通過標(biāo)貫和靜探對蚌埠某變電所液化計算的研究

李金華，　孫禮健

(安徽省電力設(shè)計院，安徽 合肥　230601)

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通過標(biāo)貫和靜探對蚌埠某變電所液化計算的研究

李金華，孫禮健

(安徽省電力設(shè)計院，安徽 合肥230601)

摘要：文章以蚌埠淮上區(qū)某變電站的巖土工程勘測為背景，分別采用標(biāo)準(zhǔn)貫入和雙橋靜力觸探測試進行場地液化判別計算，得出標(biāo)貫法計算的液化指數(shù)ILE為靜探法的1.77～2.91倍。通過分析靜探法在該區(qū)域不適用的原因，提出在淮河中游漫灘區(qū)域建立新的利用靜探測試值進行液化判定的構(gòu)想，并指出切入點。

關(guān)鍵詞：粉土；粉砂；液化指數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)貫入；靜力觸探

0引言

粉土砂土液化是地震作用所引起的最顯著的震害形式之一,其伴隨著地震作用產(chǎn)生大規(guī)模的地面沉陷、變形、滑移和噴砂冒水,造成場地破壞。若將建筑物建立在可液化土層上,在地震作用下就可能產(chǎn)生嚴(yán)重破壞,因此,事先判別場地地基土在設(shè)計地震作用下是否液化,以及液化的破壞程度,就顯得尤為重要。判定建設(shè)場地是否液化及液化等級等直接關(guān)系到后期設(shè)計方案的優(yōu)化選擇,以及建筑物抗震性能是否滿足抵抗突發(fā)相應(yīng)震級的要求[1-2]。

針對場地液化判別的方法,文獻[3-4]給出了明確方法,即對于初判需要進一步進行液化判定的飽和砂土、粉土,應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗法判別地面下20 m范圍內(nèi)土層的液化。同時,文獻[5]方法是除可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗方法外,尚宜采用靜力觸探的試驗方法,綜合判液化可能性和液化等級。

本文以安徽省蚌埠市淮上區(qū)某220 kV變電站工程為依托,對同一建筑場地進行以標(biāo)準(zhǔn)貫入和雙橋靜力觸探試驗為依據(jù)的液化判定,并對結(jié)果差異進行分析,為該區(qū)域的相似工程提供借鑒。

1場地巖土工程條件

該站址位于淮河以北和北淝河以南的平地上,地勢開闊,在區(qū)域地貌上屬淮河沖積平原,微地貌為平地。場地高程為16.20～17.90 m之間(56黃海高程系)。根據(jù)勘探成果,站址區(qū)主要分布的地層為淮河流域第四系全新統(tǒng)沖積形成的粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、粉細砂。地層依次為:①層粉質(zhì)黏土(Q4al),灰黃色,稍濕,可塑,局部軟塑,該層底部夾有薄層粉土,水平層理結(jié)構(gòu);該層厚度均勻,一般厚度為1.5～2.8 m。②層粉土(夾薄層粉砂)(Q4al),青灰色,飽和,稍密,局部夾薄層粉砂,呈互層狀;該層在站址南側(cè)局部位置厚度較大,厚度為1.3～5.8 m。③層粉土(Q4al),青灰色,飽和,稍密,局部中密,層狀構(gòu)造。該層厚度不均,范圍在1.0～9.6 m之間。④層粉土(夾粉砂)(Q4al),青灰色,飽和,為中密狀態(tài),局部夾少量粉砂,呈互層狀;該層在站址區(qū)分布較廣,厚度為3.2～7.0 m之間。⑤層粉細砂(Q4al),青灰色,飽和,中密,底部密實,顆粒均勻,底部夾薄層粘性土,呈水平層理結(jié)構(gòu),該層在站址內(nèi)均有分布,未揭穿。

根據(jù)抗震規(guī)范,擬選站址在50年內(nèi)、一般場地條件下,可能遭遇超越概率為10%的地震動峰值加速度為0.10g,相當(dāng)于地震基本烈度Ⅶ度,抗震設(shè)計分組第一組。鉆孔揭示,地層20 m深度范圍內(nèi)有粉細砂、粉土層存在,故需對該擬建站址場地做液化判定。

場地淺部地下水主要為孔隙性潛水和少量上層滯水,局部位置由于開挖,上層滯水與地下潛水已經(jīng)形成了連通。上層滯水賦存于①層粉質(zhì)黏土中,潛水賦存于②層粉土及以下地層中。淺部地層透水性較好,水位受大氣降水、地表水及季節(jié)的影響變化較大,勘探期間地下穩(wěn)定水位埋深在1.20～2.60 m之間。考慮到場地地勢較低,緊鄰淮河及其支流,在歷史上曾有被淹的記載,為了工程安全,本次液化判定時地下水位埋深按照0 m考慮。

2原位測試和土工試驗成果

現(xiàn)場采用3個勘探點進行標(biāo)準(zhǔn)貫入和雙橋靜力觸探試驗對比,孔號依次為C1、C12、C25。受篇幅限制,本文僅列出C1勘探點液化土層②層粉土的雙橋靜力觸探試驗結(jié)果,見表1所列,表1中,ds、fs、qc分別為試驗點深度、側(cè)壁阻力、錐尖阻力。C12、C25觸探值僅作為計算依據(jù),略去。

