本文是一篇建筑学论文，本文只针对工程常用的液化处理措施-碎石桩进行研究，因碎石桩是散体结构，在地震作用下能提供一定的排水通道，类似的砂桩等散体结构应该也有这方面的作用。研究散体结构与黏土结构组合成的组合桩，对地基的承载力、土体液化也能提供一定的参考价值。
第一章绪论
1.1研究背景与意义
1.1.1研究背景
近年来，随着水利工程的发展，城市河道建设与生态景观结合日益密切，在保证河道原有的防洪、灌溉功能前提下，城市河道建设的发展越来越倾向于水生态、水景观[1]。建设在河道中的坝与水闸相比，具有一定的优点，如：坝的过水断面较大，能形成一定的景观水面；水流的流态只有堰流，减小对下游的冲刷[2]，因此，在城市河道建设时结合景观效果大多选择坝。在选择坝的形式时，结合河道的相关功能并考虑使用寿命、施工方便等相关因素[3]，通过对设计中常采用的钢坝、橡胶坝等挡水构筑物进行方案比选[4-5]，选择钢坝作为河道水景观常用构筑物。钢坝作为一个新型的河道建筑物，与其他建筑物，如水闸、橡胶坝相比较，具有结构复杂，工程规模大，工程投资高等特点。
在地震作用下，砂土易液化，液化对上部建筑物产生不良影响，严重危及生命及财产安全[6-7]。建设在河道中构筑物，因未查明地基土层地质或未进行地基处理，导致地震作用下地基土发生液化，从而造成建筑物的损坏及人员伤亡的案例早已发生[8-10]。因此，在水工建筑物设计过程中，必须对液化地基引起高度重视。
地震是一件偶然事件，在工程设计时，每一件工程如果按照某某次强地震去设计，就会提高工程等级进而扩大工程规模，增加工程投资；如果不考虑地震，小震也可能会影响建筑物的安全运行。为了兼顾工程运行安全及工程投资，在不易发生地震地区，采用抗震设防烈度作为抗震设计指标[11]。
随着城市河道的发展，河道建设与生态景观结合日益密切，钢坝作为一种新型挡泄水建筑物，广泛应用于河道建设中。在地震作用下，砂土易液化，地基液化对上部建筑物产生不良后果，为保证建筑物的安全运行，在不易发生地震地区，采用设防抗震验算地基液化对上部结构的影响，对产生的影响采取防控措施，并对方案进行优化，为以后工程设计提供借鉴。
1.2国内外研究现状
1.2.1液化土的判别及影响特点研究现状
针对液化土的判别，不同学者依据不同的地域、土层地质条件等，提出不同的判别方法。肖诗豪等提出了规范法在进行判别时存在着不确定性，为了准确判别，以中国标贯试验的液化案例库为研究基础资料，建立了4种广义线性模型进行液化判别[23]。肖诗豪等提出了以剪切波速作为评判土体液化的模型[24]。王伟智对当前国内外的液化判别方法进行总结，提出了液化敏感性这一影响因素，在应用时，采用NCEER法、LPI法进行评判。当需要对其进行单点液化评估或者判别敏感性要求较高时，选择选择NCEER法；当需要对其进行总体液化评估或判别敏感性要求较低时，选择LPI法[25-27]。杨玉生等介绍了液化土的判别方法，阐述规范判别方法、SEED简化液化判别方法、动力反应分析法的优缺点及使用条件，为液化土的判别提供指导[28]。
余敏等对某水库大坝土体进行液化判别，以土的颗粒大小为准则进行初判，以土的相对含水率为准则进行复判。为了评判准确性采用动三轴试验结果进行核验，核验方法选用SEED法[29-30]。曹仁斌对田村水库坝基进行液化判别，以土体颗粒大小为初判准则，以标准贯入锤击法为复判准则。为保证结果的正确性，通过与相对密度法计算的结果进行综合对比确定判别[31-32]。胡亚东对国际案例莫桑比克昌巴水电站的坝基进行液化判别，采用国内剪切波法和美国NCEER判别法进行综合复判[33]。周清丽对某水库坝基进行液化判别时，经过综合对比方案，选择的复判方法是标准贯入试验法[34]。赵秋等为明确地基液化土体判液化标准，以某水电站为研究背景，阐明液化判别方法。初判以颗粒大小、黏粒含量、上限剪切波速作为评判标准，复判以标贯试验锤击数、土的相对密度、动力触探、地震剪应力比作为依据[35]。张思宇等在进行探索液化判别方法时，将Boulanger数据库171组数据为回归样本，对样本数据进行归纳总结，以CPT液化判别为理论支撑，绘制了双曲线模型，并提出了液化计算公式，为确保结果的适用性，又提取新的数据源——2011年新西兰地震147组液化新数据，进行对比适用[36]。邓义龙依托某跨长江公路连接工程的静力触探数据，分析确定性计算方法与概率计算的评判指标：土体循环抗力比(CRR)与地震诱发的循环应力比(CSR)，通过进行对比，概率法的计算更为精确[37]。董林等利用台湾集集地震静力触探实验（CPT）数据，检验基于CPT测试的Robertson液化判别方法和Olsen方法，通过对液化点进行判别，CPT液化判别方法对液化点判别基本可靠[38]。
第二章钢坝建设区域工程概况
2.1钢坝建设区域基本概况
