蚌埠地區(qū)飽和粉土液化判別的對(duì)比及分析

柳莉 吳偉

(蚌埠市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，安徽蚌埠 233000)

0 引言

在2008年，我國(guó)的四川汶川大地震中，有大量的砂土液化發(fā)生，同時(shí)伴有不同程度的噴水冒砂，導(dǎo)致地面下沉、大規(guī)?；乱约敖Y(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)破壞，給國(guó)家和人民群眾帶來(lái)了重大的損失。飽和砂(粉)土液化是導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)破壞的主要因素之一。之后隨著國(guó)家新抗震規(guī)范的實(shí)行，以及城市的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷增加，對(duì)于飽和砂(粉)土液化的研究也越來(lái)越重視。飽和砂(粉)地區(qū)，準(zhǔn)確地判別地基土的液化是工程勘察、抗震設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一，如果能事前準(zhǔn)確識(shí)別，就可以在設(shè)計(jì)中采取適當(dāng)措施，予以防治;如果漏判、錯(cuò)判，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。蚌埠作為一個(gè)重要的交通樞紐城市，準(zhǔn)確的判別蚌埠地區(qū)的飽和粉土液化是很有必要的。

下面僅采用2001和2010版建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)蚌埠地區(qū)飽和粉土液化判別進(jìn)行對(duì)比及分析。

1 飽和砂(粉)土液化機(jī)理及液化的主要條件

飽和砂(粉)土主要是單粒結(jié)構(gòu)，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在強(qiáng)烈地震作用下，疏松不穩(wěn)定的砂粒與粉粒移動(dòng)到更穩(wěn)定的位置;但地下水位下土的孔隙已完全被水充滿，在地震作用的短暫時(shí)間內(nèi)，土中的孔隙水無(wú)法排出，砂粒與粉粒位移至孔隙水中被漂浮，此時(shí)土體的有效應(yīng)力為零，地基喪失承載力，造成地基不均勻下沉，導(dǎo)致建筑物破壞。

發(fā)生液化的同時(shí)需要滿足三個(gè)條件:1)土質(zhì)為疏松或稍密的粉砂、細(xì)砂或粉土;2)土層處于地下水位以下，呈飽和狀態(tài);3)遭遇大、中地震[3]。

2 新舊抗震規(guī)范液化判別公式的差別

新舊規(guī)范在飽和粉土液化的初判公式上沒(méi)有進(jìn)行修改，以及液化指數(shù)計(jì)算公式也沒(méi)有進(jìn)行修改。但在飽和粉土液化判別公式上存在較大的差別，下面進(jìn)行分析:

1)液化判別公式不同。

a.舊規(guī)范液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計(jì)算:

其中，Ncr為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值;N0為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值;ds為飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度，m;ρc為粘粒含量百分率，當(dāng)小于3或?yàn)樯巴習(xí)r，應(yīng)采用3。

b.新規(guī)范液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計(jì)算:

其中，Ncr為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值;N0為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值;ds為飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度，m;dw為地下水位，m;ρc為粘粒含量百分率，當(dāng)小于3或?yàn)樯巴習(xí)r，應(yīng)采用3。

2)液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值N0的取值不同。舊規(guī)范中N0是根據(jù)設(shè)計(jì)地震分組和抗震設(shè)計(jì)取值;新規(guī)范中則是根據(jù)設(shè)計(jì)基本地震加速度。

3)液化判別深度范圍不同。舊規(guī)范認(rèn)為應(yīng)判別地面下15 m范圍內(nèi)土的液化;當(dāng)采用樁基或者埋深大于5 m的深基礎(chǔ)時(shí)，尚應(yīng)判別15 m～20 m范圍內(nèi)土的液化。新規(guī)范則說(shuō)應(yīng)判別地面以下20 m范圍內(nèi)土的液化;而對(duì)可不進(jìn)行天然地基以及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算的各類建筑，可以只判別地面下15 m范圍內(nèi)土的液化。

4)新規(guī)范增加了震級(jí)調(diào)整系數(shù)β。β取值為:設(shè)計(jì)地震第一組取 0.80，第二組取 0.95，第三組取 1.05[1，2，4]。

