遭遇較厚液化土層時(shí)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)型式比選

1、<p>　　遭遇較厚液化土層時(shí)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)型式比選</p><p>　　摘要:宿遷市洋河開發(fā)區(qū)地處江蘇省北部黃河沖積平原地貌，地層沉積年代新，液化土層較厚，當(dāng)?shù)卦谠庥龅酱朔N情況如何來滿足建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱抗規(guī)）關(guān)于消除或減輕液化土影響的方面積累了豐富的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，本文以一個(gè)具體工程為例，通過多種基礎(chǔ)型式在技術(shù)、工期和經(jīng)濟(jì)上的對(duì)比分析，反映出在荷載分布比較均勻的規(guī)則多層建筑遇到類似的地基情況

2、下，最終選擇柱下條形基礎(chǔ)+局部換填一定深度的液化土層作為本案的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)型式是可行的。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:消除或減輕液化土的影響 震陷 柱下條形基礎(chǔ) 砂石換填 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　1、工程概況及場(chǎng)地說明： </p><p>　　某工程位于江蘇省宿遷市洋河開發(fā)區(qū)，由多個(gè)4~5

3、層的單體建筑組成，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g，地震分組為第二組，均采用框架結(jié)構(gòu)體系。 </p><p>　　工程所在場(chǎng)地地處平原區(qū)，地勢(shì)平坦，地層分布較穩(wěn)定，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，無崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害存在，但存在較厚液化土層分布，地基液化等級(jí)為中等，屬對(duì)建筑抗震不利地段。場(chǎng)地地下水主要為潛水，淺層潛水主要賦存于第①~④層土層中，受大氣降水及地

4、表水入滲補(bǔ)給，穩(wěn)定水位埋深約為1.00米。具體土層主要物理力學(xué)性質(zhì)表如下表一： </p><p><b>　　表一 </b></p><p>　　2、工程的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)重點(diǎn)： </p><p>　　本工程的建筑單體上部結(jié)構(gòu)均采用多層框架結(jié)構(gòu)體系，柱網(wǎng)相對(duì)規(guī)整（某建筑單體一層平面圖如圖一所示），結(jié)構(gòu)平面及豎向體型簡(jiǎn)單、規(guī)則，荷載分布比較均勻，上部結(jié)

5、構(gòu)設(shè)計(jì)為常規(guī)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但經(jīng)過仔細(xì)分析本建設(shè)場(chǎng)地土層的分布情況，發(fā)現(xiàn)有以下兩個(gè)方面的問題在設(shè)計(jì)當(dāng)中必須妥善解決，現(xiàn)將羅列如下： </p><p>　　本建設(shè)場(chǎng)地的土層分布中②、③、④、⑤-1層土均為可液化粉土，液化土層厚，液化等級(jí)為中等，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱抗規(guī)）第4.3.6條中不宜將未經(jīng)處理的液化土層作為天然地基持力層的要求，必須采取抗液化措施，因此如何消除或減輕液化土沉陷的影響，以及液化土層處

6、理的深度和地基基礎(chǔ)的選型就成為本項(xiàng)目設(shè)計(jì)需要解決的關(guān)鍵問題之一。 </p><p>　　從本項(xiàng)目的土層分布物理力學(xué)性質(zhì)表中可以看出，在②、③層液化粉土中間夾有③-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，此土層厚平均為1.2米左右，土層層底標(biāo)高為自然地坪下4.2米，這層土的承載力低，壓縮系數(shù)大，為高壓縮性土，③-1層土的特性及埋深將會(huì)對(duì)選擇淺埋的天然基礎(chǔ)的基礎(chǔ)選型及承載力計(jì)算造成影響，也是必須妥善解決的問題之一。 </p>

