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摘要：本文对现阶段砂土液化研究中存在的问题进行了分析，并对砂土液化研究趋势提出一些观点。
关键词：砂土液化；路基；设计过程；方法
目前对于砂土液化判别多是利用规范中的标贯、静探、剪切波速等经验公式进行。关于地震抗震设计特别是公路工程路基的抗震设计规范内容显得既少又陈旧。同时规范上面只针对完全消除液化的处理方案提出了质量检测标准，对于部分消除液化的设计方案没有质量检测标准。
一、液化变形特点及判断
（一）液化变形特点
地震时砂土受地震作用的影响有互相挤密的作用力，但饱和砂土的空隙全部为水充填，因此这种趋于紧密的作用会使相对封闭的土层中孔隙水压力迅速增加，而在地震过程中的短暂时间内，骤然上升的超孔隙水压力来不及消散，这就使原来由砂粒通过接触点传递的有效应力减小，当其完全消失时，砂层会完全丧失抗剪强度和承载力，就变成了像液体一样的状态，也就是发生了土层的液化。地震液化引起的路基变形根据以往发生地的破坏情况，地面喷水冒砂、倾斜地带会伴有滑移变形；总体上变形历时短、沉陷位移大、转角大、不连续性明显等特点。同时地震有很大的不确定性，因此地震液化的路基破坏形式也是多种多样的。
（二）液化的判断
一般情况下结合目前我国的经济和技术条件以及工程的适用性，公路工程液化地基一般从以下三个方面进行判断：
（1）地质年代为第四纪晚更新世及其以前的，可判断不液化；
（2）基本烈度分别为7，8，9 度区，亚砂土的粘粒（粒径＜0.005 mm 的颗粒）含量百分率Pc（按重量计）分别不小于10，13，16 时可判断为不液化；
（3）基础埋深不超过2m的天然地基，可根据上覆非液化土层或地下水位的深度来判断土层是否考虑液化的影响。初步判断存在液化风险时，则通过标准贯入试验进一步判断土层是否液化。
二、液化的影响因素
根据砂土液化发生过程，影响砂土液化的主要因素来源于土层情况、埋藏条件、地震烈度。
（1）土层情况包含颗粒特征、密实度、渗透性、结构性、压密状态；与此对应的参数有平均粒径、不均匀系数、空隙比、相对密实度、渗透系数、超固结比等。
（2）埋藏条件包含上覆土层的情况，土层的排水条件，地震历史等；与此对应的参数和信息有上覆土层的厚度、静止土压力系数、砂土液化层的厚度、液化历史等。
（3）地震烈度主要包含地面动峰值加速度，和等效循环次数（持续时间）。
三、设计原则与方案选择
（一）土体条件的影响因素与方案选择
土体条件是存在液化的重要的内在特点，也是方案选择时最重要的考虑因素。颗粒特征包括：粒径、级配、形状。根据目前针对地震液化所取得的成果认为：平均粒径（d50）愈小愈易液化，细颗粒较易液化，平均粒径在0.1 mm 左右的粉细砂抗液化性最差；不均匀系数（Cu）愈小抗液化性愈差，粘性土含量愈高，愈不易液化，同时圆形颗粒比棱角形砂容易液化。同时，特别要注意土体的密实度特征，渗透性和结构性：
（1）密实度特征包括：孔隙比e，相对密实度Dr，一般而言密实度愈高，可液化性愈小。密实度是砂土或可液化土层最重要的影响因素之一，设计方案应该立足于增大土层的密实度，可采用注浆、挤密、置换、加压增加密实度。
（2）渗透性主要参数为渗透系数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一般意义上讲，渗透性低的砂土容易液化，因为其在地震作用下孔隙水不易排出，超孔隙水压力不易消散，更易引起土体有效应力的散失，从而导致液化。设计时应立足于提高渗透性考虑，如局部或全部置换为渗透性好的砂砾碎石等材料，增加排水通道，提高整体渗透性能。
（3）结构性指的是颗粒排列胶结程度和均匀程度，没有固定的参数和指标，信息的获取只能是现场的调查和勘察报告。一般来讲原状土比结构破坏土不易液化，老砂层比新砂层不易液化。压密状态也与此相同，指标为超固结比，一般情况超压砂土比正常压密砂土不易液化。到目前为止结构性和压密状态两个要素只能作为设计者设防标准的参照因素。
