淺談核電建設(shè)中砂土和粉土液化判別的問題

黃朋

摘 要：我國(guó)大部分核電建在沿海地區(qū)，而沿海地區(qū)多存在液化土地基，對(duì)于此種液化土地基存在規(guī)范規(guī)定，應(yīng)進(jìn)行液化判別。按工程要求的不同，應(yīng)采用不同的判別方法或采用多種方法進(jìn)行判別，并通過工程實(shí)例分析核電建設(shè)中飽和砂土和飽和粉土液化判別方法和判別結(jié)果，避免未加固處理的可液化土層作天然地基的持力層，并根據(jù)地基的液化等級(jí)、建筑類別、結(jié)合具體情況， 選擇適當(dāng)?shù)目挂夯胧?/p>

關(guān)鍵詞：核電廠；液化判別；液化等級(jí)；地震

1 前言

我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家， 在以往的多次強(qiáng)烈地震中， 由于砂土液化造成的各種災(zāi)害已成為一種不可忽視的地震破壞現(xiàn)象。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外地基破壞的分析與統(tǒng)計(jì)，其中80%是由于土體的液化引起的。因此，對(duì)土體液化的判別與處理是地基抗震設(shè)計(jì)中的主要任務(wù)。我國(guó)大部分核電建在沿海地區(qū)，而沿海地區(qū)多存在液化土地基。對(duì)于此種液化土地基存在規(guī)范規(guī)定，存在飽和砂土和飽和粉土（不含黃土）的地基，除抗震設(shè)防烈度為6度設(shè)防外（6度區(qū)的建筑物一般可不考慮液化影響），應(yīng)進(jìn)行液化判別。存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、地基的液化等級(jí)等，結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施。

2 砂土的液化判別

（1）當(dāng)抗震設(shè)防烈度為7～9時(shí)， 若場(chǎng)地分布有飽和砂土和飽和粉土?xí)r， 應(yīng)判別土層的液化可能性。

（2）根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》[4]（GB50021 2001）（2009年版）規(guī)定， 地震液化的進(jìn)一步判別應(yīng)在地面以下15m的范圍內(nèi)進(jìn)行；對(duì)于樁基和基礎(chǔ)埋深大于5m的天然地基，判到深度應(yīng)加深至20m。對(duì)判別液化而布置的勘探點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)，勘探孔深度應(yīng)大于液化判別深度。

（3）無成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)于飽和土的判別， 根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1] （ GB J50011- 2010）規(guī)定按下式進(jìn)行： N63.5

（4）存在液化土層的地基， 根據(jù)液化指數(shù)Ile按表1劃分液化等級(jí)。

3 工程實(shí)例中砂土的液化判別

某核電廠BOP及管廊勘察區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，應(yīng)對(duì)場(chǎng)地地震液化進(jìn)行判別。

該項(xiàng)目可能產(chǎn)生液化的地層為③中砂（稍密～中密）、④礫砂（松散～中密）。

由于擬建建筑物的抗震要求不同，現(xiàn)采用兩種規(guī)范要求對(duì)可能液化的地層進(jìn)行液化判別。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（GB50011-2010）4.3.3條，對(duì)③中砂、④礫砂是否液化進(jìn)行判別。

在勘探深度范圍內(nèi)，規(guī)劃地面20.0m以內(nèi)的土層，分布有③中砂層，呈稍密～中密狀態(tài)，④礫砂層，呈松散～稍密狀態(tài)。當(dāng)飽和砂土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)（未經(jīng)桿長(zhǎng)修正）小于或等于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值時(shí)，應(yīng)判為液化土，液化判別標(biāo)準(zhǔn)入錘擊數(shù)臨界值可按下式計(jì)算：

Ncr=N0*β[ln（0.6ds+1.5）-0.1dw]（[3/ρc]）

式中： Ncr——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值；

N0——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，7度 （0.10g），設(shè)計(jì)地震分組：第一組，判別深度：20m，N0=7；

ds——飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度（m）；

dw——地下水位（m）；

ρc——黏粒含量百分率，當(dāng)小于3或?yàn)樯巴習(xí)r，應(yīng)采用3；

β——調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)地震第一組取0.80。

液化判別結(jié)果詳見表2。

經(jīng)計(jì)算，某BOP及管廊地段③中砂層、④礫砂層標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)（未經(jīng)桿長(zhǎng)修正）大于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，在場(chǎng)地地震基本烈度為7度時(shí)不會(huì)發(fā)生液化。