7、<p>　　3、分析抗規(guī)條文要求，初步確定設(shè)計(jì)方向，比選基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　本項(xiàng)目的設(shè)防類別為丙類，抗震烈度為7度，根據(jù)抗規(guī)的4.3.6條的要求可知，本項(xiàng)目可以采用基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理的減輕液化影響的措施，仔細(xì)分析抗規(guī)的4.3.6~4.3.9條的各項(xiàng)要求及條文說明初步得到以下認(rèn)識(shí)：（1）對(duì)于液化等級(jí)為中等的場(chǎng)地，只要不是傾斜場(chǎng)地（坡度大于10度）和液化場(chǎng)地土層嚴(yán)重不均的情況，盡量多考

8、慮采用較易實(shí)施的基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)處理的構(gòu)造措施，不一定要加固處理液化土層；（2）加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，以及采用輕質(zhì)建筑材料來減輕上部結(jié)構(gòu)荷載對(duì)抗液化都是十分有利的；（3）液化的危害主要來自震陷，特別是不均勻震陷，根據(jù)抗規(guī)的4.3.6條條文說明提出的粉土液化平均震陷量的經(jīng)驗(yàn)算法公式：SE=0.44ξkS0（d12- d22）(0.01p)0.6/B,分層試算并相加可知本建筑單體的液化震陷量平均值SE>15cm，需要進(jìn)行地基

9、處理，主要是因?yàn)橐夯翆雍裨斐傻?。但鑒于震陷量的評(píng)價(jià)方法目前還不成熟，計(jì)算誤差又很大，本計(jì)算結(jié)果僅作為不能忽視較厚液化土層影響的一種參考。 </p><p>　　基于抗規(guī)提出的減輕液化影響的概念，并參考天津地區(qū)根據(jù)實(shí)際震陷資料并考慮地震的偶發(fā)性而制定的 “軟土震陷量小于5cm者可不采取措施，8度區(qū)f ak>90 kpa及9度區(qū)f ak>100 kpa的軟土可不考慮震陷的影響”地方暫時(shí)規(guī)定，本項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)

10、地接近于不需要考慮震陷的邊界線，經(jīng)過與建設(shè)當(dāng)?shù)氐膶張D專家反復(fù)溝通，并結(jié)合本項(xiàng)目層數(shù)不高并且建筑平面布置相對(duì)規(guī)則的特點(diǎn)，在充分尊重地方經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)提出以下幾種基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案供比選： </p><p>　　3.1采用獨(dú)立基礎(chǔ)+地梁+局部換填處理液化土層（埋深1.5m） </p><p>　　抗規(guī)4.3.9條關(guān)于減輕液化影響的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理的措施中并未強(qiáng)制要求一定要進(jìn)行地基處理，根據(jù)和地方

11、專家的溝通結(jié)果，設(shè)計(jì)上采用換填法，用滿足《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》4.2.1條要求的砂石換填2層液化粉土，換填深度為1.5米，從以下幾個(gè)方面考慮：（1）本案選擇不換填3-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，主要基于三個(gè)原因：①3-1層土的埋深為自然地坪下4.2米，相對(duì)較深，如全部換填將會(huì)使換填深度達(dá)到3米左右，接近規(guī)范要求的極限，造成施工難度大、造價(jià)高、質(zhì)量不易掌控等缺點(diǎn)；②3-1層土層厚為1.2米左右，相對(duì)較薄，如果不換填處理，會(huì)對(duì)基礎(chǔ)沉降造成一定的影

12、響，但只要設(shè)計(jì)時(shí)采取一些措施還是可行的；③經(jīng)過以下基礎(chǔ)承載力試算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以3-1層土作為軟弱下臥層，還是可以滿足基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求的。（2）本案選擇換填2層液化粉土，可以增加上覆非液化土層的厚度，適當(dāng)減輕液化土層的影響，提高設(shè)計(jì)的可靠度；（3）砂石換填盡量不要擾動(dòng)3-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，避免造成施工困難；（4）在獨(dú)立基礎(chǔ)之間加設(shè)地梁，地梁一方面可以承擔(dān)上部磚墻的荷載，另一方面主要可以加強(qiáng)整個(gè)基礎(chǔ)之間的整體性，來減輕液化土層的影響；（5）通過