（二）土层埋藏条件影响因素与方案选择
液化土层埋藏条件，是存在液化风险土层本身的特点，也是工程措施无法改变的现实。液化土层的埋藏条件有上覆土层的有效压应力和静止土压力系数，上覆土层愈厚，土的上覆有效压应力愈大，就不容易液化，因此作为路基工程设计时就可考虑加大（一定范围内）填土高度、增设路基填方的反压护坡道来改善可液化土层的埋藏条件，降低液化风险。可液化土层的排水条件主要的控制点应是孔隙水向外排出的渗透路径的长度，边界土层的渗透性，可液化土层的厚度等。
（三）场地动荷载条件影响因素与方案选择
场地动荷载条件表现为地震烈度，主要为地震的强度和持续的时间，参数指标为地面峰值加速度和等效循环次数，一般认为地震烈度高，地面峰值加速度大，就愈容易液化，同时，地震时间愈长，或震动次数愈多，就愈容易液化。设计时应作为设计标准的重要参照。根据地震液化影响因素分析，液化土层本身的特点是液化发生的内在条件，动荷载条件及地震烈度则是液化发生的激发条件。没有动荷载也就没有液化，相反如果有地震而土层不具备发生液化的土性条件，埋藏条件则土层液化也不会发生。抗液化的问题，根据我国现有的规范系统，处理要求必定是两个方面的结果：一是完全消除液化，二是部分消除液化。从现有的我国的规范系统和目前的科研成果来讲，全部消除液化应该达到以下要求：采用桩基时桩端应穿过液化土层，长度按计算确定；采用加密法改良液化土层时，应处理至液化深度以下，两侧设置处理余宽，桩间土的标准贯入击数不小于液化判别标准贯入捶击数临界值；采用非液化土料完全置换液化土层，检验标准按照路基一般压实度和稳定性要求实施。部分消除地基液化沉陷的措施，主要采用加密法、浅层换填法、优化路基的断面形式等。但是处理结果限于有效避免和减缓液化危害，可靠度定量评价较为困难。
四、设计步骤
（1）根据勘察报告找出液化土层的分布范围，根据有关参数复核液化土层的分布范围，液化指数和液化等级。
（2）初步分析场地情况，是否为斜坡，是否存在液化滑移问题，一般情况下液化土层地下水位较浅，地势相对平坦。如果为存在液化滑移斜坡则是滑坡中另外的一个复杂问题，本文不再探讨。
（3）根据地震液化发生的影响因素初步考虑可使用的工程方案。
（4）结合建设工程项目的重要程度，破坏后的维修难易程度，投资、质量、进度、安全、环保等要求确定液化土层的处治原则。
（5）根据处治原则确定防治总体方案。
（6）根据有关规范、计算结果和确定的处治原则对确定的防治措施进行分析和权衡，做出必要的调整。
（7）处理液化路基段落要按照特殊路基进行处理设计。
（8）统计工程数量、配备图表、编写设计说明，施工注意事项和施工质量验收标准等；提出必要的岩土工程试验设计。提出验收标准和简要实施方案。经过以上8 个步骤，基本完成一般填方路基段落的砂土液化处理设计。
综上所述，处理路基中砂土液化问题，目前可参照的规范很少，针对不完全处理的工程措施更少，不完全液化处理方案基本上是限于现有科研成果和规范，处理方法相对单一，技术资料分散，推广困难。目前计算机技术已很发达，因此复杂的工程技术条件下的仿真模拟计算变得很容易。目前我国公路网络建设已经达到相当规模，基本网络化，发展的出发点是安全、舒适、经济、适用、环保。但是受地震不确定因素的影响，土层液化发生也是不确定的。因此合理确定砂土液化路基的处治方案将是公路工程建设中必须面临的一个长久问题。
参考文献：
[1]JTG D30 － 2004 公路路基设计规范［S］． 北京：人民交通出版社，2004．
[2]中交第一公路勘察设计研究院． 路基稳定性技术研究［R］． 2006．
[3]工程地质手册（第四版）［K］． 北京：中国建筑工业出版社，2007．
论文作者:左战旗,计鹏
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/8/1
标签：土层论文; 砂土论文; 路基论文; 条件论文; 密实论文; 地震烈度论文; 孔隙论文; 《基层建设》2016年10期论文;