某幼兒園建筑場地地基液化處理措施探討

康 楠

（太原市城鄉規劃設計研究院，山西 太原 030002）

0 引言

土體液化是地震作用下引起建筑結構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的趨勢。飽和砂土和粉土顆粒在劇烈震動下會發生相對位移，若顆粒間孔隙水來不及排泄而受到擠壓，導致土中孔隙水壓力上升。當孔隙水壓上升到與土體顆粒的有效壓應力相等時，土體顆粒處于失去抗剪能力的失重狀態。粒間聯系遭到破壞，成為可以隨水流動的懸濁液，而當壓力過高時，形成噴水冒砂，形成地基液化，這會導致建筑物下沉、傾斜甚至倒塌等嚴重后果，因此在地基基礎設計時，應予以高度重視[1-2]。

根據《建筑工程抗震設防分類標準》（GB 50223-2008）6.0.8條，幼兒園建筑抗震設防類別為重點設防類（乙類），應按高于本地區抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施[3]?！督ㄖ拐鹪O計規范》（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：當地基液化等級為中等時，可全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎和上部結構處理；且不宜將未經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，地上三層（局部二層頂設室外活動平臺），無地下室，1～3層層高均為3.9m，采用鋼筋混凝土框架結構，結構總高度12.6m，總建筑面積為2183.70m2。建筑功能為每個班設有活動室、寢室、衛生間，且首層設有晨檢室、隔離、觀察室及廚房，二層設有辦公室等配套房間，三層設有音體活動室，屋頂設太陽能水箱。建筑物室內地面標高±0.000相當于絕對高程：782.000m，室內外高差0.1m。該工程東南北三側為規劃地塊地庫，西側為現狀道路。該建筑工程首層結構平面布置圖見圖1。

圖1 首層結構平面布置圖

該地區抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組為第二組。擬建場地類別為Ⅲ類，場地特征周期為0.55s。建筑抗震設防類別為重點設防類（乙類），按高于本地區抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施后的框架抗震等級為一級[3]。

2 工程地質條件分析

擬建場地地貌上屬于汾河西岸Ⅱ級階地。場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：粉質黏土，層厚平均值5.02m，地基承載力特征值：160kPa；⑥層：粉質黏土與粉土互層，層厚平均值7.20m，地基承載力特征值：170kPa；⑦層：粉質黏土，層厚平均值5.40m，地基承載力特征值：210kPa；⑧層：中細砂，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：粉質黏土，地基承載力特征值：250kPa。

擬建場地抗浮設防水位按778.5m考慮，場地標準凍結深度為0.74m。

該場地現狀地面標高約780.00m，與本建筑±0.00存在約2m高差，需進行場地填方處理。該工程擬采用基礎埋深2～3m，基地持力層位于①-1層素填土，若采用天然地基需對下部軟弱下臥層進行驗算。

3 地基土液化判別

采用標準貫入試驗判別法判別地面下20m范圍內土的液化，勘察期間為平水期，液化判別時地下水位采用勘察時期最高水位提高1.0m。根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）（2016年版）第4.3.3條第二款對粉土的黏粒（粒徑小于0.005mm的顆粒）含量百分率，在8度時不小于13，可判為不液化土[3]。液化判定時，測試深度和水位埋深以擬建建筑物的室外地坪標高（780.90m）為基準，根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)（2016年版）4.3.3條，液化判定情況見表1。根據土工試驗數據，進行液化計算并結合液化土層分布特征綜合考慮判定，擬建場地地基土存在可液化土層，主要液化土層為②層粉土、③層細砂、③-1層粉土層，液化等級為中等，擬建建筑場地液化等級按照中等考慮。

表1 液化判定情況

由于該建筑僅3層，故可采用淺埋基礎，根據《建筑抗震設計規范》(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是否可不考慮液化影響。按最有利選取基礎埋置深度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《建筑抗震設規范》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基礎和上部結構處理的抗液化措施。結合本地實際，可選用的抗液化措施有：樁基、深基礎加密法、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，處理深度應使處理后的地基液化指數不大于5，由表1可以看出，至少深度不小于10m，考慮到場地條件、城市外運渣土等限制條件，該工程不適合采用此方案。該場地液化土層深度達20m，而規范規定采用深基礎應埋入液化深度以下的穩定土層中且深度不應小于0.5m，顯然該工程即使增加地下室也很難保證基礎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。采用砂石擠密樁進行地基液化處理時，砂石樁樁間距1.4m，樁徑0.5m，有效樁長15m，基礎采用條形基礎，設計基礎埋深3.5m，基礎邊沿外擴不小于7.5m。樁體施工完畢后，應將頂部預留的松散樁體挖除，鋪設墊層并壓實。褥墊層厚度為500mm，擴到樁外邊緣，材料宜用中砂、粗砂、級配砂石和碎石等，最大粒徑不宜大于30mm，其夯實度不應大于0.9。砂石樁施工采用振動沉管成樁法，要求處理后的復合地基承載力特征值不小于110kPa。由于幼兒園場地東側距相鄰地庫邊緣距離不足1m，因此砂石樁在東側不能外擴，故需對本區域地庫地基土進行處理，地庫埋深約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消除液化時，可選擇單柱單樁承臺。樁位平面布置圖見圖3。

圖3 灌注樁平面布置圖

該工程地勘報告給出的鉆孔灌注樁極限側阻力與極限端阻力標準值建議值見表2，根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)（2016年版）4.4.3條第2款，樁承臺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，液化土層極限側阻力按下面進行折減：②層粉土、③-1層粉土埋深ds≤10m，液化折減系數為1/3；埋深10m＜ds＜20m，液化折減系數為2/3；③層細砂埋深10m＜ds＜20m，液化折減系數為2/3。該工程基礎埋深采用2.65m，滿足樁承臺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進行計算。該工程灌注樁后壓漿采用樁底、樁側復式后壓漿，灌注樁樁徑0.7m，經計算單樁豎向抗壓承載力特征值不小于4150kN，樁長為49m（計算結果見表3）。施工完成后應對工程樁進行驗樁，驗樁單樁豎向抗壓極限承載力標準值不小于9400kN（含液化折減段）。驗樁仍作為工程樁使用，不得破壞其樁身。該工程總樁數為21根，小于50根，需采用靜載荷試驗進行驗樁的數量為兩根，此外，應采用低應變動測法對所有工程樁測定樁身完整性[5]。

表2 鉆孔灌注樁極限側阻力與極限端阻力標準值建議值

表3 后壓漿鉆孔灌注樁樁長計算

對上述兩方案進行比選，由于場地周邊存在大量住宅小區，且該工程與該地塊已規劃其他建筑相鄰較近，若使用砂石樁對周圍環境影響較大且外擴范圍會影響周邊建筑基礎，故選用影響較小且較易實施的灌注樁基礎。

5 結束語

綜上所述，對存在液化的場地地基處理，應綜合考慮建筑結構抗震設防類別，結構體系與規模，基礎埋深及尺寸，場地周邊環境等因素，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。