某幼儿园建筑场地地基液化处理措施探讨

康 楠

（太原市城乡规划设计研究院，山西 太原 030002）

土体液化是地震作用下引起建筑结构破坏的主要因素之一。砂土与粉土这类土在地震作用下有变密实的趋势。饱和砂土和粉土颗粒在剧烈震动下会发生相对位移，若颗粒间孔隙水来不及排泄而受到挤压，导致土中孔隙水压力上升。当孔隙水压上升到与土体颗粒的有效压应力相等时，土体颗粒处于失去抗剪能力的失重状态。粒间联系遭到破坏，成为可以随水流动的悬浊液，而当压力过高时，形成喷水冒砂，形成地基液化，这会导致建筑物下沉、倾斜甚至倒塌等严重后果，因此在地基基础设计时，应予以高度重视[1-2]。

根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223-2008）6.0.8条，幼儿园建筑抗震设防类别为重点设防类（乙类），应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施[3]。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版）4.3.3条指出，浅埋天然地基上覆土层厚度和地下水位深度满足一定条件时可不考虑液化影响；
4.3.6条中指出，乙类建筑的抗液化措施：当地基液化等级为中等时，可全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理；
且不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。本文以某幼儿园建筑工程为例，探讨建筑场地地基液化处理措施。

某幼儿园建筑工程位于太原市万柏林区，地上三层（局部二层顶设室外活动平台），无地下室，1～3层层高均为3.9m，采用钢筋混凝土框架结构，结构总高度12.6m，总建筑面积为2183.70m2。建筑功能为每个班设有活动室、寝室、卫生间，且首层设有晨检室、隔离、观察室及厨房，二层设有办公室等配套房间，三层设有音体活动室，屋顶设太阳能水箱。建筑物室内地面标高±0.000相当于绝对高程：782.000m，室内外高差0.1m。该工程东南北三侧为规划地块地库，西侧为现状道路。该建筑工程首层结构平面布置图见图1。

图1 首层结构平面布置图

该地区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第二组。拟建场地类别为Ⅲ类，场地特征周期为0.55s。建筑抗震设防类别为重点设防类（乙类），按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施后的框架抗震等级为一级[3]。

拟建场地地貌上属于汾河西岸Ⅱ级阶地。场地地基土及其承载力特征值建议值自上而下依次为：①-1层：素填土，层厚平均值2.63m，地基承载力特征值：90kPa；
②层：粉土，层厚平均值6.17m，地基承载力特征值：110kPa；
②-1层：粉质黏土，层厚平均值4.37m，地基承载力特征值：80kPa；
③-1层：粉土，层厚平均值3.10m，地基承载力特征值：120kPa；
③层：细砂，层厚平均值2.38m，地基承载力特征值：150kPa；
④层：粉土，层厚平均值5.10m，地基承载力特征值：140kPa；
⑤层：粉质黏土，层厚平均值5.02m，地基承载力特征值：160kPa；
⑥层：粉质黏土与粉土互层，层厚平均值7.20m，地基承载力特征值：170kPa；
⑦层：粉质黏土，层厚平均值5.40m，地基承载力特征值：210kPa；
⑧层：中细砂，层厚平均值7.70m，地基承载力特征值：250kPa；
⑧-1层：粉土，地基承载力特征值：250kPa；
⑨层：粉质黏土，地基承载力特征值：250kPa。

拟建场地抗浮设防水位按778.5m考虑，场地标准冻结深度为0.74m。

该场地现状地面标高约780.00m，与本建筑±0.00存在约2m高差，需进行场地填方处理。该工程拟采用基础埋深2～3m，基地持力层位于①-1层素填土，若采用天然地基需对下部软弱下卧层进行验算。

采用标准贯入试验判别法判别地面下20m范围内土的液化，勘察期间为平水期，液化判别时地下水位采用勘察时期最高水位提高1.0m。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版）第4.3.3条第二款对粉土的黏粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率，在8度时不小于13，可判为不液化土[3]。液化判定时，测试深度和水位埋深以拟建建筑物的室外地坪标高（780.90m）为基准，根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)（2016年版）4.3.3条，液化判定情况见表1。根据土工试验数据，进行液化计算并结合液化土层分布特征综合考虑判定，拟建场地地基土存在可液化土层，主要液化土层为②层粉土、③层细砂、③-1层粉土层，液化等级为中等，拟建建筑场地液化等级按照中等考虑。

