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关键词 地震烈度 场地类别 地基液化 液化指数

日期:2010年07月10日   来源:原创   热度:
摘要 本文结合某项目实例,按照《建筑抗震设计规范》,分析了饱和地基在地震时产生液化的原因、地基土地震液化的判别、液化指数的计算、液化等级的划分、地基液化的处理方法及载荷试验结果。1 工程概况和地质条件1.1 工程概况  山西吕梁某公大楼6层,高25m,局部8层,..
 

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 摘要 本文结合某项目实例,按照《建筑抗震设计规范》,分析了饱和地基在地震时产生液化的原因、地基土地震液化的判别、液化指数的计算、液化等级的划分、地基液化的处理方法及载荷试验结果。
1  工程概况和地质条件
1.1  工程概况
  山西吕梁某公大楼6层,高25m,局部8层,框架—剪力墙结构;裙房2层,高12m,大空旷框排架结构;总建筑面积5400m2。建筑场地形略有起伏,场区基本地震烈度七度。
1.2  水文地质条件
  场区浅层地下水为孔隙潜水,勘察时地下水位深约2.3m。场区地下水对混凝土无侵蚀性。在勘察深度内该地层均属第四纪全新统冲积相地层。岩性主要为粉土、粉砂、粉质粘土。
2  场地土类型及场地类别
由于该场区地基承载力标准值fk<200kPa,按照《建筑抗震设计规范》规定,场地土类型为中软场地土。根据场地土和场地覆盖层厚度,建筑场地属III类场地。
3  地基土地震液化的判别
3.1  判别地基土地震液化的条件
   本场地土第层粉土—粉(细)砂上覆非液化土层厚度du=2.87+1.46=4.33m,地下水位深度dw=1.8m,基础埋深db=2.6m,7度时液化土特征深度d0=6m。按规范公式计算得:
    d0+db-2=6+2.6-2=6.6m>du
    d0+db-3=6+2.6-3=5.6 m>dw
    1.5d0+2db-4.5=1.5×6+2×2.6-4.5=9.7m>du+dw
  计算结果表明应考虑液化影响。
3.2  采用标准贯入试验进一步判别土的液化性
在地面下15m深度范围内的液化土应符合下式要求:
N63.5<Ncr                    
Ncr=N0[0.9+0.1(ds-dw)]≤(3/C)1/2   
  通过计算得知,该场区在地震烈度7度时将发生液化。
4  液化土层的液化指数及液化等级划分
4.1  液化指数的计算
LLE=(1-Ni/Ncri)di Wi   
 
