第 9 卷第 3 期杨文强 : 液化地基土抗液化措施的分析计算表 1 场地描述及承载力特征值表 T 层号岩土名称地层描述层底标高 / m 承载力特征值 f ak / kpa 压缩模量 / MPa 1 粉土 Q 4 al, 褐黄色黄褐色, 稍湿, 稍密, 干强度低, 摇振反应中等, 无光泽反

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架焉
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1 第 9 卷第 3 期 2018 年 3 月矿产勘查 MINERAL EXPLORATION Vol.9 No.3 March,2018 液化地基土抗液化措施的分析计算杨文强 ( 河南省建筑设计研究院有限公司, 郑州 ) 摘要建筑场地抗震设防烈度为 7 度及以上时, 地基土为饱和砂土和饱和粉土, 应进行液化判别, 存在液化土层的地基, 应根据建筑的抗震设防类别地基的液化等级, 结合具体情况采取相应的措施地基的液化等级为中等建筑抗震设防类别为丙类时, 可采取挤密碎石桩部分消除地基液化沉陷当经挤密碎石桩处理后地基土为轻微液化时, 按照规范, 对于抗震设防类别为丙类时, 可不用采取抗液化措施抗液化措施采取部分消除地基液化, 解决了地基土的液化问题, 对工程也相对比较经济和合理关键词液化指数液化等级消除液化挤密碎石桩中图分类号 :TU472 文献标识码 :A 文章编号 : (2018) 引言地震条件下, 饱和砂土和粉土会发生液化现象, 液化使地基土丧失承载力, 危及建筑物的安全在饱和砂土和粉土中进行标准贯入原位测试, 按照现行规范规定, 计算出标准贯入锤击数临界值和液化指数, 判断出地基土的液化等级, 按照不同的液化等级和建筑物抗震设防类别, 采取不同的抗液化措施选取的抗液化措施不同, 直接影响到工程的造价和工期, 因此, 正确判断地基土的液化特征, 采取合理的抗液化措施, 对工程有重要的影响本文以实际工程为例, 经过野外勘探, 室内资料整理, 合理判别地基土的液化特征, 对于中等液化地基土, 提出了几种抗液化措施, 最终选择出经济合理的方案 1 工程概况某项目包括 3 栋 26 层住宅 5 栋 11 层住宅 15 栋 6 层洋房 3 栋 2 ~ 3 层商业 1 栋物业管理用房 1 栋 2 层幼儿园及局部 1 层地下车库拟建建筑与地下车库之间设置后浇带其中 28 号楼, 地上 26 层, 地下 2 层, 平面尺寸 38 0 m 17 5 m,±0 00 绝对标高 m, 基础埋深 ±0 00 下 7 10 m, 建筑物高度 77 0 m, 剪力墙结构, 拟采用复合地基筏板基础, 基底压力 420 kpa, 地基基础设计等级为乙级, 抗震设防类别为标准设防类 ( 丙类 ), 建筑物重要性等级为三级 ; 场地等级为二级 ( 中等复杂场地 ), 地基复杂等级为二级 ( 中等复杂地基 ), 因此拟建建筑的岩土工程勘察等级为乙级依据规范规定, 控制性孔深度应达到桩端平面下地基变形计算深度, 取附加压力等于上覆土层有效自重压力 20% 的深度或按桩端平面以下 (1 ~ 1 5) b(b 为假想实体基础宽度 ) 考虑, 一般孔深度应进入预计桩端持力层或预计桩端入土深度以下不小于 3 m 根据场地工程地质条件和建筑物的上部荷载, 对于 26 层高层建筑一般性孔深度定为 35 0 m, 控制性孔深度定为 45 0 m 2 场地工程地质条件场地地貌单元为黄河冲积平原场地描述和承载力特征值见表 1 勘测期间, 场地稳定水位埋深为现地面下 5 80 ~ 7 80 m, 绝对标高为 ~ m 本场地近 3 [ 收稿日期 ] [ 作者简介 ] 杨文强, 男,1975 年生, 学士, 高级工程师, 从事岩土工程方面的工作 ; hnzzyyy@ 126.com 522