表1 液化判定情况

由于该建筑仅3层，故可采用浅埋基础，根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)（2016年版）4.3.3条第3款判定该工程采用浅埋天然地基时是否可不考虑液化影响。按最有利选取基础埋置深度db=2.0m，上覆盖非液化土层厚度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层粉土）。

综合以上计算分析，该工程须考虑地基土的液化影响，即该工程不适用于天然地基。

（1）根据《建筑抗震设规范》GB50011-2010（2016年版）4.3.6条～4.3.8条，该工程可选用全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理的抗液化措施。结合本地实际，可选用的抗液化措施有：桩基、深基础加密法、用非液化土替换液化土层等[4]。

（2）采用非液化土替换液化土层时，处理深度应使处理后的地基液化指数不大于5，由表1可以看出，至少深度不小于10m，考虑到场地条件、城市外运渣土等限制条件，该工程不适合采用此方案。该场地液化土层深度达20m，而规范规定采用深基础应埋入液化深度以下的稳定土层中且深度不应小于0.5m，显然该工程即使增加地下室也很难保证基础埋深深入液化土层以下，该工程亦不适合采用此方案。

（3）该工程采用沉管砂石桩和钢筋混凝土灌注桩桩基方案。采用砂石挤密桩进行地基液化处理时，砂石桩桩间距1.4m，桩径0.5m，有效桩长15m，基础采用条形基础，设计基础埋深3.5m，基础边沿外扩不小于7.5m。桩体施工完毕后，应将顶部预留的松散桩体挖除，铺设垫层并压实。褥垫层厚度为500mm，扩到桩外边缘，材料宜用中砂、粗砂、级配砂石和碎石等，最大粒径不宜大于30mm，其夯实度不应大于0.9。砂石桩施工采用振动沉管成桩法，要求处理后的复合地基承载力特征值不小于110kPa。由于幼儿园场地东侧距相邻地库边缘距离不足1m，因此砂石桩在东侧不能外扩，故需对本区域地库地基土进行处理，地库埋深约8m，需采用非液化土替换部分液化土层（约3m），保证处理后的地基液化指数小于5。砂石桩平面布置图见图2。

图2 砂石桩平面布置图

（4）由于该建筑仅3层，采用钢筋混凝土灌注桩基础消除液化时，可选择单柱单桩承台。桩位平面布置图见图3。

图3 灌注桩平面布置图

该工程地勘报告给出的钻孔灌注桩极限侧阻力与极限端阻力标准值建议值见表2，根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)（2016年版）4.4.3条第2款，桩承台地面上下分别有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土层或非软弱土层时，液化土层极限侧阻力按下面进行折减：②层粉土、③-1层粉土埋深ds≤10m，液化折减系数为1/3；
埋深10m＜ds＜20m，液化折减系数为2/3；
③层细砂埋深10m＜ds＜20m，液化折减系数为2/3。该工程基础埋深采用2.65m，满足桩承台地面上下分别有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土层或非软弱土层，可采用上述液化折减系数进行计算。该工程灌注桩后压浆采用桩底、桩侧复式后压浆，灌注桩桩径0.7m，经计算单桩竖向抗压承载力特征值不小于4150kN，桩长为49m（计算结果见表3）。施工完成后应对工程桩进行验桩，验桩单桩竖向抗压极限承载力标准值不小于9400kN（含液化折减段）。验桩仍作为工程桩使用，不得破坏其桩身。该工程总桩数为21根，小于50根，需采用静载荷试验进行验桩的数量为两根，此外，应采用低应变动测法对所有工程桩测定桩身完整性[5]。

表2 钻孔灌注桩极限侧阻力与极限端阻力标准值建议值

表3 后压浆钻孔灌注桩桩长计算

对上述两方案进行比选，由于场地周边存在大量住宅小区，且该工程与该地块已规划其他建筑相邻较近，若使用砂石桩对周围环境影响较大且外扩范围会影响周边建筑基础，故选用影响较小且较易实施的灌注桩基础。

综上所述，对存在液化的场地地基处理，应综合考虑建筑结构抗震设防类别，结构体系与规模，基础埋深及尺寸，场地周边环境等因素，判定是否考虑地基液化的影响，并选用合理的地基抗液化措施。