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分析预制桩消除砂土液化的应用

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：多瑞

[导读] 摘要：在众多地基处理问题中，砂土液化是需要重视的主要问题之一，目前该问题已经受到了工程领域的极大重视。

        新疆市政建筑设计研究院有限公司新疆乌鲁木齐 830000
        摘要：在众多地基处理问题中，砂土液化是需要重视的主要问题之一，目前该问题已经受到了工程领域的极大重视。在解决液化问题的措施中，预制桩是比较常用的一种方式。但是从目前的状况来看，通过预制桩挤土效应的有利影响来解决地基液化的问题，这种方式不太常用，在工程领域，更多的还是利用加大桩长、桩径等方式优化单桩的承载力，以此保证解决地基液化的问题得以解决。在本篇文章中，我们重点对利用预制桩的工程进行了分析阐述，希望能够借此证明，预制桩挤土效应除了能够解决地基液化的问题之外，还能节省部分投资，从环境方面来讲，产生的污染也是比较小的。
        关键词：预制桩；砂土液化；挤土效应
        现如今，无论是我国还是国外，都接连遇到了地震灾害，这也导致很多建筑出现损坏甚至是坍塌的问题，针对这些因为地震导致的损坏甚至倒塌的建筑物，除了与地震引发的结构破坏有关之外，与场地也有较大的联系，例如地基的不均匀塌陷、砂土液化等。在开展岩土工程的勘察、设计工作时，地基液化问题比较常见，这一问题无论是对工程的质量安全还是建设投资都带来了较大的不利影响。目前我国的抗震设计以及地基基础设计规范正在逐渐完善化，抗液化设计已经成为地基设计中的一项关键内容。在设计过程中如果不考虑粉土、砂土挤密效应等带来的影响，其结果通常更保守一些，从经济的角度来讲，也会造成较大的浪费。因此分析砂土的挤密效应等具有较高的现实意义。
        1饱和砂土和饱和粉土的震动液化
        1.1砂土液化的概念及危害
        饱和松散砂土或者饱和粉土在受到震动时颗粒结构有压密趋势，但是土颗粒之间的孔隙中都是由水来填充的，所以这种趋于紧密的作用会使得孔隙中水压力出现突然性的上升，在地震来临之际，在较短的时间内，突然上升的水压力尚未来得及消退，这就会造成原料由土颗粒通过接触点所传递的压力，如果有效压力完全消失之后，这时砂土以及粉土颗粒都会呈现悬浮状态，会变得像液体一样，也就是我们通常所讲到的液化问题。
        地基土液化的主要危害：
        （1）地基土液化会引起地下的部分位置出现空虚的问题，进而会造成地面出现不同程度的沉陷。
        （2）地基土液化同时也会使得饱和砂土从地下大量涌上地面，进而造成地面喷砂冒水的问题出现。
        （3）地基液化也会使得地基出现软化问题，其承载力会有所下降，基础下沉，从而引发建筑物的沉陷、倒塌。
        （4）引发地裂或土体移位，这样也会使得建筑物遭到破坏。
        1.2影响砂土液化的主要因素及产生条件
        通过研究分析可知，土颗粒粒径、砂土密度以及渗透性等都是会影响砂土液化的。液化产生的条件主要有以下几条：
        （1）区域地震地质条件，包括地震液化史、地震震级、震中距等。
        （2）场地条件，例如地形外貌，尤其是像河曲、河谷等微地貌特征以及场地土地质年代、成因等。
        1.3抗液化措施
        在7度或者以上的地震区，抗震规范中有所规定，没有经过专业处理的液化土层是不适合作为天然地基持力层出现的。根据规范的相关标准显示，地基中包含液化土层的，需要按照建筑物的抗震设防类别、液化等级等情况酌情选择合适的抗液化措施。。如果想要使得地基液化沉陷问题全部消除，可以用到换土法、加密法、深基础等方式；但是如果建筑物的抗震设防类别比较高，或者是地基液化势高等不适用时，桩基就成了解决液化问题的唯一途径。桩基础比较适用于液化土层埋深比较深或者厚度比较厚的情况下，将桩基穿过可液化的土层、支承在下部不液化的工程性质比较不错的土层上，通过这种方式达到消除液化的目的。
        2工程实例
        本文中选取了一个工程实例来说明预制桩消除砂土液化的相关情况，该工程其属于抗震设防8度区，在这个工程中，针对地基土液化问题，采用了预制桩的处理方案，从设计阶段到最后的施工都比较顺利，效果也非常显著。
        2.1工程概况
        巩留污水厂业务用房地上三层，地下一层，基底长12米，宽30米，共计占地1680平方米。拟建所选择的场地相对来说比较平坦，在对地质场地进行勘测观察的过程中发现，其地表有积水。室外地坪设计标高为4.5米，基础埋深大概在3米。整个建筑物的标准组合设计值为375660KN，基础拟采用桩基础。
        2.2工程地质条件
        这个业务用房在抗震设防8度区，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅳ类，抗震地段类型为不利地段。
        通过勘测所整理总结的资料分析根据年代，可以将这一场地的地层分成6个层次，之后在结合力学性质可以将其分为10个亚层，具体的场地地层情况请参加下表。
        2.3液化判别
        结合抗震规范中相应的计算条件分析，地震烈度在8度的时候，该粉土与粉砂互层会发生中等液化现象，具体计算情况请参见表2。
        表1 地层概况

表2 标贯法液化判别结果

        2.4桩基设计参数及地基承载力特征值
        在勘测报告中有不同土层地基承载力的相关数值，具体情况请参见下表。
        表3 地基承载力特征值及桩基设计参数

2.5桩径、桩长的确定
结合基底占地面积以及抗震规范等相关内容，最终确定了预制桩面积置换率的计算公式：

        将表2中的20组实测标贯击数以及临界标贯击数带入到上面的计算式中，最后得到20组置换率，最后结合基底面积1680平方米，得算出需要布桩截面积之和，这样再利用单个桩截面积计算出所需的实际布桩数。结合计算结果，建议选择450mmX450mm预制桩。
        根据上述讲述内容分析，预制桩平均桩距控制在2.5~4倍之间并且桩数不低于5x5时，可以计入打桩对土的加密作用及桩身对液化土变形限制的有利影响。如果选择450mmX450mm预制桩，平均桩基为4d，共计需要布桩518根。最后结构设计人综合各方面考量，将桩长定为了10-12米。
        3结论
        在本篇文章中，重点讨论了预制桩处理地基土液化的方法，以及在应用中需要考虑到的问题，并结合实际工程案例进行了简要分析，以下是总结出的相关内容：
        （1）通过桩基解决地基土液化问题时，需要注意液化土层的侧摩阻力应依据规范进行相应的折减。
        （2）桩基的施工部分完成之后，需要在场地中选择多个点位进行检测，看是否还会发生液化问题。
        （3）在本文所讲述的工程案例中，其所属地区利用预制桩解决液化问题的应用比较常见，但是需要把握好桩距，借助挤土效应消除液化影响。
        总结
        在砂土、粉土等地区，借助预制桩对土的加密作用及桩身对液化土变形限值的有利影响，可以很大程度上降低液化问题所带来的不利影响，对于降低土层液化影响折减系数，降低工程造价也有积极意义。
        参考文献：
        [1]王泽明，刘雪林，王长祥，等.考虑PHC桩挤土消除液化效应的地下式污水厂桩基础设计[J].特种结构，2019，036（006）：72-77.
        [2]王泽明，尹利军，王长祥，等.地下污水厂PHC桩挤土消除液化效应的关键技术[J].中国给水排水，2020（2）：79-84.