2 第 9 卷第 3 期杨文强 : 液化地基土抗液化措施的分析计算表 1 场地描述及承载力特征值表 T 层号岩土名称地层描述层底标高 / m 承载力特征值 f ak / kpa 压缩模量 / MPa 1 粉土 Q 4 al, 褐黄色黄褐色, 稍湿, 稍密, 干强度低, 摇振反应中等, 无光泽反应, 韧性低 2 粉土 Q 4 al, 黄褐色, 稍湿湿, 稍密, 干强度低, 摇振反应迅速, 无光泽反应, 韧性低 3 粉土 Q 4 al, 褐黄色褐灰色, 稍湿湿, 稍密中密, 含少量云母片, 局部粘粒含量较高, 摇振反应迅速, 无光泽反应, 干强度和韧性低 4 粉砂 Q 4 al, 褐灰色, 湿, 稍密, 颗粒级配一般, 主要矿物成分为石英长石含云母片等 5 粉质粘土 Q 4 al, 黄褐灰褐色, 可塑, 干强度中等, 稍有光泽, 韧性中等, 无摇振反应含少量铁质锈染少量有机质, 偶见蜗牛壳碎片及小姜石 6-1 粉土 Q 4 al, 褐黄色褐灰色, 湿, 中密, 含少量云母片, 有砂感, 局部变相为粉砂, 摇振反应迅速, 无光泽反应, 干强度和韧性低 6 细砂 Q 4 al, 褐黄色, 饱和, 稍密中密, 颗粒级配一般, 主要矿物成分为石英, 长石, 含云母片等 7 细砂 Q 4 al, 褐黄色, 饱和, 中密密实, 颗粒级配一般, 主要矿物成分为石英, 长石, 含云母片等, 局部见粉土薄层 8 细砂 Q 4 al, 褐黄色, 饱和, 密实, 颗粒级配一般, 主要矿物成分为石英, 长石, 含云母片等注 :1 23 号勘探点孔口标高为 m, 上表中层底标高为 23 号勘探点的数据表 2 岩土物理性质指标统计表层号含水量 W / % 重度 γ / kn cm -3 比重 Gs 天然孔隙比 e 饱和度 S r / % W L / % W P / % I P ( -) I L ( -) 注 : 数据为每一层的平均值 ; ~ 5 年最高水位绝对标高约为 m 抗浮设防水位标高采用 m 场地内各土层物理性质指标见表 2 3 场地抗震设防烈度设计基本地震加速度场地抗震设防烈度为 8 度, 设计地震分组为第 523

3 矿产勘查 2018 年二组, 场地设计基本地震加速度值为 0 20 g; 由于场地类别为 Ⅲ 类, 据建筑抗震设计规范 ( GB )(2016 年版 ) 表可知, 设计特征周期为 0 55 s 4 场地土液化判别场地内布置勘探点 230 个, 其中液化判别孔 17 个, 液化判别标准贯入锤击数临界值按式 ( 1 ) (GB 建筑抗震设计规范,2010) 计算 N cr = N 0 β[ln(0.6d s + 1.5) - 0.1d w ] 3 / ρ c (1) 式 (1) 中 : N cr 液化判别标准贯入锤击数临界值 ; N 0 液化判别标准贯入锤击数基准值 ; d s 饱和土标准贯入深度 (m); d w 地下水位 (m); ρ c 粘粒含量百分率 ; β 调整系数, 设计地震第一组取 0 80, 第二组取 0 95, 第三组取 1 05; 液化指数按式 (2)(GB 建筑抗震设计规范,2010) 计算 I le = n é 1 - N i ù ê i = 1 ë N ú cri û d iw i (2) 式 (2) 中 : I le 液化指数 ; n 在判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数 ; N i N cri 分别为 i 点标准贯入锤击数的实测值和临界值 ; d i i 点所代表的土层厚度 (m); W i i 点土层单位土层厚度的层位影响权函数值 (m -1 ); 综合此次标准贯入试验的液化判别结果, 采用先横后纵的原则综合判定在 8 度地震条件下, 基底下地基土第 6-1 层粉土和第 6 层细砂层为液化土层, 液化指数为 4 42 ~ 9 72, 平均值 6 90, 地基液化等级为中等液化 28 号楼处液化判别孔为 23 号勘探点, 孔口标高 m, 室外整平标高 m, 基底标高为 m, 地下最高水位标高 m, 该勘探点液化判别结果见表 3 表 3 液化判别及液化指数计算表层号 ρ C / % d s / m N( 击 ) N cri ( 击 ) (1-N i / N cri )xd i W i 地基土液化指数 I LE 合计 : 抗液化措施方案比选 28 号楼以第 5 层为持力层, 基础下第 6-1 层粉土和第 6 层细砂层为液化土层, 地基液化等级为中等液化, 根据建筑抗震设计规范 ( GB ,2016 年版 ) 表 4 3 6, 对于抗震设防类别为标准设防类 ( 丙类 ) 的建筑物, 采取基础和上部结构处理, 或更高要求的措施抗液化措施有如下方案 : (1) 采取基础和上部结构处理时, 对于 26 层高层建筑物, 可选择的处理方案较少, 且费用增加较大, 可操作性差 ; (2) 采取全部消除地基液化的措施, 如采用桩基, 桩端伸入液化深度以下稳定土层中一定的深度, 或者采用加密法加固, 处理至液化深度下界这种措施处理深度大, 费用也相应增加较大 ; (3) 采取部分消除地基液化的措施, 处理深度内桩间土的标准贯入锤击数不小于液化判别标准贯入锤击数临界值, 使处理后地基液化指数减少, 由中等液化等级降低为轻微液化等级, 建筑物按轻微液化等级采取抗液化措施经过以上方案比较, 当采用部分消除地基液化措施时, 针对性强, 能够消除液化对工程的影响, 采取抗液化措施后, 根据工程实际要求拟建建筑物可采用复合地基筏板基础 524