對(duì)于GB廊道（抗震I類物項(xiàng)）、GC廊道（抗震Ⅱ類物項(xiàng)）和GS廊道（抗震Ⅰ類物項(xiàng)）存在的③中砂、④礫砂按《核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]（GB50267-1997）5.3條判別是否液化。

根據(jù)《核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]（GB50267-1997）5.3條，地基液化判別可采用現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（GB50011-2010）規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法，其中的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值宜按下列公式計(jì)算：

[N0=φiNi/φi] ； [φi=exp-a-bici2]

式中：

N0——標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值；

a——按物項(xiàng)的類別由規(guī)定的地震加速度峰值推算出的驗(yàn)算地點(diǎn)的地面加速度值（g），場(chǎng)地SL-1為0.1g，SL-2為0.2g；

i——序號(hào)；

[φi]——計(jì)算系數(shù)；

Ni、bi、ci——計(jì)算參數(shù)，可按《核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]（GB50267-1997）表5.3.2采用，Ni=4.5、bi=0.125g、ci=0.054g；

經(jīng)計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，抗震I類物項(xiàng)為N0=6.0，抗震Ⅱ類物項(xiàng)為N0=11.4；然后按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（GB50011-2010）規(guī)定進(jìn)行判別，液化判別結(jié)果見表3。

經(jīng)計(jì)算，GB廊道（抗震I類物項(xiàng)）、GC廊道（抗震Ⅱ類物項(xiàng)）和GS廊道（抗震Ⅰ類物項(xiàng)）地段③中砂層和④礫砂層標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)（未經(jīng)桿長(zhǎng)修正）大于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，在場(chǎng)地地震基本烈度為7度時(shí)不會(huì)發(fā)生液化。

根據(jù)上述方法判別，最大的區(qū)別在于標(biāo)準(zhǔn)貫入基準(zhǔn)值的取值，通過兩種規(guī)范方法的比較，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（GB50011-2010）對(duì)于沒有特殊要求的液化的判別更加符合實(shí)際需要，而對(duì)于有特殊要求的構(gòu)建物，應(yīng)采用其相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行判別。經(jīng)以上對(duì)比，對(duì)于核電構(gòu)建物，《核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]（GB50267-1997）抗震I類物項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值小于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（GB50011-2010）的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，而《核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]（GB50267-1997）抗震Ⅱ類物項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值大于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（GB50011-2010）的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，故抗震I類物項(xiàng)用《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（GB50011-2010）的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值取值更加合理，判別結(jié)果更加對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的幫助更大，而抗震Ⅱ類物項(xiàng)用《核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]（GB50267-1997）標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值取值更加合理，判別結(jié)果更加對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的幫助更大。

4 砂土的液化處理

通常情況應(yīng)避免未加固處理的可液化土層作天然地基的持力層。根據(jù)地基的液化等級(jí)、建筑類別、結(jié)合具體情況， 選擇適當(dāng)?shù)目挂夯胧?/p>

（1）采用全部消除地基液化的措施有：采用樁基、深基礎(chǔ)、深層處理至液化深度下界或挖除全部可液化土層。

（2）采用部分消除地基液化的措施有：挖除部分可液化土層、加固、固封、蓋重或人工加密。加密的目的為增加砂土的密實(shí)度；例如：振沖加密；擠密砂樁。

5 結(jié)論

砂土液化會(huì)使建筑物傾斜，地面下陷、地表噴砂冒水，甚至造成嚴(yán)重后果。因此，在核電廠的建設(shè)過程中，對(duì)存在飽和砂土或飽和粉土地層時(shí)，應(yīng)判別液化并進(jìn)行抗液化措施處理；在液化的判別上應(yīng)選用更加合理的規(guī)范和方法進(jìn)行判別，盡可能的為建筑物設(shè)計(jì)提供更加有力的資料依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] GB 50267-1997.核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)第四版[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006（7）.

[4] GB 50021-2001.巖土工程勘察規(guī)范[S].