蘆 迪陳德明

(1.黑龍江省慶達(dá)水利水電有限責(zé)任公司，哈爾濱150080;2.黑龍江大學(xué)，哈爾濱150080)

在地震區(qū)內(nèi)河流附近的沖積地區(qū)常常發(fā)生噴水冒砂現(xiàn)象，這是地震液化的鑒別標(biāo)志，在1964年9月16日日本新瀉大地震中，位于該市 濃川故河道上的公寓大樓處于嚴(yán)重液化區(qū)，使其某些地域在地震8 s后開始液化，使一個大樓完全傾倒，造成該工程建筑物徹底報廢。在我國邢臺1974年地震、1968年渤海地震、1974年通海地震及1976年唐山地震，都在同一地點(diǎn)發(fā)生多次液化。也就是說，在連續(xù)發(fā)生強(qiáng)烈地震作用下，噴水冒砂現(xiàn)象會在同一點(diǎn)(孔)上重復(fù)發(fā)生［1］。如何防止工程砂土液化呢?下面做以概述。

2 砂土液化的概念與影響因素

砂土液化系指砂土顆粒組成的土體在靜力或動力作用(包括滲流作用)下，由固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為液體狀態(tài)的現(xiàn)象或過程。此時砂土的剪切剛度趨近于零，即抗剪強(qiáng)度趨近于零。

液化一般發(fā)生在飽和砂土中，也可發(fā)生在黏粒(粒徑＜0.005mm)含量≤15%～20%的飽和少黏性土中和粗粒(粒徑＞5mm)含量70%的飽和砂礫土中，它對水利工程危害極大。液化的主要形式有砂沸、流滑或“有限度。的往返流動性變形等。

砂沸常出現(xiàn)在河堤內(nèi)側(cè)低地，擋水建筑物下游地面、開挖基坑坑底、鉆孔孔底、以及地震后的地面。它主要是由于砂土巾孔隙水壓力超過上覆有效壓力而引起的噴水冒砂現(xiàn)象。流滑常出現(xiàn)在海岸、河岸和土壩的飽和松砂邊坡中。它主要是由于飽和松砂在單程或往返剪切作用下，有不可逆的體積剪縮，引起孔隙水壓力不斷上升和抗剪強(qiáng)度降低，直至出現(xiàn)“無限度”的流動性滑坡。這種破壞可以是漸進(jìn)性的和大面積的，流滑后的砂面坡度十分平緩?！坝邢薅取钡牧鲃有宰冃?，大都出現(xiàn)在地霞時中密和中密以上的飽和砂土中。它是由于在地震往返剪切過程中，小剪應(yīng)變時的剪縮趨勢和大剪應(yīng)變時的剪脹趨勢的交替作用，出現(xiàn)的間歇性液化和“有限度”的流動性變形，也稱為往返活動性(cyclic mobility)?？墒菇ㄔ煸谒厦娴慕ㄖ锖蛽跬翂Φ犬a(chǎn)生“有限度”的下沉和傾斜。

影響飽和砂土液化的因素有滲流條件、顆粒組成、松密程度、形成地質(zhì)年代，受力狀況等等。在評價其液化可能性時必須加以考慮。對于判別水平地面下飽和砂土地震時是否會發(fā)生液化的方法，用得較多的是標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。中國的抗震設(shè)計規(guī)范都以此作為主要手段，并給出了以宏觀震害資料為依據(jù)的判別公式。這個方法已發(fā)展到可以同時考慮飽和砂土上覆有效壓力、地震動剪應(yīng)力(或地震烈度)、地震震級(或地震歷時)，以及土中粘粒含量等因素的影響。此外尚有靜力觸探、往返三軸和往返單剪試驗(yàn)等方法［2］。

3 砂土液化的防治措施

研究地震作用下砂土液化的重要目的是預(yù)防砂土液化，減少由它造成的損害。減輕地震液化造成損害的措施可分為兩類:

1)砂土改良措施——通過改良砂土的性質(zhì)，加強(qiáng)土的抗液化能力，積極預(yù)防砂土液化的生產(chǎn)和發(fā)展。

2)結(jié)構(gòu)改良措施——對沒有進(jìn)行地基處理(或未達(dá)到預(yù)定效果)的液化地基，通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗液化能力，預(yù)防結(jié)構(gòu)破壞。