4 第 9 卷第 3 期杨文强 : 液化地基土抗液化措施的分析计算 6 部分消除地基液化分析 28 号楼采用部分消除地基液化沉陷的措施, 采用挤密碎石桩处理液化土层, 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, 表 3 中第 6 层细砂层的液化指数为 5 77, 所以挤密碎石桩应消除第 6-1 层全部液化消除第 6 层部分液化, 当处理深度至该孔地面下 m, 绝对标高为 m 时, 则处理后地基液化指数为 3 63 挤密碎石桩桩顶标高为 m, 桩底标高为 m, 有效桩长 5 70 m 处理后的桩间土标准贯入锤击数不小于表 3 中相应深度的标贯贯入锤击数临界值处理后地基液化指数为 3 63, 地基液化等级为轻微, 根据建筑抗震设计规范 ( GB , 2016 年版 ) 表 4 3 6, 对于抗震设防类别为标准设防类 ( 丙类 ) 的建筑物, 可不采取抗液化措施 7 挤密碎石桩处理液化设计对于地基土持力层为液化土层全部消除第 6-1 层粉土层和部分第 6 层细砂层的液化, 碎石桩置换率按公式 (3) ( GB 建筑抗震设计规范, 2010) 计算确定式 (3) 中 : N 1 = N ρ + 100ρ(1 - e -0.3N ρ ) (3) N 1 打桩后的标准贯入锤击数 ; ρ 挤土桩的面积置换率 ; N p 打桩前的标准贯入锤击数 ; 根据表 3 中数值, 第 6-1 层打桩后标准贯入锤击数 N 1 应取 16, 打桩前的标准贯入锤击数 N p 取 10, 反算出挤密碎石桩面积置换率 ρ 等于 6 3%; 第 6 层打桩后标准贯入锤击数 N 1 应取 22, 打桩前的标准贯入锤击数 N p 取 15, 反算出挤密碎石桩面积置换率 ρ 等于 7 0% 经过以上计算, 挤密碎石桩面积置换率 ρ 取 7 43% 时, 正方形布桩, 桩间距为 1 3 m, 桩直径为 0 4 m, 有效桩长 5 70 m 在基础边缘以外的处理宽度, 应超过基础底面下处理深度的 1 / 2 且不小于基础宽度的 1 / 5 碎石桩处理后应进行液化判别检测是否已消除液化 8 水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计 8 1 复合地基承载力验算当采用挤密碎石桩处理液化后, 地基液化等级为轻微, 满足规范要求, 该楼可采用水泥粉煤灰碎石桩桩复合地基复合地基设计参数见表 4 表 4 复合地基侧阻力和端阻力特征值表层号 q si / kpa q P / kpa 的参数注 :6 层液化折减系数为 1 0; 6-1 层为碎石桩处理消除液化后增强体单桩竖向承载力特征值按式 ⑷( JGJ 建筑地基处理技术规范,2012) 计算 : 式 (4) 中 : R a = u p q sil p i + α p q p (4) Ra 增强体单桩竖向承载力特征值 (kn); u p 桩的周长 (m); q si 桩周第 i 层土的侧阻力特征值 (kpa); l pi 桩长范围内第 i 层土的厚度 (m); α p 桩端端阻力发挥系数 ; q p 桩端端阻力特征值 (kpa); 水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值按式 (5)(JGJ 建筑地基处理技术规范,2012) 计算 : f spk 式 (5) 中 : = λm R a + β(1 - m)f sk (5) f spk 复合地基承载力特征值 (kpa); λ 单桩承载力发挥系数 ; R a 单桩竖向承载力特征值 (kn); 桩的截面积 (m 2 ); β 桩间土承载力发挥系数 ; 28 号楼基底标高 m, 基底持力层为第 5 层粉质粘土, 水泥粉煤灰碎石桩桩径为 0 4 m, 有效桩长为 18 5 m, 桩端持力层为第 8 层细砂层时,ap 取 1 0, 按表 4 中参数和公式 (4) 进行计算, 增强体单桩竖向承载力特征值 Ra = 676 kn 当置换率取 7 43%, 桩间距 1 30 m 1 30 m( 与挤密碎石桩一致 ), 正方形布桩,λ 取 0 87,β 取 0 90, 挤密碎石桩处理液化后 f sk 仍按第 5 层承载力 95kPa 取值, 按公式 (5) 进行计算, 水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值 f spk = 427 kpa, 大于基底压力 420 kpa, 建筑物采用水泥粉煤灰碎石桩复合地基筏板基础满足 525

