液化土層震陷計(jì)算及分析

液化土層震陷計(jì)算及分析《摘要》：液化土層在地震下液化，土層液化導(dǎo)致震陷，本文通過某醫(yī)院建設(shè)項(xiàng)目筏板基礎(chǔ)下輕微液化震陷的計(jì)算，分析局部液化土層對(duì)建筑物不均勻震陷的影響。文中計(jì)算出局部范圍局部厚度的輕微液化震陷的影響，對(duì)相類似的建筑提供參考。關(guān)鍵詞：輕微液化、淺基礎(chǔ)下不均勻震陷、震陷計(jì)算

0、引言《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016年版）表4.3.6條抗液化措施中，輕微液化等級(jí)下對(duì)應(yīng)建筑抗震設(shè)防類別為丙類的措施為“基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，亦可不采取措施”；對(duì)應(yīng)建筑抗震設(shè)防類別為乙類的措施為“部分消除液化沉陷，或?qū)A(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理”。該兩條對(duì)輕微液化的抗液化措施提出對(duì)基礎(chǔ)和上部處理的方法，可不采取消除液化沉陷的處理意見。該條文條文解釋中提出：89規(guī)范中不允許液化地基作持力層的規(guī)定有些偏嚴(yán)，改為不宜將未加處理的液化土層作為天然地基的持力層。因?yàn)椋豪碚摲治雠c振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)均已證明液化的主要危險(xiǎn)來自基礎(chǔ)外側(cè)，液化持力層范圍內(nèi)位于基礎(chǔ)直下方的部位其實(shí)最難液化，由于最先液化區(qū)域?qū)A(chǔ)直下方未液化部分的影響，使之失去側(cè)邊土壓力支持。在外側(cè)易液化區(qū)的影響得到控制的情況下，輕微液化的土層是可以作為基礎(chǔ)持力層的。同時(shí)，在該條文條文解釋中：液化的危害主要來自震陷，特別是不均勻震陷。并給出沙土和粉土的計(jì)算公式估算液化土層的平均震陷量。本文對(duì)某醫(yī)院建設(shè)項(xiàng)目的震陷量計(jì)算，得出不均勻震陷量的影響。1、某醫(yī)院建設(shè)項(xiàng)目的概況圖一

擬建“某醫(yī)院建設(shè)項(xiàng)目”為新建項(xiàng)目，位于該醫(yī)院地域內(nèi)，有水泥路通達(dá)，交通條件良好。設(shè)計(jì)±0.000標(biāo)高為1322.90m。建筑物布置為圖一。本工程由一棟單體（住院綜合樓）組成。住院綜合樓地上6層，總建筑面積16389.00平方米，地下1層，地上建筑面積14024.00平方米，地下建筑面積2365.00平方米，建筑占地面積2354.00平方米，建筑高度23.95米。結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，依據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-2008）的相關(guān)規(guī)定，本工程住院綜合樓為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）建筑，設(shè)防烈度為8度0.2g第三組，框架抗震等級(jí)為一級(jí)?；A(chǔ)形式采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。2、場(chǎng)地地質(zhì)情況概述擬建場(chǎng)地地處思茅盆地地段，屬湖積地貌。依照《普洱市區(qū)域地質(zhì)圖》（1:250000）擬建場(chǎng)地區(qū)域地質(zhì)地層屬第四系（Q）時(shí)代及白堊系（K）時(shí)代，白堊系（K）時(shí)代巖性為褐紅色泥巖。據(jù)本次巖土工程調(diào)查，場(chǎng)地范圍內(nèi)無巖層出露，產(chǎn)狀不清?？辈旖Y(jié)果表明，場(chǎng)地鉆探深度范圍內(nèi)地基土層結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，根據(jù)地質(zhì)成因類型，地層結(jié)構(gòu)為第四系人工填土層（Q4ml）、第四系湖積層（Q4l）及白堊系（K）地層構(gòu)成。根據(jù)土的物理力學(xué)性質(zhì)差異及其工程特征劃分為5個(gè)主層。描述如下：①填土，②粉質(zhì)黏土，③粉砂，④全風(fēng)化泥巖，⑤強(qiáng)風(fēng)化泥巖。其中第③粉砂層經(jīng)判別為輕微液化，其他均為非液化層。

3、液化土層分布地勘報(bào)告顯示，zk4、zk10、zk11、zk13四孔計(jì)算液化指數(shù)在1.2-2.3之間，為輕微液化。液化土層分布如下圖二。建筑物范圍內(nèi)布置鉆孔13孔，其中zk1、zk2、zk12孔無液化土層分布，其余孔均有分布。液化土層③粉砂層由2.1-12m不等。

液化土層③粉砂層底標(biāo)高等值線如圖三。液化土層③粉砂層頂標(biāo)高等值線如圖四。由圖看出，液化土層③粉砂層厚北西邊較厚（9-12m），南東側(cè)較?。?.1-5.9m）。層底標(biāo)高北側(cè)較高，南側(cè)較低；層頂標(biāo)高西側(cè)較高，東側(cè)較低。分布厚度及標(biāo)高不規(guī)則。4、變形驗(yàn)算該建筑根據(jù)地勘報(bào)告提供的資料，結(jié)合上部主體結(jié)構(gòu)的布置并根據(jù)2016年版抗規(guī)的要求，在考慮安全、節(jié)約投資等因素，采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚度為800mm，筏板底標(biāo)高為-4.800（1318.10）。筏板至液化土層③粉砂大于3米。液化土層在主要受力層范圍內(nèi)。地基變形將從兩方面考慮，一是不考慮液化震陷，地基在上部結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力下的變形；二是算出輕微液化土層的震陷，依據(jù)不同液化土層的厚度計(jì)算出各勘察孔位置的震陷量。將上部?jī)烧咦冃瘟刊B加后分析地基變形，計(jì)算出相鄰柱基的沉降差及沉降量。4.1