2.1.1自然地理概况
本文研究的对象是廊坊市某钢坝。廊坊地理位置优越，廊坊背靠京津，面向雄安，地处北京、天津和雄安新区“黄金三角”核心腹地，是以北京为核心的世界级城市群重要节点城市，素有“京津走廊明珠”之称，全市境内铁路、高速、国省干道纵横交错，路网密度达到发达国家水平。主城区距北京城区40km、距天津城区60km、距雄安新区80km，距首都国际机场和天津滨海国际机场70km，距天津港100km，紧邻北京大兴国际机场，是一小时车距内坐拥有三个国际机场、一个特大港口资源的城市。钢坝工程区位图如图2-1所示。
2.1.2气候条件
根据气象局的最新数据，廊坊市一年之中，一月份的温度最低，平均温度是-4.7℃，七月份的温度最高，平均温度是26.2℃。这一年的平均温度是12℃。廊坊市一年之中的降雨量不均匀，降雨时间主要是在夏季，其中6~8月的降雨量最多，大约能够占到全年降雨量的70%~80%，年平均降水量为554.9mm。
2.2工程地质条件
2.2.1水文地质
建设区内地下水主要接受大气降水及地表水入渗补给，水文地质类型为冲洪积型，基岩以上覆盖着冲洪积巨厚储水岩层。
根据现场实际测量，埋深4.60～5.00m为稳定地下水位，相应高程6.78～6.82m，根据地区经验，地基土属于微～中等透水层。
2.2.2工程地质
工程建设区地貌单一、属河流冲积平原区。勘探点高程7.31m～11.82m。对工程建设区进行地质勘测，工程勘测平面图如图2-2所示，工程地质剖面图1-1’如图2-3所示，工程地质剖面图2-2’如图2-4所示。
第四系地层覆盖工程区地表，第四纪全新世冲洪积层及上更新世河湖相沉积层构成了地表出露与钻探揭露的地层岩性，依据现场钻探取样对地层进行土样分析，各层土的特性如表2-1土层结构特性表所示。钢坝的底板底高程为5.9m~4.7m，持力层为第四层粉质黏土层，研究钢坝底板以下15m范围内的土层性质满足地基液化影响对钢坝安全运行的要求。
第三章地基液化判别方法的研究..........................13
3.1规范法判别土体液化....................................13
3.1.1液化土的初判准则............................13
3.1.2液化土的复判准则.......................................14
第四章地基液化对钢坝安全影响的研究....................30
4.1钢坝正常运行工况数值模拟研究..........................30
4.1.1钢坝结构设计.................................30
4.1.2钢坝应力分布特点数值模拟研究................................32
第五章钢坝地基液化防控措施研究........................57
5.1复合地基处理措施............................57
5.1.1复合地基理论..................................57
5.1.2钢坝地基处理的必要性..................................57
第五章钢坝地基液化防控措施研究
5.1复合地基处理措施
5.1.1复合地基理论
复合地基的应用最早出现在20世纪60年代，距今已有60多年的发展历史。改革开放以后，随着我国土木工程建设的发展，对复合地基的应用也越来越广泛，新材料、新工艺的应用也得到推广。
复合地基是指当天然地基中存在一定不满足设计要求的地基问题时，为满足工程设计要求，需对天然地基加以处理，处理的方式根据天然地基存在的问题而不同，经处理的天然地基含有土体和不同材料共同作用，将此地基称为复合地基。
5.1.2钢坝地基处理的必要性
依据第三章地基液化判别方法的研究，采用数值分析法对上部结构和下部土层建立三维模型，对中细砂、砂壤土应用修正UBCSAND本构关系进行液化分析，选取土体的孔隙压力比、标准化最大应力比作为判别液化指标，评判结果是土层中细砂发生液化。
依据第四章地基液化对钢坝安全影响的研究，在地震作用下，研究钢坝在不同运行工况（完建工况、蓄水工况、洪水工况）下，钢坝地基沉降规律。经过数值分析，钢坝地基的最大沉降量发生在洪水+地震工况，最大值为157mm，地基上下游最大沉降差也发生在洪水+地震工况，最大值为53mm。通过与正常运行工况地基下游沉降量及上下游沉降差进行对比，在地震作用下，完建工况地基沉降没影响；蓄水工况地基下游沉降量增加5%，上下游沉降差增加3%；洪水工况地基下游沉降量增加13%，地基上下游沉降差增加39.5%。洪水+地震工况对地基沉降影响较大，需要对其采取