5 矿产勘查 2018 年要求 8 2 复合地基变形验算基变形满足规范要求 9 结语复合土层以下土层实际压力段压缩模量值参见表 5 表 5 各土层压缩模量表层号桩身段复合土层 / MPa 实际应力段 / MPa 注 : 对于桩身段复合土层,f spk 取 427kPa,ξ 取 4 49 按照不利因素考虑, 根据表 5, 依据有关规范规定计算拟建建筑物的平均沉降量及整体倾斜值, 平均沉降量为 mm, 规范允许值 200 mm (GB 建筑地基基础设计规范,2011), 整体倾斜值小于 0 001, 规范允许值复合地 (1) 根据原位测试数据和室内试验数据, 正确判定出地基土的液化特征 ; (2) 根据地基土液化特征, 依据规范, 合理选择出抗液化措施, 确定消除液化的处理深度平面范围等, 对工程造价和工期有重要的影响 ; (3) 消除液化的挤密碎石桩和处理地基的水泥粉煤灰碎石桩布置应合理, 桩间距应一致, 有利于现场施工和质量控制参考文献 GB 建筑地基基础设计规范 [S] GB 建筑抗震设计规范 [S] JGJ 建筑地基处理技术规范 [S] Analysis and calculation of anti-liquefaction treatment for the liquefaction foundation YANG Wen qiang ( The Architectural Design and Research Institute of Henan Province Co.,Ltd, Zhengzhou ) Abstract:Liquefaction discrimination should be done if the seismic precautionary intensity of the building site is 7 degrees and above and the foundation are saturated soil & saturated sand. If the foundation has liquefaction soil, we can take corresponding meas ures according to the seismic precautionary intensity or liquefaction lever. In the case of liquefaction lever is medium and seismic pre cautionary intensity is C class, sand-gravel columns can be used to eliminate liquefaction settlement. If foundation soils are slight lique faction after sand-gravel columns, anti-liquefaction measures needn t to be taken in case of seismic precautionary intensity is C class according to the codes. Liquefaction of foundation soil is settled by the anti-liquefaction measures of partial elimination of foundation liquefaction.it is Economic and reasonable for the construction engineering. Key words:liquefaction index, liquefaction lever, eliminate liquefaction, sand-gravel Columns 526

UDC

UDC Technical code for groung treatment of buildings JGJ 79-2002 J 220-2002 Technical code for groung treatment of buildings JGJ 79-2002 2 0 0 3 1 1 64 JGJ79 2002 2003 1 1 3.0.5 3.0.6 4.4.2 5.4.2 6.1.2 6.3.5