建筑物不考慮液化震陷下附加應(yīng)力下的地基變形設(shè)計(jì)經(jīng)初步計(jì)算，地基變形量在16.5mm至46.2mm不等。建筑物中部位置變形量較

大，東部位置變形量較少。便于計(jì)算，將鉆孔點(diǎn)位置的地基變形整理如下（表1）。表1、鉆孔點(diǎn)地基在附加應(yīng)力下的變形（mm）變形量鉆孔Zk3Zk4Zk5Zk6Zk7Zk8Zk9Zk10Zk11Zk13變形量464628373940264137394.2

液化土層③粉砂震陷地基變形

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016年版）第4.3.6條條文解釋。沙土液化平均震陷量的經(jīng)驗(yàn)公式如下。

公式里各參數(shù)取值說明，本工程±0.000對(duì)應(yīng)的高程為1322.90m，由圖三得出液化深度大于15m（1322.9-1305.9），B基礎(chǔ)寬度取建筑物寬度22m；ξ（修正系數(shù)的取值）經(jīng)過《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016年版）第6.3.3-3條計(jì)算得出；d12-d22的計(jì)算值；p值查看設(shè)計(jì)院提供的模型得出；Dr沙土的相對(duì)密度依據(jù)上海市《巖土工程勘察規(guī)范》（DBJ08-37-94）表未修正擊數(shù)N（8-25區(qū)間）對(duì)應(yīng)相對(duì)密度0.32-0.60（細(xì)沙已修正）直線內(nèi)插；上述取值見表2.1。表2.1、參數(shù)取值（基礎(chǔ)底標(biāo)高1318.1）變形量鉆孔Zk3Zk4Zk5Zk6Zk7Zk8Zk9Zk10Zk11Zk13上覆蓋費(fèi)非液化厚度（m）8.997.688.189.075.6113.8216.433.576.199.12基礎(chǔ)埋深+液化特征深度-2m9999999999ξ取值（加權(quán)值）00.150.0900.38000.600.310d12（m）115.7198.2237.5240.8230.7d22（m）58.966.931.512.738.3d12-d22（m）56.8131.3206.0228.1192.4P（KPa）14090128140127Dr0.600.620.600.650.67經(jīng)計(jì)算得出各鉆孔位置震陷量估算值見下表2.2。表2.2、鉆孔點(diǎn)地基液化土層震陷量的估算（mm）變形量鉆孔Zk3Zk4Zk5Zk6Zk7Zk8Zk9Zk10Zk11Zk13液化震陷量(mm）/2222/20//2711/由計(jì)算得出，本工程③粉砂震陷估算值在11-27mm之間。其中zk3、zk6、zk8、zk9、zk13因上覆蓋費(fèi)非液化厚度較大，公式估算值取0。4.3

液化土層③粉砂震陷與附加應(yīng)力下地基變形疊加值將上述鉆孔點(diǎn)位置地基由附加應(yīng)力變形和液化震陷變形疊加值，得出以下表3.表3、鉆孔點(diǎn)地基在附加應(yīng)力下與液化震陷的變形累計(jì)值（mm）變形量鉆孔Zk3Zk4Zk5Zk6Zk7Zk8Zk9Zk10Zk11Zk13附加應(yīng)力變形量（mm）46462837394026413739液化震陷量(mm）22252027111+2疊加值46685337594026684839經(jīng)計(jì)算，將上部?jī)烧咦冃瘟刊B加后分析地基變形，相鄰柱基的沉降差及沉降量均滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011表5.3.3規(guī)定的限值（計(jì)算略）。5、結(jié)論5.1在計(jì)算液化震陷量時(shí)，得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。（1）、S0經(jīng)驗(yàn)系數(shù)缺省，僅按規(guī)范的第一組0.15取值。這個(gè)值可能影響精度；液化深度是按地下室筏板底算起（1318.10），非按地面算起（1322.90）；沙土的相對(duì)密度是查閱網(wǎng)上資料估算。（2）、輕微液化可能導(dǎo)致地基不均勻沉降，抗規(guī)對(duì)輕微液化可以僅采用加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)措施，這個(gè)措施個(gè)人理解是增加上部結(jié)構(gòu)的剛度，盡量減少地基的沉降差值。本工程采用剛度較大的筏板基礎(chǔ)，自身的沉降差值不大（20mm），如果采用獨(dú)立基礎(chǔ)，累加后的沉降差值可能較大。（3）、從計(jì)算公式看出，其中上覆蓋非液化厚度（m）對(duì)計(jì)算值影響較大，從表2.1得出該值得出的ξ（修正系數(shù)的取值）在0.09-0.6之間。其次是沙土的相對(duì)密度影響較大（0.54-0.72），液化土層厚度次之?？傮w上看，乙類設(shè)防輕微液化可以僅對(duì)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，本項(xiàng)目采用筏板基礎(chǔ)，經(jīng)過計(jì)算和論證，液化震陷值較小，能滿足使用和規(guī)范的要求。因此，將輕微和中等液化的土層作為持力層不是絕對(duì)不允許，但要選用整體性較好，剛度較大的基礎(chǔ)