3.1 砂土改良措施

飽和砂土砂化現(xiàn)象是排水條件不利的情況下松散的砂土骨架由于振動作用造成松馳;粒間應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)給孔隙水，使孔隙水壓力不斷升高而帶來的后果。因此，要防止砂土產(chǎn)生液化，其根本途徑是消除液化產(chǎn)生的條件，最重要的措施是提高砂土的密度，改變砂土的應(yīng)力——應(yīng)變條件和盡量消除發(fā)展的孔隙水壓力，預(yù)防砂土液化的主要措施有:振沖法、排滲法、強(qiáng)夯法，爆炸振密法等等。表1列舉了砂土改良原理和實(shí)際應(yīng)用方法。

表1 砂土改良的原理和方法

3.2 結(jié)構(gòu)改良措施

土木工程的抗液化處理是各種各樣的，各類土木工程具有特有的處理措施。下面將簡要介紹各種措施。

3.2.1 土堤

這里所指的土堤包括河堤、公路堤，鐵路堤以及填筑地等等。土堤材料的特點(diǎn)并非完全飽和，所以它們不會完全液化。然而建筑在松散可液化松砂土基是非常容易損壞的。增加松砂的抗液化強(qiáng)度可采用表1，表2中列舉的方法。一般情況下，利用壓實(shí)方法增加砂土的密度是比較可靠的常用方法，堆土法、降低水位法以及建造地下墻的方法是不太有效的。

對于已建土堤下伏液化層直接增加砂土的強(qiáng)度是相當(dāng)困難的，所以，可以采用增加土堤坡腳下砂土強(qiáng)度的方法。除上述方法外，下面三個方法對加固土堤是有效的見圖1。

a.輔助堤;b.礫石置換;c.板樁和系桿。

經(jīng)驗(yàn)表明，在使用板樁和系桿時，即使地震期間周圍砂土層結(jié)合液化，用系桿把兩排樁連起來將會大大堤高土堤的抗滑穩(wěn)定性。

表2 增強(qiáng)砂土措施方法

3.2.2 房屋基礎(chǔ)

為防止砂土液化對房屋基礎(chǔ)的破壞，下面介紹的4類措施是比較有效的，圖2是這4類措施的基本原理圖。

砂土加固 改變建筑物的砂土性質(zhì)，采用下列方法:加密法，硬化法及消散孔隙水壓力法等。這類措施適用于中低層建筑。

結(jié)構(gòu)改良 在加密或消散孔隙水壓力的同時，使用深基(圖2)。這類措施適用于高層建筑，尤其是當(dāng)建筑物建造在填筑地，或在可液化松砂層上，且砂層下伏軟黏土?xí)r。

置換可液化層 挖掉建筑物下所有可液化層，同時建造地下深基礎(chǔ)(圖2)。這類措施適用于超高層建筑和建造在相當(dāng)淺的松散砂土層上的建筑。

封閉式基礎(chǔ) 建造封閉式基礎(chǔ)以防止超孔隙水壓力朝建筑物的基底傳播。一般可用于加密、消散孔隙水壓力、砂土改良、硬化、降低地下水位等方法中任何一種方法來使封閉式基礎(chǔ)內(nèi)的砂土得到加固。

在工程實(shí)踐中，為了使抗液化措施更有效，常將上述方法中的兩種結(jié)合起來使用。對原有建筑物的改良是比較困難的，一般采用在建筑物的外緣下面改造地下連續(xù)墻，或者使用排滲法，降低地下水也是一種可行的方法。

圖1 增強(qiáng)原有土堤的抗液化措施

圖2 房屋地基抗液化措施的四種類型

4 結(jié)語

防止砂土液化的工程措施包括控制滲流條件、疏干、挖除或人工加密改良土性。加密后的砂土應(yīng)達(dá)到密實(shí)狀態(tài)(相對密度≥70%～90%)。此外，如合理采用圍封、壓重、排水設(shè)備等，亦可起到減輕液化破壞的效果。

［1］劉穎，謝君斐，等.砂土震動液化［M］.北京:地震出版社，1984.

［2］王鐘琦，張榮祥，鐘亮.建筑場地與地基評價［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1993.