皮丹

（山西中方森特建筑工程設(shè)計研究院，山西太原 030024）

1 簡介

液化是地震中經(jīng)常發(fā)生的主要震害之一，危害很大。在液化區(qū)域內(nèi)，由于地基土受地震剪力作用，飽和土重的土顆粒被擠密，同時土體內(nèi)產(chǎn)生很高的超靜孔隙水壓力，使地基土喪失承載力，造成建筑物大量沉陷和倒塌。太原城區(qū)整體北高南低，東西高，中間低，形成盆地，汾河自北向南穿過太原城。盆地基底上層為奧陶系海相沉積物。在奧陶系石灰?guī)r上，依次沉積的地層有石灰系、二疊系、新生界第三系、第四系沉積物比較發(fā)育，但無斷裂現(xiàn)象。由于太原的特殊地理情況，且南部的水位高，小店區(qū)場地內(nèi)分布飽和粉土層，飽和砂層，地基土常判定為液化土，地震時液化震害嚴(yán)重。

2 預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計實例

2.1 工程概述

（1）某小區(qū)1#樓位于太原市小店區(qū)，建筑物地下二層，地上二十三層，建筑物從室外地面至屋面的結(jié)構(gòu)總高度為71.20m，結(jié)構(gòu)形式采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。

（2）根據(jù)甲方提供的地勘報告（詳勘）顯示，勘察期間實測穩(wěn)定水位埋深位于天然地面相對于場地整平后的標(biāo)高為2m。按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行液化初判，擬建場地第二層和第四層的飽和粉土及第三層的飽和細(xì)砂層存在液化可能。根據(jù)標(biāo)貫試驗判別法進(jìn)行復(fù)判，得出判別結(jié)果如表1 所示。

2.2 場地及地基

（1）由甲方提供的地勘報告可知，場地范圍內(nèi)的第②層飽和粉土及第③層飽和細(xì)砂層為液化土層，地基的液化等級為中等液化。根據(jù)規(guī)范可知當(dāng)樁承臺底面上有厚度不小于1.5m，樁承臺底面下有厚度不小于1.0m 的非液化土層時，在進(jìn)行樁基豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值計算時液化土層可根據(jù)標(biāo)貫擊數(shù)比值的大小不同考慮不同的折減系數(shù)。

（2）該樓座的地基及基礎(chǔ)選用樁筏基礎(chǔ)，樁采用高強預(yù)應(yīng)力管樁，筏板底標(biāo)高為地面下9m 處。管樁選取高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁PHC-AB400（95）-14，布置形式為三角形布置，樁間距為1.40m，管樁樁端進(jìn)入第⑤層粉土層大于2m，樁數(shù)大于5 根。

表1 地基土液化判別計算結(jié)果

（3）由結(jié)構(gòu)計算軟件結(jié)果可知：

荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下傳遞至每根樁的荷載為：

地震作用效應(yīng)和荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下傳遞至每根樁的荷載為：

（4）根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》可知，樁基豎向承載力應(yīng)符合下列要求：

荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下：

地震作用效應(yīng)和荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下：

2.3 靜壓式管樁計算

（1）基底標(biāo)高位于地面下9m 處，位于非液化的粉質(zhì)黏土層，其上部非液化土層厚度為1.06m<1.5m，土層液化影響折減系數(shù)為0。即不考慮液化土層的側(cè)阻力作用。

不考慮液化折減（荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合）：

單樁豎向承載力特征值為：

考慮液化折減（地震作用效應(yīng)和荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合）：

單樁豎向承載力特征值為:

（2）由計算結(jié)果可知，當(dāng)考慮地震作用效應(yīng)和荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，Ra

2.4 打入式管樁計算

當(dāng)將施工工藝由靜壓式改為打入式，打入式施工工藝下的樁會對土體產(chǎn)生擠密作用且樁身限制了液化土的變形，對地基產(chǎn)生有利影響。

根據(jù)規(guī)范進(jìn)行如下計算：

N1=NP+100ρ（1-e-0.3Np），其中ρ=0.42/（1.05×1.4）2=0.074 4.65m 處粉土，N1=5+100×0.074×（1-e-0.3×5）=10.75>8.56（大于標(biāo)貫擊數(shù)臨界值）。

9.15 m 處粉土，N1=8+100×0.074×（1-e-0.3x8）=14.73>12.6（大于標(biāo)貫擊數(shù)臨界值）。

10.65 m 處粉土，N1=8+100×0.074×（1-e-0.3×8）=14.73>12.6（大于標(biāo)貫擊數(shù)臨界值）。

18.55 m 處細(xì)砂，N1=16+100×0.074×（1-e-0.3×16）=23.34>25.45（小于于標(biāo)貫擊數(shù)臨界值），λN=N1/NCR=23.34/25.45=0.92 ∈（0.8，1.0），dL∈（10，20），ψL=1.0。

由上述計算可知，本工程液化土層范圍內(nèi)的液化影響折減系數(shù)均為1.0，按正常土層進(jìn)行樁的豎向抗震承載力計算。由2.3 計算可知單樁豎向承載力特征值R=635.7kN>NEKmax/1.5=590kN，滿足規(guī)范要求。

2.5 管樁施工工藝的選擇

根據(jù)上述計算可知，打入式管樁因其對土的擠密作用，在液化土場地中產(chǎn)生有利影響，同樣的樁長、樁徑及樁間距，打入式管樁對于抗液化更有效。但也因為其對周圍土的擠密作用，使飽和土體內(nèi)的孔隙水壓力急劇增大，兩側(cè)土體隆起，使影響范圍內(nèi)的現(xiàn)有建筑物或者道路發(fā)生變形，甚至破壞。所以在打入式管樁的施工過程中應(yīng)合理控制施工速度，選擇合適的施工順序，并做好周圍建筑物的變形監(jiān)測工作。

3 結(jié)束語

高層建筑在設(shè)計中，地基基礎(chǔ)設(shè)計是最初的也是最重要的環(huán)節(jié)，地基不但要保障平時的使用安全，也要保證地震發(fā)生后建筑物仍然具有良好的安全性能。對于液化土的研究，以及液化土的抗液化措施便成為建筑抗震安全的重要一環(huán)，采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣碓黾訕亲陌踩Ｕ?，同時兼顧經(jīng)濟(jì)性要求，便是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的一項重要工作。