2-3 地基土液化及其防治 地基土液化及其危害 影响地基土液化的因素 液化的判别 液化地基的评价 液化地基的抗震措施 2.3.1 地基土液化及其危害 地震时，饱和砂土和粉土的颗粒在强烈振动下发生 相对位移，颗粒结构有压密趋势，如其本身渗透系数较小 ，短时间内孔隙水来不及排泄而受到挤压，孔隙水压力将 急剧增加，使原先由土颗粒通过其接触点传递的压力(亦称 有效压力)减小。当有效压力完全消失时，则砂土和粉土颗 粒处于悬浮状态。此时，土体抗剪强度等于零，形成有如 “液体”的现象，即称为“液化”。 液化可引起地面喷水冒砂、地基不均匀沉陷、地裂或土 体滑移，从而造成建筑物破坏。 液化的震害：喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路 基；沿河岸出现裂缝、滑移，造成桥梁破坏，等等。 2.3.1 地基土液化及其危害 液化使建筑物产生下列震害： 2.不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等 水平构件及其节点破坏，使墙体开裂和建筑物体 形变化处开裂； 3.室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。 1.地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜； 震害调查表明，影响地基土液化的因素主要有： 1 1土层的地质年代土层的地质年代 地质年代的新老表示土层沉积时间的长短。地质年代越古 老的土层，其固结度、密实度和结构性也就越好，抵抗液化 能力就越强。反之，地质年代越新，则其抵抗液化能力就越 差。 2 2土的组成土的组成 一般说来，细砂较粗砂容易液化，颗粒均匀单一的较颗粒 级配良好的容易液化。细砂容易液化的主要原因是其透水性 差，地震时易产生孔隙水超压作用。 2.3.2 2.3.2 影响地基土液化的因素影响地基土液化的因素 3 3土层的埋深土层的埋深 砂土层埋深越大，即其上有效覆盖压力越大，则土的侧 限压力也就越大，就越不容易液化。地震时，液化砂土层 的深度一般在l0m以内，很少超过15m。 4 4相对密度相对密度 松砂较密砂容易液化。粉土是粘性土与无粘性砂类土之间 的过渡性土壤，其粘性颗粒含量决定了这类土壤的性质( 如粘聚力等)，从而也就影响其抵抗液化的能力。粘性颗 粒少的比多的容易液化。 2.3.2 2.3.2 影响地基土液化的因素影响地基土液化的因素 5 5地下水位地下水位 地下水位浅时较地下水位深时容易发生液化。对于砂土 ，一般地下水位小于4m(对于粉土，7度、8度、9度分别为 1.5m、2.5m、6m)时易液化，超过此深度后就不发生液化。 6 6地震烈度和地震持续时间地震烈度和地震持续时间 一般在地震烈度7度及以上地区，地震烈度越高(地面运动 就越强烈)和地震持续的时间越长，就越容易发生液化。而 在一般5度6度地区，很少看到液化现象。 2.3.3 液化的判别 当建筑物地基有饱和砂土或饱和粉土时，应经过勘察试验 预测在地震时是否会液化，并确定是否需要采取某种抗液 化措施。 抗震规范规定，地面下存在饱和砂土或饱和粉土时， 除6度外，应进行液化判别；存在液化土层的地基，应根 据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况 采取相应的措施。 第一步，初步判别 根据对地震液化现场资料的研究成果，饱和的砂土或粉 土当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或不考 虑液化影响： (1)地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前时,7、8度时， 可判为不液化土。 (2)粉土的粘粒(粒径小于0.005mm的颗粒)含量百分率，7度、 8度和9度分别不小于10、13和16时，可判为不液化土。 (3)采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水 位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响： -上覆非液化土层厚度（m)，计算时宜将淤泥和淤泥 质土层扣除； -基础埋置深度(m),不超过2m时采用2m； -地下水位深度（m)，宜按建筑使用期内年平均最 高水位采用，也可按近期内年最高水位采用； -液化土特征深度（m)， 按右表采用。 9m8m7m砂土 8m7m6m粉土 987 烈度 饱和土 类别 基础埋深对土液化的影响 上面判别式（db=2)亦可用下图表示： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 dw(m) 不考虑液化影响区 须进一步判别区 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 dw(m) 不考虑液化影响区 须进一步判别区 粉土 7度 8度 9度 7度 8度 9度 查液化土特征深度表 例1 图示为某场地地基剖面图,上覆非液化土层厚度 du=5.5m, 其下为砂土，地下水位深度为dw=6m.基础埋深 db=2m,该场地为8度区。确定是否考虑液化影响。 解：按判别式确定 9m8m7m砂土 8m7m6m粉土 987 烈度 饱和土 类别 需要考虑液化影响。 dw=6m du=5.5m db=2m 例1 图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度du=5.5m 其下为砂土，地下水位深度 为dw=6m.基础埋深db=2m,该 场地为8度区。确定是否考 虑液化影响。 解：按土层液化判别图确定 需要考虑液化影响。 dw=6m du=5.5m db=2m du=5.5m dw=6m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 dw(m) 不考虑液化影响区 须进一步判别区 砂土 7度 8度 9度 查液化土特征深度表 解：按判别式确定 9m8m7m砂土 8m7m6m粉土 987 烈度 饱和土 类别 不满足判别式，需要进一步判别是否考虑液化影响。 