处于饱和状态时,土层是受到振动荷载的,土壤内部的孔隙水压力得不到及时疏解,无法得到及时的消散,使得砂土的有效应力降到最低,土壤的抗剪强度完全消失,从而使得地基土壤成为水土混合物,也就是所说的液化现象。地基液化主要表现为地表开裂、喷砂、冒水等现象,引起滑坡或地基不稳失效,使得建筑物下陷、倾斜、开裂等不同程度的损毁。因此,地基土液化的问题要引起相关部门或人员的深思。

1 地基土液化的原因和条件

引起地基土产生液化现象的原因有很多,其中最为显著的是地震的作用。纵览以前建筑物土壤液化的原因,如1906年的美国旧金山大地震,1923年的日本关东大地震,1964年的日本新泽泻大地震及1976年的唐山大地震,其中很容易就可以看出土壤液化的原因主要是地震所引起的,而土壤的成分主要是饱和的砂土或粉土。这些粉土或砂土是复合体,主要由砂和水组成,压力或强度主要由砂所承担,而水在液化志强,一直处于静止状态,所承担的压力只是其自身的静水压力静水,此时地基中的土层结构是处于稳定状态、无任何变化;但在经过地震的振动反复作用之后,地基土层结构中的砂粒就会发生一定的移动,改变其原有的状态,地基中土层体积发生质变,地基土层所承担的压力就会有原来的砂承担转变为砂土中的水体承担,从而地基土层产生液化现象,土层结构遭到破坏,而且之后容易发生喷砂射水现象,即渗流液化。

在20世纪70年代之前,国内外对建筑物地基液化的研究大多是对饱和砂土的研究,当时人们普遍认为含粘土的地基土层不会发生液化现象。但随着我国1975年的海城地震和1976年的唐山地震发生,工程技术人员在经过大量的测量和研究数据分析得出了当时震区内的饱和粉土也发生了液化现象。

除了地震因素会引起地基土液化以外,地基土液化还有着一定的自身条件,其中有砂土或粉土自身的特性—粒径密度,地基土层所埋的深度,建筑物所在区域地下水的水位深度及所处地区地震的振动特性—地震的强度或持续时间)等,这是经过相关技术人员大量调查和分析得出的结论。砂土或粉土的颗粒直径与密度是影响砂土液化的重要因素,颗粒直径要选定在0.1毫米以上的砂土可以有效避免土壤液化,而砂土颗粒的密度可以直接影响地基的承受力度,密度减小的砂土容易发生液化,而密度相对较大的话,不易发生液化。同时建筑物所在区域地下水位也可以影响土壤的液化,当地下水位较浅时,地基土层容易发生液化。而地震的振动特征也是影响地基土壤液化的重要因素之一,在地震高发的地区,由于地震的运动强度大、频率高,使得土层的抗剪应力增大,液化现象比较容易发生。

此外,砂土液化比较常见,而粉土液化少见,但结合粉土液化的实践来看,其大多发生在河流的冲积平原、河流冲积海积平原和海积平原上,如天津地区。而其他影响因素在文章也有所体现。

2 地基土液化的防治措施

由于地基土液化的危害主要是来自建筑物所处区域土层的塌陷,它会导致建筑物的破话程度,造成严重的经济损失。而如何消除地基土液化所造成的塌陷和减轻地基土液化的影响一直以来都是建筑工程设计人员所关注和注意的问题。在设计人员进行建筑工程设计和规划时,应当根据建筑物的重要性、建筑物所处区域地质结构及地震等具体的因素,还要依据《建筑抗震设计规范》等相关规范,从而选择出合理、有效及经济的防治地基土液化的措施。而当前我国防治地基土液化的措施主要有:全部消除液化、部分消除液化及减轻液化影响。

第一,全部消除地基土液化的措施。在这种措施中,工程技术人员所采用的方法有以下几种:一是技术人员采取桩基使其穿透液化的土层,而桩基的底端必须深入到液化深度以下相对稳定的土层中,而桩基的长度必须根据一定的计算和相应构造要求来确定,对于不同种类和不同结构的土层,其伸入的长度也是各有去呗的,如其中对于砂土及粉土不应少于0.8米,而对于其他类型的应不少于1.5米。二是当技术人员采用深基础的方法时,也需要将基底深入到液化土层以下相对稳定的土层中,且基底埋入稳定土层中的长度也是有要求的,不得少于0.5米。而当地基土的液化土层比较浅薄时,可以采用把水体抽空,将地基中液化的土层挖除,然后填充一些稳定的土石材让其稳定。三、三是技术人员采用加密的方法,将地基中土层结构进行加密,将其中水体排出,增加土质的密度,之后再采取一他方法对地基液化土层进行加固处理。但技术人员在采用加密方法或填充方法处理时候,应当注意基础边缘以外处理的宽度。

第二,部分消除地基土液化的措施。在这种措施中,最关键的是处理液化地基土层的深度。当液化土层比较厚时,技术人员应当注意液化土层处理的深度不一定是液化土层的下界,也就是说在处理液化土层的深度之下仍然有未经处理的部分残留液化土层。一是对液化地基进行处理时,应当使处理后的地基液化指数减少,其中当液化土层的深度为15米的时候,液化指数值应当小于4,而当液化土层的深度达到20米的时候,液化指数值应当小于5,而且这也是处理后的地基液化指数最高限。二是可以增加地基中非液化土层上部土层的厚度,合理全面的改善建筑物周边排水设施,这在规划设计建筑物之初,设计人员就应当注意的,比如在一些地震的填方区域,增加了填土的厚度,就使得地基土液化现象有所改善。三是可以强夯的方法。在建筑物当中,技术人员可以合理选择一定的单位面积进行积夯击能,增加单点夯击的点数和单点夯沉量,从而有效提高地基的承载能力,以及有效消除饱和砂土液化。

第三,减轻地基土液化影响的措施。这种措施大多是做好地基液化土层基础和上部结构的处理。基础埋置的深度和地面面积及基础的偏心大小、位置等对液化土层的影响是不同人们忽视的。因此,在处理液化地基时,可以选择整体性且刚度大的基础形式,如十宇交叉条形基础。而对于上部结构,适宜采用一些轻型的材料以减轻上部结构所承受的重力和压力,并要合理全面布置上部结构,在满足建筑物功能的前提下,使得基础部分能够整体化和呈现出对称性,同时还要合理设置管道等位置。

3 结语

综上所述,地基土液化问题频发,不容忽视,足以引起相关技术人员的重视,因为地基土液化不仅仅影响着建筑物工程的安全,也会影响到地基安全与复合地基的施工。技术人员在判定地基土液化的等级时应当小心谨慎,正确合理利用液化指数计算公式。而在采用防治措施时,应当根据具体问题具体分析从而采用不同的措施。如采用振锤振密措施就能够有效处理地基土液化问题,特别是在地基补救的工程中,振冲碎石桩具有在施工时质量可靠、液化处理效果良好的特征。

参考文献

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作者简介

王亚奇:1984年生,男,河南洛阳,河南省交通规划设计研究院股份有限公司、中级职称、硕士,工程地质勘察。

浏览次数:  更新时间:2017-09-19 13:37:30
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