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摘要：在天然地基液化判别的基础上，考虑碎石桩桩体应力集中和桩体排水作用，给出了碎石桩复合地基液化判别方法。
关键词：复合地基、液化判别、应力集中
1概述
碎石桩具有抗砂土液化的能力，因此碎石桩复合地基在加固液化地基方面得到广泛的应用，在实际地震中,也证实了这种加固方法的有效性。但是在实际工程中如何判别碎石桩复合地基桩间土的液化可能性仍然是一个没有很好解决的问题。
文献[1]利用Seed]提出的碎石桩复合地基排水方程，分析了复合地基的振动孔隙水压力，郑建国[2]通过现场试验并考虑排水和桩体效应，提出了修正标准贯入击数的方法，何广讷[3]在此基础上对其进行了修正，方磊[4]在前人工作的基础上提出了适用于碎石桩复合地基的修正seed简化法。
本文在现有的研究的基础上，提出了考虑碎石桩体排水效应和桩体应力集中效应的瑞利波法复合地基液化判别。
2天然地基液化的判别
目前在实际工程中对天然地基液化的判别方法主要归为两大类：一类是根据标准贯入试验建立的判别方法，如现行的《建筑抗震规范》Gb50011-21；另一类是根据场地土的剪切波速或者瑞利波速度判别。
2.1规范法
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）给出了天然地基液化判别标准贯入试验法：在地面以下15m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：
(1)
在地面下15～20米范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：
(2)
式中 —液化判别标准贯入锤击数临界值；
—液化判别标准贯入锤击数基准值；
——饱和土标准贯入点深度（m）；
——粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。
2.2瑞利波速度液化判别法
近十年来瑞利波勘探技术在国、内外得到广泛的应用。瑞利波速度Vr与剪切波速度Vs具有如下的关系：
(3)
式中， 为介质的泊松比。一般土层的泊松比 =0.45～0.49，所以有如下关系：
(4)
标准贯入击数N与瑞利波速度的关系：
(5)
将式（5）代入式（1）、（2）中得到：
（6）
（7）
式中
——计算的临界瑞利波速度
——瑞利波测点的深度
——常数
其它参数同上
3碎石桩复合地基的液化判别
碎石桩具有应力集中作用和排水作用，在实际地震中证实了碎石桩复合地基抗液化有效性。国、内外研究者采用数值分析的方法对这方面的问题进行了很多的研究。
3.1桩体应力集中作用
由于碎石桩桩体的剪切模量比桩间土剪切模量大，在水平动剪应力作用下，桩间土分担的剪应力减小，从而将影响地震孔隙水压力的产生。
按照复合地基理论中的变形协调性原则，地基在承受应力时，桩身和桩间土上的应力比可以近似按刚度比分配，即：
(10)
因此，可以推导出：
(11)
式中 ， ——分别为桩身和桩间土的剪应力；
——应力比。
——面积置换率
桩体应力集中作用的修正系数为：
(12)
天然地基经碎石桩加固后，桩间土得到振密和挤密，标贯击数与天然地基相比得到很大的提高，因此，桩间土或复合地基的临界标准贯入锤击数可按下式计算[22]：
(13)
式中 ——加固后复合地基的标准贯入锤击数
——桩间土加固后的标准贯入锤击数（未经杆长修正）
——桩土应力比，一般为2～4
——面积置换率
3.2桩体的排水作用
碎石桩复合地基的排水作用是随着置换率和地震烈度的增大而加大。在实际工程中，碎石桩的置换率一般为m=0.082～0.25，地震烈度为7～9度。文献[3]给出碎石桩的排水作用系数 为：
（14）
式中I为判别场地的地震烈度。
4．瑞利波速度判别法
本文在天然地基瑞利波法判别液化的基础上综合考虑复合地基的挤密、振密桩体效应和排水效用，给出了复合地基液化判别式：
(15)
式中 ——计算的复合地基临界瑞利波速度；
——分项系数，
——桩体效应折减系数，
——瑞利波测点的深度
——地下水位深度
——复合地基瑞利波速度基准值 。
5工程实例
某建筑工程场地位于VII度设防区 ，采用振冲碎石桩对地基进行了加固处理，场地地层由上之下分别为：杂填土厚度约1.0～1.5m，细砂，厚度2.5～6.4m，存在液化现象，以下为粗砂和砾砂。地下水位于地表下1.2m。碎石桩桩径为0.8m，桩长大于8.5m，桩间距为1.16m。碎石桩处理前、后标贯击数见图1，处理前、后的瑞利波速度见图2。从图1和图2可以看出：加固处理前标贯击数N值和瑞利波速度较低，6.0m以内存在液化现象，加固处理后标贯击数N值和瑞利波速度增值较大，但是用天然地基液化判别式（1）、（6）进行判别，4.5m以内仍然存在液化现象。考虑桩体的应力集中作用和排水作用后用 式（15）进行判别，则不存在液化现象。
6．结语
本文利用瑞利波速度在天然地基液化判别的基础上考虑碎石桩桩体的应力集中作用和排水作用给出了碎石桩复合地基液化的判别的工程方法。
参考文献
[1]徐志英.用砾石排水桩抗地震液化的砂基孔压计算[J].地震工程与工程振动,1992,12(4)88～92
[2]郑建国. 碎石桩复合地基液化判别方法的探讨[J]. 工程勘察,1999,(2):5～8
[3]何光讷,振冲碎石桩复合地基液化势的判别,辽宁工程结构,东北大学出版社,2000
[4]方磊,许明军.碎石桩处理液化地基效果评价,地震工程与工程震动,2006,26（1）