3 蚌埠地區(qū)飽和粉土的巖土特性及液化初判

蚌埠地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。蚌埠地區(qū)飽和粉土主要分布在淮河兩岸，此地帶主要是由淮河沖積所形成的河漫灘，飽和粉土為全新世河流沖積而形成(Qal4)。灰黃、深灰色，稍密狀，很濕～飽和，上部灰黃色粉土間夾棕紅色，可塑～軟塑狀粘性土，含氧化鐵銹斑。下部深灰色粉土，間夾薄層淤泥～淤泥質(zhì)粘性土，富含有機(jī)質(zhì)及腐殖質(zhì)。天然含水量的大小與豐水期、枯水期有直接關(guān)系，天然含水量(w)在 25.0～40.0之間，天然重度在 17.5 kN/m3～19.5 kN/m3之間，天然孔隙比(e)在 0.80 ～1.00 之間。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)(N)在3.0擊～10.0擊之間。靜力觸探比貫入阻力(ps)在1.10～4.20之間。初判該飽和粉土為液化土層。該層厚一般為 8.00 m ～11.00 m 之間。

4 新舊規(guī)范對(duì)蚌埠地區(qū)飽和粉土液化判別計(jì)算結(jié)果及分析

蚌埠市某住宅工程位于淮河北岸，本工程勘察期間測(cè)得穩(wěn)定地下水的水位在1.25 m左右，近期內(nèi)年最高水位在1.0 m左右。根據(jù)外業(yè)鉆探揭露，場(chǎng)地內(nèi)地基土在20.0 m的深度范圍內(nèi)可分為4個(gè)工程地質(zhì)層，①層耕土(Qml4)，層厚0.80 m～1.10 m;②層粉土(Qal4)，層厚7.80 m ～8.50 m;③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(Qal4)，層厚3.10 m ～4.10 m;④層粉質(zhì)粘土(Qal4)，層厚6.50 m ～8.30 m。

依據(jù)GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范分別進(jìn)行液化判別，計(jì)算見表1。

表1 液化判別計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述的計(jì)算，2001版建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范算的②層飽和粉土的液化指數(shù)在1.36～4.90之間，2010版為 0.71～3.75之間，都屬輕微液化土層。新舊規(guī)范在液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值的不同，蚌埠地區(qū)的N0由6調(diào)整為7。在0 m～5 m之間，新規(guī)范算的液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值略小于舊規(guī)范;在大于5 m時(shí)，新規(guī)范算的液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值略大于舊規(guī)范。舊規(guī)范計(jì)算結(jié)果稍大于新規(guī)范，其值差別在1～3之間，但對(duì)判別結(jié)果差別不大，對(duì)蚌埠市飽和粉土液化等級(jí)及處理措施沒(méi)有太大影響及改變。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)新舊建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范液化判別公式的比較及對(duì)蚌埠地區(qū)飽和粉土液化判別的分別計(jì)算，可見如下:

1)新舊規(guī)范在飽和粉土液化的初判公式和液化指數(shù)計(jì)算公式上沒(méi)有進(jìn)行修改，但在飽和粉土液化判別公式上存在較大的差別。

2)在蚌埠地區(qū)，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值的值由6調(diào)整為7。

3)對(duì)于蚌埠地區(qū)飽和粉土液化計(jì)算，新規(guī)范算的液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值相差較小，不到一個(gè)擊數(shù)。

4)對(duì)于蚌埠地區(qū)飽和粉土液化計(jì)算，舊規(guī)范計(jì)算結(jié)果稍大于新規(guī)范，其值差別在1～3之間，但對(duì)判別結(jié)果差別不大，對(duì)蚌埠市飽和粉土液化等級(jí)及處理措施并沒(méi)有太大影響及改變。

[1] GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 劉曉立.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].第3版.北京:科學(xué)出版社，2010.

[4] 陳 鏡，胡春林，楊婷婷.飽和土液化判別公式的討論[J].山西建筑，2012，38(10):53-55.