13、砂石換填后，可以提</p><p>　?。?）根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)處理技術(shù)規(guī)范》4.2.2條可知砂石墊層的底寬度應(yīng)滿足b’≥b+2ztanθ，且墊層頂面每邊超出基礎(chǔ)底邊緣不應(yīng)小于300mm。（7）換填砂石墊層的承載力設(shè)計(jì)要求不小于150kpa，并應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)靜載荷實(shí)驗(yàn)確定。 </p><p>　　以某框架柱的標(biāo)準(zhǔn)組合柱下荷載為FK=2654KN為例簡(jiǎn)單介紹計(jì)算過程：①獨(dú)立基礎(chǔ)長(zhǎng)、寬設(shè)為l=5.

14、4m,b=5.4m，z=1.5m，z/b=0.278，查《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》表4.2.2，采用內(nèi)插法可以得出θ=21.12°；②基底以上土平均重度γm1=15.29KN/M3, 基底壓力PK=（FK+GK）/lb=116 kpa，基底處土的自重壓力值PC=22.94 kpa；③下臥層以上土平均重度γm2=12.15KN/M3，下臥層承載力faz=ηdγm2(d-0.5)=100.38 kpa；④下臥層頂面處的附加壓力值Pz

15、=lb(PK-Pc)/(b+2ztanθ)(l+2ztanθ)=63.08 kpa，下臥層頂面以上土的自重壓力值Pcz=36.45 kpa，所以Pz+Pcz=99.53<faz=100.38 kpa，滿足設(shè)計(jì)要求。 </p><p>　　3.2采用鋼筋混凝土交叉條形基礎(chǔ)（柱下條形基礎(chǔ)）+局部換填處理液化土層（埋深1.5m） </p><p>　　采用柱下條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和以上獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)

16、計(jì)思路基本一致，其換填要求同上，本條不再贅訴，但經(jīng)仔細(xì)分析，可發(fā)現(xiàn)柱下條形基礎(chǔ)有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：（1）柱下條形基礎(chǔ)比獨(dú)立基礎(chǔ)的整體性和剛度更強(qiáng)，更有利于減輕液化土層的影響；（2）從圖一可以看出，本項(xiàng)目建筑單體的柱網(wǎng)相對(duì)比較均勻，比較適合柱下條形基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，施工也較為方便；（3）從經(jīng)濟(jì)方面看，本項(xiàng)目結(jié)合考慮換填砂石和基礎(chǔ)施工兩方面的總造價(jià)，發(fā)現(xiàn)兩種基礎(chǔ)型式的造價(jià)相當(dāng)，可知采用柱下條形基礎(chǔ)型式并不增加總投資。 </p>&

17、lt;p>　　3.3采用天然筏板基礎(chǔ)+基礎(chǔ)下2米深度范圍水泥土加固液化層（埋深1.0m） </p><p>　　根據(jù)抗規(guī)4.3.6條條文說明中的案例分析，筏基、箱基等整體性好的基礎(chǔ)對(duì)抗液化十分有利，但由于本建設(shè)場(chǎng)地的液化土層厚（總厚度大于10米），為防止地震使房屋產(chǎn)生過大的震陷，設(shè)計(jì)中考慮適當(dāng)加固處理局部深度的液化土層（參照抗規(guī)4.3.6條條文說明中案例2做法）。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)分析比較，采用此法基礎(chǔ)總造價(jià)較前兩種

18、基礎(chǔ)型式有近10%的投資增加，并且地方審圖專家針對(duì)采用水泥土加固地基的做法，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)的一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)此法的施工質(zhì)量控制提出質(zhì)疑，最終建設(shè)單位和地方審圖專家一致建議不采納此設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　3.4 采用樁基礎(chǔ)+地梁（承臺(tái)底標(biāo)高為-1.5m） </p><p>　　采用樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是目前國(guó)內(nèi)普遍使用的全部消除地基液化沉陷的措施之一，主要用于高層和體型不規(guī)則的建筑，經(jīng)分析顧