[5]王宁伟，复合地基理论及工程应用，中国地震局工程力学研究所博士学位论文2006
关键词：复合地基、液化判别、应力集中
1概述
碎石桩具有抗砂土液化的能力，因此碎石桩复合地基在加固液化地基方面得到广泛的应用，在实际地震中,也证实了这种加固方法的有效性。但是在实际工程中如何判别碎石桩复合地基桩间土的液化可能性仍然是一个没有很好解决的问题。
文献[1]利用Seed]提出的碎石桩复合地基排水方程，分析了复合地基的振动孔隙水压力，郑建国[2]通过现场试验并考虑排水和桩体效应，提出了修正标准贯入击数的方法，何广讷[3]在此基础上对其进行了修正，方磊[4]在前人工作的基础上提出了适用于碎石桩复合地基的修正seed简化法。
本文在现有的研究的基础上，提出了考虑碎石桩体排水效应和桩体应力集中效应的瑞利波法复合地基液化判别。
2天然地基液化的判别
目前在实际工程中对天然地基液化的判别方法主要归为两大类：一类是根据标准贯入试验建立的判别方法，如现行的《建筑抗震规范》Gb50011-21；另一类是根据场地土的剪切波速或者瑞利波速度判别。
2.1规范法
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）给出了天然地基液化判别标准贯入试验法：在地面以下15m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：
(1)
在地面下15～20米范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：
(2)
式中 —液化判别标准贯入锤击数临界值；
—液化判别标准贯入锤击数基准值；
——饱和土标准贯入点深度（m）；
——粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。
2.2瑞利波速度液化判别法
近十年来瑞利波勘探技术在国、内外得到广泛的应用。瑞利波速度Vr与剪切波速度Vs具有如下的关系：
(3)
式中， 为介质的泊松比。一般土层的泊松比 =0.45～0.49，所以有如下关系：
(4)
标准贯入击数N与瑞利波速度的关系：
(5)
将式（5）代入式（1）、（2）中得到：
（6）
（7）
式中
——计算的临界瑞利波速度
——瑞利波测点的深度
——常数
其它参数同上
3碎石桩复合地基的液化判别
碎石桩具有应力集中作用和排水作用，在实际地震中证实了碎石桩复合地基抗液化有效性。国、内外研究者采用数值分析的方法对这方面的问题进行了很多的研究。
3.1桩体应力集中作用
由于碎石桩桩体的剪切模量比桩间土剪切模量大，在水平动剪应力作用下，桩间土分担的剪应力减小，从而将影响地震孔隙水压力的产生。
按照复合地基理论中的变形协调性原则，地基在承受应力时，桩身和桩间土上的应力比可以近似按刚度比分配，即：
(10)
因此，可以推导出：
(11)
式中 ， ——分别为桩身和桩间土的剪应力；
——应力比。
——面积置换率
桩体应力集中作用的修正系数为：
(12)
天然地基经碎石桩加固后，桩间土得到振密和挤密，标贯击数与天然地基相比得到很大的提高，因此，桩间土或复合地基的临界标准贯入锤击数可按下式计算[22]：
(13)
式中 ——加固后复合地基的标准贯入锤击数
——桩间土加固后的标准贯入锤击数（未经杆长修正）
——桩土应力比，一般为2～4
——面积置换率
3.2桩体的排水作用
碎石桩复合地基的排水作用是随着置换率和地震烈度的增大而加大。在实际工程中，碎石桩的置换率一般为m=0.082～0.25，地震烈度为7～9度。文献[3]给出碎石桩的排水作用系数 为：
（14）
式中I为判别场地的地震烈度。
4．瑞利波速度判别法
本文在天然地基瑞利波法判别液化的基础上综合考虑复合地基的挤密、振密桩体效应和排水效用，给出了复合地基液化判别式：
(15)
式中 ——计算的复合地基临界瑞利波速度；
——分项系数，
——桩体效应折减系数，
——瑞利波测点的深度
——地下水位深度
——复合地基瑞利波速度基准值 。
5工程实例
某建筑工程场地位于VII度设防区 ，采用振冲碎石桩对地基进行了加固处理，场地地层由上之下分别为：杂填土厚度约1.0～1.5m，细砂，厚度2.5～6.4m，存在液化现象，以下为粗砂和砾砂。地下水位于地表下1.2m。碎石桩桩径为0.8m，桩长大于8.5m，桩间距为1.16m。碎石桩处理前、后标贯击数见图1，处理前、后的瑞利波速度见图2。从图1和图2可以看出：加固处理前标贯击数N值和瑞利波速度较低，6.0m以内存在液化现象，加固处理后标贯击数N值和瑞利波速度增值较大，但是用天然地基液化判别式（1）、（6）进行判别，4.5m以内仍然存在液化现象。考虑桩体的应力集中作用和排水作用后用 式（15）进行判别，则不存在液化现象。
6．结语
本文利用瑞利波速度在天然地基液化判别的基础上考虑碎石桩桩体的应力集中作用和排水作用给出了碎石桩复合地基液化的判别的工程方法。
参考文献
[1]徐志英.用砾石排水桩抗地震液化的砂基孔压计算[J].地震工程与工程振动,1992,12(4)88～92
[2]郑建国. 碎石桩复合地基液化判别方法的探讨[J]. 工程勘察,1999,(2):5～8
[3]何光讷,振冲碎石桩复合地基液化势的判别,辽宁工程结构,东北大学出版社,2000
[4]方磊,许明军.碎石桩处理液化地基效果评价,地震工程与工程震动,2006,26（1）
[5]王宁伟，复合地基理论及工程应用，中国地震局工程力学研究所博士学位论文2006