温亚枫 王舸 叶遇春
中国市政工程中南设计研究总院有限公司 430000
摘要：在经济日新月异发展下，建筑业得到了迅猛发展，在建筑建设过程中，地基液化已成为最主要的破坏形式，通常来说，建筑物地基失效多为地震时饱和砂土液化导致，进而造成建筑上部结构遭受破坏，同时受到不均匀沉降和沉陷的影响，导致建筑物功能丧失，因此，在工程界中液化场地地基处理一直以来都是研究重点。鉴于此，本文将结合实际案例，针对液化场地地基处理方案的选择与评价展开更深层次的分析与研究，以期能为相关业界人士提供一些有价值的参考。
关键词：液化场地；地基处理
1项目概况：
某市新埠岛某住宅小区由7栋23层和3栋16层住宅及场地西侧多栋1层商业组成，设置整体全埋式地下室（其中1栋23层5#楼不在大底盘地下室内）。用地面积53437.0m2，总建筑面积117372.0m2，地下室面积30307m2。
2.设计参数以及优化取值
2.1地勘参数：
项目抗震设防烈度为8度0.30g、地震分组为第二组、场地类别Ⅲ类（场地土等效剪切波速为134-147m/s，测试孔覆盖层厚度44-48m，存在较厚的震陷淤泥质粉质黏土层和严重液化粉砂层，见图1）、基本风压0.75KN/㎡，地面粗糙度A类。
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图1 工程地质详情
2.2参数优化取值：
本项目场地类别Ⅲ类，按《建筑抗震设计规范》（下称《抗规》）特征周期应取0.55s。但（1）由《抗规》第4.1.6条文说明“当有可靠剪切波速和覆盖层厚度且其值处于表4.1.6所列场地类别的分界线附近时，应允许按插值法确定地震作用计算所用特征周期”；（2）根据《海南省关于场地特征周期插值的回复函》规定，允许按插值法确定特征周期。最终确定本项目与全埋式地下室全连通或局部连通的塔楼的特征周期按插值法取0.5s，不带大底盘地下室的塔楼（5#楼）特征周期取0.55s。
3.桩基设计分析思路
3.1桩基受力分析：
（1）基础形式采用在严重液化场地较为有效的桩筏基础，采用考虑地震（主震）、余震（液化后）和震后三阶段精细化分析（详见建筑桩基技术规范应用手册第八章（下称《桩基手册》）。（2）考虑在土层液化或震陷后对桩基的不利影响，按《桩基技术规范》JGJ94-2008（下称《桩规》）第5.8节复核桩基压曲承载能力。（3）高烈度III类场地、含严重液化和震陷土层区域，受水平风荷载或水平地震作用较大，考虑地下室侧壁、桩筏、土共同作用进行精细化分析设计。（4）对桩基进行加强处理，设置了桩顶与承台刚性连接的加强措施，充分发挥预制桩双向抗弯能力。
3.2地基处理分析：
（1）严重液化和震陷土层区域，需要在水平主要约束（2x（d+1））范围提供较好的m值，基于此，宜在该范围进行地基处理，当处理深度小于上述数值时，等效换算加权平均值满足也可。（2）本项目委托海南大学对水泥土地基（改性粉砂）进行对比试验，由《地基处理室内试验报告书》确定最优含水量ω0=12%，水泥掺量为9%时，压实系数满足>0.95的压实要求，且经济效益最好。（3）地基处理后，委托检测部门对水泥土地基进行液化判别检测，结论为该改性土层已消除液化潜势，且满足规范的耐久性要求。
4.方案对比计算分析
本工程采用预应力高强管桩（PHC）AB型桩，桩径为500mm，桩周土有效约束范围为2x（d+1）=3m。故提出了以下两种方案：
4.1方案1
级配砂石换填，换填深度为2.5m，桩顶采用铰接，计算过程如下：（1）水平抗力系数m值确定：按3:7级配砂石换填2.5m，换填范围内m值根据《桩规》表5.7.5可取16MN/m4，剩余0.5m为淤泥质粉质粘土，m值可取2.0，根据《桩基手册》P314公式，当桩周土有效约束3m范围内存在两种土层时加权平均水平抗力系数为11.7MN/m4。（2）水平承载力：按《桩规》公式5.7.2-2计算当采用级配砂石换填2.5m时，单桩水平承载力为79kN，1#楼共190根管桩，Y向水平地震总剪力为13089.7kN，13089.7/190=69kN＜79kN，X向水平地震总剪力为12624.8kN，12624.8/190=66kN＜79kN，均满足设计要求。（3）压屈计算：按《桩规》第5.4.8条计算桩身压屈，经计算震后工况单桩承载力为1808kN，震后单桩承载力由压屈控制，因此经综合考虑采用方案一时单桩承载力按1800kN取值。
4.2方案2
采用水泥土进行加固，加固深度为1.0m，桩顶采用固接，计算过程如下：（1）水泥土加固范围内（压实系数接近1）水平抗力系数m值根据《桩规》表5.7.5取20MN/m4剩余2.0m为淤泥粉质粘土m值为2.0，根据《桩基手册》P314公式算得加权平均水平抗力系数为4.0MN/m4。（2）水平承载力：经计算当采用水泥土加固1.0m且桩顶为固接时，单桩水平承载力为101kN，Y向单桩所受地震剪力13089.7/190=69kN＜109kN，X向单桩所受地震剪力12624.8/190=66kN＜109kN均满足设计要求。（3）压屈计算：按《桩规》第5.4.8条，经计算震后单桩承载力为2224kN，固接时桩身压屈承载力较大，因此单桩承载力取桩与土之间的承载力特征值2100kN，非压屈控制。（4）桩顶固接计算如下：根据《港口工程桩基规范》JTS167-4-2012第5.4.9-5.4.12条及相应条文说明（固接时桩伸入桩帽长度不得小于0.75d），根据理正计算桩顶固接时桩顶弯矩设计值为210kN*m，桩顶剪力设计值为107kN，同时由5.4.12条计算管桩与桩帽连接时节点受弯承载力17.89≤45.09Mpa满足设计要求，再根据理正计算正截面受弯、受剪承载力计算桩帽中纵筋及箍筋。
5.评价总结
（1）承载力对比：由表1可得采用方案2（水泥土加固+桩顶固接等协同应用）桩的水平承载力及竖向承载力较方案1（级配砂石换填+桩顶铰接）均有较大提高。
表1 液化处理方案对比
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（2）经济性对比：方案1（级配砂石换填+桩顶铰接）换填总费用为2286万元，方案2（水泥土加固法+桩顶固接）换填总费用为658万元，方案2较方案1节约金额约为1628万元（71%）。
（3）水泥土改性地基、桩顶固接等多种技术的协同应用，对于存在较厚的严重液化软土或震陷软土的区域，桩基受力更合理，综合效益更明显，值得推广应用。
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