岩土工程勘察中地基土体液化判别方法设计

引言

地基土体液化是指在地震或其他动态荷载作用下，饱和砂土或粘土中的孔隙水压力迅速增大，导致土体强度丧失，呈现出类似液体的状态，从而引发地基变形或失稳现象。这种现象通常发生在地下水位较高、土层较松散的地区，尤其是细颗粒含量较少、颗粒间接触松散的砂土层。岩土工程勘察中对地基土体液化的判别至关重要，因为液化可能导致建筑物沉降、倾斜，甚至造成结构物倒塌，对工程安全构成严重威胁。为准确判断地基土体是否存在液化风险，需要分析土体的物理力学性质、振动特性及土层构成，评估其在地震荷载下的液化潜力。准确的液化判别方法能有效指导工程设计与施工，减少地震灾害对工程安全的影响。

1. 土体液化成因及其潜在风险

土体液化受众多因素共同作用，如地质时期的长短直接关系到土体的密实度，年代久远的土体结构紧实，液化可能性较低，而新近沉积的土体则更易液化；土粒的粗细程度影响液化，细粒土更易液化，尤其是黏粒含量较低时液化风险增加；地下水位的波动是液化的关键因素，水位越高，土体液化风险越大；地震的强度及其作用时间是液化的重要诱因，震级越高、持续时间越长，液化现象越明显；土层埋藏深度也起作用，埋深越大，土体承受的压强越大，液化概率降低。土体液化后对地表及建筑物的破坏是灾难性的，会导致地面下沉、喷水冒砂，建筑物下沉、倾斜，进而失去稳定性与使用功能。

2. 地基土体液化判别方法设计

在地基土质调查的过程中，经常会遇到饱和砂土发生液化的问题。为了确切掌握其对地基稳固性的潜在影响，必须对特定区域液化程度进行评估，进而依据此评估结果进行工程设计的调整，实施相应的防震措施，确保工程项目的安全稳固建设得以实现。

2.1 土体液化特性与数据分析

为了对地基土体液化问题进行有效识别并实施相应的处理策略，设计判别方法时必须收集并分析大量相关数据，以探究液化现象的本质特征。在此环节，对众多数据的预处理显得尤为关键，既要评估研究区域液化现象发生的时长，对其进行详尽的剖析与调研，也要确定处理液化问题所需的时间长度。预处理数据时，可能会遭遇多种干扰因素。在针对土体进行研究的过程中，可以根据不同区域的特点，掌握砂石的抗液化稳定性；而在探讨液化发生时间的问题上，可以观察到一定的周期性规律。因此，要预测液化发生的具体时间，就需要结合砂石的特性来评估其吸水饱和度。然而，随着地基土体液化数据的累积，相关人员必须具备灵活的思维方式来检验土壤，从而有效控制土体。在此基础上，才能从根本上解决控制阶段数据确定性问题。

在山岳地带的地基研究中，剖析后续土层液化防控方向，能够获得关键液化参数。为了确保数据的准确无误，必须执行针对性的管控措施。负责人员可选择对液化持续时间或液化影响区域进行管控，以有效控制不确定数据在液化判定时可能产生的负面影响，减少误判土体液化的可能性。然而，这种方法存在一定的不足。若将此方法与标准贯入试验进行对比，可以发现标准贯入试验能够提供更精确的判定结果。该试验通过落锤的冲击能量，使贯入器进入土层，研究人员通过记录不同土层的标准锤击数，关联贯入深度，进而分析两者之间的联系，保留有效数据段，以此缩小液化限制区域，并通过计算得出标准锤击数，结合临界土层条件，准确判断土体的液化状态[1]。

在液化判定的过程中，通过精准地缩小判定范围，即在力学效应达到一定阈值时对土质进行检查，可观察到液化迹象的出现。在这种情形下，必须针对具体状况对液化程度进行评估，并实施相应的处理措施。为了更准确地掌握液化动态，需从更深入的层面分析影响液化的各种因素。依据岩土工程的土质勘查资料，可以发现影响液化现象的主要因素包括峰值时长、深度和限制区域。液化风险率与这些因素之间的关系表达如下：以P 代表液化风险率，t0 代表峰值时长，P 值会随着 t0 的延长而逐步减少，直至趋于稳定；L 代表液化深度，P 值会随L 的加深而上升；S 代表液化影响范围，P 值会随着S 的增大而上升。

2.2 液化判别模型设计

对液化性质的相关数据进行初步整理，保证其达到既定标准，进而为了准确判别液化状态，必须构建与之相应的模型。然而，在实际区分液化状态时，往往伴随着识别误差，这一问题的核心在于液化检测过程中的安全防护措施不够充分。鉴于此，有必要加大对液化数据中不确定因素的监控力度，并加强安全防护的相关工作。此外，还需界定研究区域的界限，运用精确手段对液化量的变动进行量化分析，并全面利用液化检测环节所收集的信息，包括区域界限、液化量之间的相互联系，在特定时间节点进行深入的分析，对液化量进行准确的判断，以便确定液化发生的具体时刻，进而准确把握地基土体所形成的液化量。液化判别计算公式如下：

Q_i+1=min(Q_i+Q_maxp²×_t×K,Q_maxp²⁾⁽¹⁾

在此公式中，Qi+t 代表在 t 小时的时间段内发生的液化总量；Qi 指的是在 i 时点记录到的液化量；t 表示从地表至地基的液化过程所需时间； Q_maxp² 是所设计的区间内液化量的最大峰值数据；而K 是安全系数，其数值应介于1 到1.5 之间进行选择。