4.2  液化等级划分
该场区在地震烈度7度时将发生中等液化,液化指数为9.10,主要液化层在第层粉土—粉(细)砂层。
5  地基液化处理
5.1  地基液化处理方案
该建筑物为丙类建筑,位于中等液化土层上,按《建筑抗震设计规范》规定,未经处理的液化土层不能作为天然地基的持力层。因此,必须采取可靠措施消除地基液化。地基液化处理是近几年发展起来的一种新技术、新工艺,在液化的处理上没有现成的东西套用,且资料少。在设计时对目前常用的几种处理地基的方法进行了充分论证,认为采用振冲置换法消除地基液化既可靠又经济。现就目前常用的几种处理方法作一比较。
常用的方法有:桩基、深基础、重锤填料、振冲置换、全部挖除等。对于本工程采用桩基、深基础造价较高。以桩基为例,采用350×350的预制桩,需深入液化深度以下稳定土层中的长度为1.5m,则桩长需要13m。制造预制桩的造价为2200~2300元/m2,每根桩3503.5元,本工程需要810根桩,总造价283.78万元。采用重锤填料(碎砖桩)对地基进行加固,加固深度不小于7m,可部分消除液化,且加固后应对地基均匀性及液化做进一步检测,需要大量砖块,浪费材料。采用全部挖除,费工费时,且易塌方,周围有建筑物和构筑物,边坡支护困难较大。采用振冲置换加固地基,加固深度10m,每米70元,需1300根振冲碎石桩,总造价91万元。可见,振冲置换法不但投资省、工期短,而且保证质量,同时加固后的地基整体均匀,增加了地基刚度,可大幅度提高地基承载力,达到消除地基液化的目的。
5.2  振冲置换法的设计
5.2.1  一般原则
    振冲置换加固适用于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基。对于大型工程、主要工程或场地复杂的工程,必须在现场进行制桩试验。
   (1)加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定,通常都大于基底面积。对液化地基在基础外缘应扩大2~4排桩。
   (2)桩位布置和间距
    桩位布置有两种:等边三角形布置和正方形或矩形布置,前者用于大面积满堂加固,后者主要用于独立基础、条形基础等小面积基础加固。
    桩的间距应根据荷载大小和原土的抗剪强度确定,一般间距为1.5~2.5m。
   (3)桩长
    当相对硬层的埋藏深度不大时,桩长应按相对硬层的埋藏深度确定;当相对硬层的埋藏深度较大时,应按建筑物地基的变形允许值确定,桩长不宜短于4m。在可液化的地基中,桩长应按要求的抗震深度确定。
   (4)桩体材料
    桩体材料可用碎石、卵石、角砾、圆砾等硬质材料,粒径不宜大于80mm。对碎石,常用的粒径为20~50mm。级配没有特殊要求,但含泥量不宜太大。
   (5)桩的直径
    桩的直径与地基的强度有关,强度愈低,桩直径愈大,一般按每根桩所用的填料量计算,常为0.8~1.2m。
5.2.2  承载力标准值计算
  (1)单桩和桩间土的承载力标准值按下列公式计算:
    fsp,k=mfp,k+(1-m)fs,k                       
   (2)承载力标准值计算
    根据地质报告和基础埋深可知桩顶在第层粘土层中,不排水抗剪强度Cu=41kPa,
原土的内摩擦角s=10, fs,k=115kPa
    Kp=tg(45-40/2)=0.217
    Ks=tg(45+10/2)=1.42>1.4,取Ks=1.4。
单桩允许承载力:
fap=[Kss+2Cu(Ks)1/2]/Kp=[1.4×1.5×41+2×41×(1.4)1/2]/0.217=843.9kPa
面积置换率:
m=d/de=0.8/(1.13×1.4)=0.256
    桩体单位面积承载力标准值为:
    fp,k=Aap/φp=fap/2=843.9/2=421.95kPa
    复合地基的承载力标准值为:
fsp,k=mfp,k+(1-m)fs,k=0.256×424.1+(1-0.256)×115=194.2kPa

在正式施工前,按照《建筑地基处理技术规范》进行了两组桩试验,用载荷试验方法对单桩允许承载力进行了检测和沉降观测。
第一根桩根据相对变形值计算,当s/d=0.015时(d为压板直径),s=1700×0.015=25.5mm,对应单桩复合地基承载力值大于320kPa。
第二根桩根据相对变形值计算,当s/d=0.015时(d为压板直径),s=1500×0.015=24mm,对应单桩复合地基承载力值为216kPa。
根据试桩结果,两根试验桩的允许承载力完全满足设计要求,沉降量在允许范围内。
第二根桩试验承载力fk=216kPa,与设计需要的承载力fk=194.2kPa较为接近,该桩做为地基液化处理的代表桩。
6  结论
    本工程采用振冲置换处理饱和地基改善了原地基土的力学性质,消除了地基土的液化,提高了地基土的整体承载力,减少了沉降量,而且投资省、工期短,因而得到建设单位的一致好评。
参考文献
1 建筑抗震设计规范  GB50011-2001.中国建筑工业出版社,2001
   2   建筑地基处理技术规范  JGJ 79-2002.中国建筑工业出版社,2002

 

 

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