19、曉魯?shù)戎骶幍摹兜鼗c基礎(chǔ)》第三版中關(guān)于液化土中的樁基震害特點(diǎn)，結(jié)合《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的5.3.12條具體要求，本項(xiàng)目選用樁基設(shè)計(jì)方案時(shí)，在樁基礎(chǔ)的選型和設(shè)計(jì)上需考慮以下幾點(diǎn)：（1）較厚的中等液化土層建議不要使用預(yù)應(yīng)力管樁或方樁。如江蘇省的地方標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》的3.3節(jié)關(guān)于管樁的適用范圍中有明確規(guī)定；（2）應(yīng)加強(qiáng)樁頂與承臺(tái)的連接做法，常規(guī)的樁頂嵌固方法不滿足嵌固要求，常發(fā)生連接破壞，錨筋拔出的現(xiàn)象；（3）為減少樁負(fù)擔(dān)

20、的水平荷載，應(yīng)將承臺(tái)旁的填土盡量夯實(shí)；（4）必須保證樁伸入非液化下臥層的長(zhǎng)度，避免由于懸在液化土中造成樁基下沉使樁基失效。（5）對(duì)于樁身周圍有液化土層的低承臺(tái)樁基，當(dāng)承臺(tái)底面上下非液化土層厚度小于1.5m、1.0m時(shí)，土層液化影響折減系數(shù)ψl取0。（6）樁基承臺(tái)之間加設(shè)地梁，來增加基礎(chǔ)的整體性，有利于樁基的受力性能。 </p><p>　　綜合以上要求，本工程擬采用直徑600mm的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)16米，樁端伸入

21、6層含砂姜粘土層近4米，經(jīng)試算單樁豎向承載力特征值為360KN，以前面獨(dú)基試算框架柱的標(biāo)準(zhǔn)組合柱下荷載為FK=2654KN為例，需要布設(shè)8根樁。（具體樁基承臺(tái)、獨(dú)立基礎(chǔ)示意圖如下） </p><p>　　從以上兩圖比較可以看出，采用樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，光承臺(tái)的鋼筋混凝土用量也是非常大的，不容小覷，經(jīng)過對(duì)比，采用樁基礎(chǔ)來消除液化土層影響比采用獨(dú)立基礎(chǔ)+地梁+局部換填砂石的方案基礎(chǔ)總造價(jià)增加約30%左右。 </p>

22、;<p>　　綜上所述，經(jīng)過與建設(shè)單位以及當(dāng)?shù)貙彶閷＜业亩啻螠贤?，本著?jiān)持因地制宜、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的設(shè)計(jì)原則，本案最終決定選擇柱下條形基礎(chǔ)+局部換填處理1.5m深液化土層的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　在抗震設(shè)防烈度8度以下地區(qū)，遇到液化土層較厚且液化等級(jí)為中等或輕微的情況，只要不是傾斜場(chǎng)地（坡度

23、大于10度）和液化土層嚴(yán)重不均，針對(duì)于荷載分布比較規(guī)則且平面布置規(guī)則的多層丙類建筑，為了滿足抗規(guī)關(guān)于減輕液化影響的措施要求，選擇采用樁基礎(chǔ)型式固然是一種相對(duì)徹底的解決方案，但這種型式往往造價(jià)高且施工周期長(zhǎng)，不易被建設(shè)單位接受，經(jīng)過仔細(xì)分析抗規(guī)條文的要求，參考地方類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從中可以發(fā)現(xiàn)樁基設(shè)計(jì)不是唯一有效的方法。本案最終選用柱下條基+局部砂石換填液化土層的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，在不增加總體造價(jià)的情況下，既有效加強(qiáng)了基礎(chǔ)的剛度和整體性，又

24、采取了相應(yīng)的抗液化措施，可以滿足可靠度設(shè)計(jì)要求，是可行的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社 2010 </p><p>　　JGJ 79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社 2013 </p>