2.3 液化识别操作流程

在对特定区域进行选定后，依托已构建的液化识别模型，对该区域是否存在液化现象进行详细检测与评估。如图 1 所示，地基下层由粉土与砂石构成。为了评估地基土层的液化程度，采取剪切波速作为判定指标，将其临界值与实测数据对照，若临界值低于实测值，则判定为非液化状态。若判定土层处于液化状态，则需进一步计算出液化指数，并按照液化等级进行分类。在识别过程中，由于地基砂石成分的变动性，观察剪切波速的变化，可以看出随着砂石含量的增多，液化风险逐渐降低。鉴于此，选择合适的判别函数至关重要，以便结合判别模型，精确地检测和判定地基土体的液化情况。

3. 工程案例

3.1 工程概况

某企业的生产车间楼层高度达到 11.7 米，采用了框架式建筑结构。计划建设的区域按照抗震设防标准被划分为8 度烈度区，地震设计分组归类于首组。在过去三到五年的时间里，地下水位大约维持在 17 米，而地下水位埋藏深度大致为 1 米。经过对地层的详细勘察，确认该地区土层主要由粉土质粘土和细粒砂组成。

3.2 土基液化评估

在当前项目中，所涉土层多数为细颗粒沙质土，技术人员需对砂质土层液化状态进行迅速辨识，并进行初步评估。依据《建筑抗震设计规范》等标准，对土体液化可能性做出初步判断。本区域地层主要来源于新近纪和第四纪，其地震烈度达到八级。经实地检测，地下水位的深度介于2.9 米至4.2 米之间，由此初步推断存在土体液化风险。为进一步确认液化程度，需对液化情况进行深入分析，并对液化程度进行分级。

依据现场采集的原位数据，并结合地质勘察中对土体液化特性的评估手段，采用标准贯入试验法对砂质土层的液化状态进行判定。依照《建筑抗震设计规范》的相关规定，在评估地表下 20 米范围内的土层液化情况时，若未经修正的实测标准贯入击数低于计算所得的临界击数，即可判定该土层为液化土。经计算分析，本项目的土层均呈现液化状态，液化程度属于严重级别。在液化等级的判定过程中，需将每个钻孔内各个标准贯入试验点的深度数值代入公式，计算出液化的临界击数，并与实际击数进行比对，从而计算出液化指数。得出各点的液化指数后，累加求和得到单孔液化指数，最后将其与标准数值对照，以判定每个钻孔的液化等级。经过深入剖析，该项目的各个独立检测点液化指数均显示非零，表明这些区域均存在液化土层。进一步观察细砂层的七个检测点，其中六个点的液化指数同样不为零，确认了该土层的液化特性。针对单一钻孔液化指数的评估揭示，所有四个钻孔均出现了液化现象，且情况严重。

3.3 地基土液化判定

施工队伍依据场地的地质结构和标准贯入试验结果，并考虑到地震烈度为八级的影响，认定施工场地的粉砂 - 细砂层为液化层，且液化程度严重。鉴于此，该施工场地对抗震极为不利，若未经相应处理，不宜作为建筑物的自然地基支撑层。

3.4 液化处理措施

通过细致审查地质勘察资料，发现该工程所在区域的粉砂与细砂层存在严重液化风险，必须依照相关标准进行处理以消除液化潜在危害。此外，地基的承载能力基准为 70 千帕，但复合地基的承载能力基准需不低于 250 千帕，显然现有地基未能满足设计要求。因此，本项目不仅要处理土体液化问题，还需采取措施强化地基的承重能力。

针对施工现场的具体条件，应实施多样化的地基液化处理手段，结合碎石桩和 CFG 桩的双重加固策略。这两种方法都能有效提升地基承重能力，同时解决土体液化的问题。联合应用这两种技术，不仅能倍增效益，还能显著减轻企业的经济负担，加快工程进度。在具体的施工作业中，碎石桩的直径设定为无直径（即填充碎石），桩的总长度为 10 米，有效作用长度为 8 米，桩与桩之间的距离保持在 1.5 米，并利用柱锤夯实法对碎石桩进行液化处理，以确保穿透至细砂层。至于 CFG 桩，其直径为 410 毫米，有效长度达到 14.5 米，桩间距设定为1.8 米，且CFG 桩被布置在碎石桩的中心位置。

3.5 处理效果

经过严格的测试得知，改良后的地基承重能力提升至 273 千帕，显著增强了地基的稳固性和负荷能力。另外，地基的沉降值控制在 17 毫米，完全契合设计规范，保障了建筑的安全稳固。该次地基处理成功地解决了原先液化的问题，提升了地基的总体抗震性能和信赖度，为后续的建筑施工提供了坚实保障，实现了工程目标。

结语

在岩土工程勘察阶段，必须高度重视对土壤液化现象的准确鉴别，熟知土壤液化的不同类别。基于施工项目的特性、水文地质条件以及地层之间的相互作用，拟定出恰当的处理策略至关重要。例如，针对表层液化土质，可通过更换土壤层、排液法、强夯处理或爆炸压实等手段进行整治；而对于深层液化土质，则可运用灌浆固化、振冲碎石桩或沉管压实碎石桩等技巧，以有效消除液化土带来的负面影响。在具体施工阶段，施工单位宜融合多种治理手段，以期获得更佳的处理成效，从而提升工程建设的品质。

参考文献：

[1] 唐亮, 刘书幸, 凌贤长, 等. 土体液化过程中桩- 土动力相互作用 p-y 曲线模型 [J].自然灾害学报 ,2022,31(2):9.