表1　C1孔②層土靜力觸探測試結(jié)果表

標(biāo)準(zhǔn)貫入采用標(biāo)準(zhǔn)錘重63.5 kg擊打,落錘高度為76 cm,雙橋靜力觸探采用溧陽產(chǎn)靜探試驗儀器完成,測試前探頭經(jīng)標(biāo)定校準(zhǔn),鉆孔所取擾樣由我院土工試驗室按照規(guī)范進行顆粒分析。

3液化計算

3.1根據(jù)抗震規(guī)范進行液化判定

通過鉆孔C1、C12、C25的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗和土工試驗結(jié)果,根據(jù)文獻[3]中公式進行計算。受篇幅限制,僅列出C1孔的液化判定統(tǒng)計成果,統(tǒng)計結(jié)果見表2所列,單孔液化等級為嚴(yán)重。

具體計算為

(1)

(2)

表2中，ρc、Ncr、Ni、di、Wi、IIE、I＇IE分別為粘粒含量、臨界標(biāo)貫擊數(shù)、實測標(biāo)貫擊數(shù)、標(biāo)貫代表層厚度、權(quán)函數(shù)、各標(biāo)貫點液化指數(shù)、單孔液化指數(shù)。

由表2可以得出,③層粉土液化點最為顯著,該層土液化情況達到嚴(yán)重程度,②層、④層粉土液化程度為輕微-中等。

場地3個液化判別孔的單孔液化指數(shù)IlE=20.64～39.05,場地液化等級為嚴(yán)重,屬建設(shè)的不利地段。

與此同時，往生塔內(nèi)，驟然暴起了一團紅芒，紅芒映照出一具骸骨般的身影，他站在塔嘎嘎出陣陣鬼嘯般的鳴音，同時口中鮮血外溢，化作數(shù)道細流，沿著刀刃逆流而上，所過之處，刀刃發(fā)出熒熒的紅光，璀璨奪目。

3.2根據(jù)軟土勘察規(guī)范進行液化判定

通過勘探孔C1、C12、C25的雙橋靜力觸探試驗和鄰近鉆孔取擾樣的土工試驗結(jié)果,根據(jù)文獻[5]公式計算為

(3)

(4)

表3　靜力觸探試驗液化統(tǒng)計表

3.3結(jié)果分析

通過上述2種方式進行計算，3個勘探孔根據(jù)文獻[1]采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗法進行液化判定，得出場地的液化等級為嚴(yán)重，液化指數(shù)≥20.64；根據(jù)文獻[2]采用靜力觸探試驗法進行液化判定，得出場地液化等級為中等，液化指數(shù)≤13.40，可見2種判定結(jié)果之間有較大差異。

文獻[5]中的液化判定(3)式是針對上海和南方地區(qū)互層狀沉積、非單一性的砂土,通過現(xiàn)場試驗,將此類土物理力學(xué)性質(zhì)的靜探錐尖阻力和標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)進行相關(guān)分析,通過對比試驗,建立起來的判別液化土的公式。說明該公式的適用范圍具有明確的局限性,主要適用于上海及南方砂土與其他土互層狀的地層[6-7]。而本工程所在地蚌埠屬于淮河中游沖積平原,場地主要為粉土粉砂,且沉積較均勻,其土體物理力學(xué)性質(zhì)、沉積時代和外力作用歷史和上海地區(qū)軟土差異較大。因此,不宜直接采用(4)式進行地層液化判定計算，需對公式進行修正,重新分析淮河中游沖積漫灘地區(qū)粉土砂土的靜探測試值與標(biāo)貫測試值的相關(guān)性,建立新的判別公式。

目前,國內(nèi)外工程建設(shè)中場地液化判定的主要用標(biāo)貫試驗進行,而靜力觸探試驗對反映砂土粉土的物理力學(xué)性質(zhì)和沉積特點具有獨到的優(yōu)點,并且靜探測試在場地適應(yīng)性和經(jīng)濟性上都有較大優(yōu)勢[8-10]。

針對淮河流域中游沖積成因的漫灘洼地的粉土砂土,如果能夠建立靜探測試值與標(biāo)貫錘擊數(shù)、土顆粒成分等之間的經(jīng)驗關(guān)系,利用靜探測試成果進行場地液化判定,對該地區(qū)內(nèi)河道治理、中小型水利建設(shè)及市政道路等各類工程建設(shè)的場地液化判定均有較大指導(dǎo)意義,將會產(chǎn)生較為顯著的經(jīng)濟效益。

4結(jié)論

(1) 以蚌埠淮上區(qū)某變電所勘測為背景,分別采用抗震規(guī)范和軟土勘察規(guī)程進行場地液化判定,得出按抗震規(guī)范計算出的場地液化等級是按軟土勘察規(guī)程計算值的1.77～2.91倍。

(2) 分析了軟土勘察規(guī)程中液化判定公式使用的局限性,說明該公式不適用于淮河中游沖積成因粉土粉砂的原因。

(3) 提出靜探測試與標(biāo)貫錘擊的統(tǒng)計分析方式[5],建立淮河中游漫灘地區(qū)粉土粉砂的靜探測試值與標(biāo)貫錘擊數(shù)、土體物理力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系,得出新的靜探液化判定公式的設(shè)想。

〔參考文獻〕

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收稿日期：2015-12-25；修改日期：2016-01-19

作者簡介：李金華(1983-)，男，湖北宜昌人，安徽省電力設(shè)計院工程師．

中圖分類號：TU413

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)01-0094-03