例2 图示为某场地地基剖面图上 覆非液化土层厚度du=5.5m其下 为沙土，地下水位深度为dw=6m. 基础埋深db=2.5m,该场地为8度 区。确定是否考虑液化影响。 dw=6m du=5.5m db=2.5m 例2 图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度du=5.5m 其下为沙土，地下水位深度 为dw=6m.基础埋深db=2.5m, 该场地为8度区。确定是否考 虑液化影响。 解：按土层液化判别图确定 需要进一步判别是 否考虑液化影响。 dw=6m du=5.5m db=2.5m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 dw(m) 不考虑液化影响区 须进一步判别区 砂土 7度 8度 9度 2.3.4 液化地基的评价 以上只是进行了是否可能出现液化的 判别，对可液化土可能造成的危害， 需进一步进行定量的分析。 第二步、进一步判别 采用标准贯入试验判别 钻孔至试验土层上15cm处,用63.5公 斤穿心锤，落距为76cm，打击土层，打 入30cm所用的锤击数记作N63.5，称为标 贯击数。用N63.5与规范规定的临界值Ncr 比较来确定是否会液化。 1-穿心锤 2-锤垫 3-触探杆 4-贯入器头 5-出水孔 6-贯入器身 7-贯入器靴 2.3.4 液化地基的评价 实际上，在同一地震烈度下，液化层的厚度越大，埋藏越 浅，土的密度越小，地下水位越高，实测标准贯入锤击数 N63.5，与临界标准贯入锤击数儿相差越多，液化就越严 重，所造成的危害就越大。液化指数是比较全面地反映了 上述各因素的影响。 对于存在液化土层的地基，通常是根据液化指数来 划分液化等级，以确定地基液化的危害程度。 地基的液化指数可按下式确定： 2.3.4 液化地基的评价 从上式可知，液化指数表示沿深度15m范围内，各液 化土层液化可能性与影响程度的总和。从地基土液化震 害分析表明，液化指数越大，地面的喷冒情况就越严重 ，对建筑物造成的危害也就越大。 液化等级是按液化指数的高低对地基液化危害程度进行的 划分，分为轻微、中等和严重三个等级，见表27。 液化等级级与液化指数的对对于关系 2.3.4 液化地基的评价 当液化指数较小，即0IlE6时，为轻微液化，地面无喷水 冒砂，或仅在洼地、河边有零星的喷水冒砂点，此时，液化危 害性小，场地上的建筑一般没有明显的沉降或不均匀沉降； 当液化指数增大到618时，为严重液化，危害普遍较重，场地 喷水冒砂严重，涌砂量大，地面变形明显，覆盖面广，建筑物 的不均匀沉降值常达0.20.3m，高重心结构可能产生不容许的 倾斜，严重影响使用，修复工作难度增大。 2.3.5 液化地基的抗震措施 液化是造成地基失效震害的主要原因，要减轻这种危害， 应根据地基液化等级和结构特点选择不同措施。目前常用 的抗液化工程措施都是在总结大量震害经验基础上提出的 ，即综合考虑建筑的重要性和地基液化等级，再根据具体 情况确定。当液化土层较平坦且均匀时，一般可按表2-10 选用。 2.3.5 液化地基的抗震措施 表210中的措施未考虑倾斜场地和严重不均匀可液化土 层的影响。 表中(一)表示全部消除地基液化沉降的措施，如采用桩 基、深基础、深层处理至液化深度下界或挖除全部可液 化土层等； 2.3.5 液化地基的抗震措施 (二)表示部分消除地基液化沉降的措施，如加固或挖除部 分可掖化土层等； (三)表示基础结构和上部结构采取的构造措施，一般包括 减小或适应建筑物不均匀沉降的各项措施； (四)表示可不采取措施。 （一）、全部消除地基液化沉陷的措施，应符合（一）、全部消除地基液化沉陷的措施，应符合 下列要求：下列要求： 1采用桩基时，桩端伸人液化深度以下稳定土层中 的长度(不包括桩尖部分)，应按计算确定，且对碎石土， 砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于0.8m， 对其他非岩石土尚不应小于1.5m； 2.3.5 液化地基的抗震措施 2采用深基础时，基础底面埋人液化深度以下稳定土层中 的深度，不应小于05m； 3采用加密法(如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等) 加固时，应处理至液化深度下界，且处理后土层的标准贯 人锤击数的实测值，不宜大于相应的临界值； 4.挖除全部液化土层; 5采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽 度，应超过基础底面下处理深度的12且不小于基础宽度 的15。 2.3.5 液化地基的抗震措施 （二）、部分消除地基液化沉陷的措施，应符合下（二）、部分消除地基液化沉陷的措施，应符合下 列要求列要求： 1处理深度应使处理后的地基液化指数减少，其值不 宜大于5；大面积筏基、箱基的中心区域，处理后的液化指 数可比上述规定降低1；对独立基础与条形基础，尚不应小 于基础底面下液化土特征深度和基础宽度的较大值。 2处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法 加固，使处理后土层的标准贯人锤击数实测值不宜小于相应 的临界值。 3基础边缘以外的处理宽度与全部清除地基液化沉陷 时的要求相同。 2.3.5 液化地基的抗震措施 （三）、减轻液化影响的基础和上部结构处理，（三）、减轻液化影响的基础和上部结构处理，可 综合考虑采用下列各项措施： 1选择合适的基础埋置深度； 2调整基础底面积，减少基础偏心； 3加强基础的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋 混凝土十字形基础，加设基础圈梁、基础系梁等； 4减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性， 合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式 等； 5. 管道穿过建筑