某水庫庫區(qū)公路大橋液化程度判別分析

吳家浩，李 姝，王麗君，宋書志，曹 廷，鄭志龍

（1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川水利職業(yè)技術學院，四川 成都 610000）

0 前 言

液化是指飽水的松散砂土或粉土在地震或機械振動荷載作用下，孔隙水壓力上升、有效應力降低所導致的砂土由固態(tài)向液態(tài)轉化的現(xiàn)象，當產生工程上不能容許的變形時，稱為液化破壞［1-2］。

當前公路工程勘察設計中主要依據(jù)JTGB02—2013《公路工程抗震規(guī)范》（以下簡稱“公路規(guī)范”）中的相關規(guī)定進行液化判別［2］，按照此方法采取的標貫值為勘察期地面標高及地下水位標高下的實測值，而未考慮勘察期地面標高及地下水位變化后是否需要對標貫參數(shù)進行修正。

以某水庫庫區(qū)公路為例，在勘察期間水庫未蓄水，地下水位于地面以下，土體未完全飽和，未來水庫蓄水后將淹沒現(xiàn)地面，造成土體完全飽和［3］，若完全按照公路規(guī)范進行計算，則未考慮勘察期及運營期地下水位存在變化的情況，這與實際情況存在較大出入。

通過比較采用公路規(guī)范判別未完全飽水條件下的液化等級和采用GB50487—2008《水利水電工程地質勘察規(guī)范》（以下簡稱“水利規(guī)范”）判別水庫蓄水后完全飽和條件下的液化等級［2-4］，通過比較二者對液化判別結果的差異，說明在勘察期及運營期水位存在較大變幅的情況下完全采用公路規(guī)范進行液化判斷是存在誤差的，會導致因未考慮水庫蓄水產生誤判，造成不必要的工程事故。為了讓工程建設更安全［5-6］，這種情況下需要按照水利規(guī)范的相關規(guī)定，對勘察期測得的標貫值進行修訂后，再進行液化判別更為切合實際情況。

1 工程概況

1.1 橋梁概述

某橋梁位于西藏某擬建水庫庫區(qū)，大橋全長660m，為預應力混凝土結構連續(xù)T梁，共19跨，橋位區(qū)高程約3030～3070m。橋梁所在區(qū)域地震加速度為0.30g，地震動反應普特征周期為0.45s，相對應的地震基本烈度為Ⅷ度。

1.2 橋位區(qū)地層巖性

根據(jù)鉆孔揭露，橋位區(qū)全新統(tǒng)覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積層、第四系晚更新統(tǒng)沖積堆積層；橋位區(qū)出露巖性主要由念青唐古拉巖群八拉巖組片麻巖（Pt2-3b）。

橋位區(qū)右岸邊坡大部分見基巖出露，出露巖性為念青唐古拉巖群八拉巖組片麻巖，呈灰色、灰黑色等雜色，中粗粒結構，片麻狀構造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較完整，巖質堅硬。強風化巖芯呈碎塊狀，裂隙面見大量鐵、錳質渲染；弱風化帶巖芯呈短柱狀、柱狀。

橋梁勘察期間逐墩進行了鉆孔，并在砂土地層進行了標貫試驗。根據(jù)鉆孔揭露，橋位區(qū)右岸邊坡基巖出露，左岸及溝心存在深厚覆蓋層，其中溝心部位覆蓋層為第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積層，覆蓋層以中粗砂層為主，但在靠右岸及溝心部位地表20 m以內存在細砂及粉砂層，左岸覆蓋層為第四系晚更新統(tǒng)沖積堆積層。勘察期間地下水位位于地表以下8～10m，水庫建成后橋位區(qū)地面將完全被淹沒。按照公路規(guī)范的相關規(guī)定，需要對溝心及右岸地表以下20m內存在細砂、粉砂的地層進行液化評價。

2 地震液化判斷與液化指數(shù)計算方法

根據(jù)公路規(guī)范，橋梁樁基礎液化判別深度為地面以下20m范圍內［1-2］，且需要進行液化初判及液化復判。根據(jù)液化初判，橋位區(qū)存在液化可能的鉆孔共6孔（對于液化初判，按照不同規(guī)范判別結果不存在爭議，本文不再進行初判的詳細論述），對此6孔進行液化復判，液化復判及液化指數(shù)計算方法如下：

地面以下0～15m范圍內

地面以下15～20m范圍內

式中：Ncr為修正的液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值；N0為液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值，本橋取15；ds為勘察期飽和土標準貫入點深度，m；dw為勘察期水位；ρc為黏粒含量百分率，當小于3%或為砂土時，應采用3%。

根據(jù)水利規(guī)范規(guī)定，當標準貫入試驗貫入點深度和地下水位在試驗地面以下、不同于工程正常運用時，實測標準貫入錘擊數(shù)應按式3進行校正［7］，并應以校正后的標準貫入錘擊數(shù)N′作為復判依據(jù)。

式中：N′為校正后的標準貫入錘擊數(shù)；N為實測標貫錘擊數(shù)；d′s為正常運營期飽和土標準貫入點深度，m；d′w為正常運營期水位。

根據(jù)公路規(guī)范，對存在液化砂土的地基，可按式（4）計算每個鉆孔的液化指數(shù)

式中：IlE為液化指數(shù)；Ni為第i點標準貫入錘擊數(shù)的實測值，當實測值大于臨界值時應取臨界值的數(shù)值；Ncri為第i點標準貫入錘擊數(shù)的臨界值；di為第i點所代表的土層厚度，m，可采用與該標準貫試驗點相鄰的上下兩標準貫試驗點深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度；Wi為第i土層單位土層厚度的層位影響權函數(shù)值，m-1，若判別深度為15m，當該層中點深度不大于5m時應取10，等于15m時取0，5～15m按線性內插法取值；若判別深度為20m，當該層中點深度不大于5m時取10，等于20m時取0，5～20m時按線性內插法取值。

3 不考慮水庫蓄水液化判別

當前公路工程勘察設計中主要依據(jù)公路規(guī)范中的相關規(guī)定進行液化判別［2］，按照此方法采取的標貫值為在勘察期地面標高及地下水位標高下的實測值，而未考慮勘察期地面標高及地下水位變化后是否需要對標貫參數(shù)進行修正。

經過液化初判，需要按照公路規(guī)范進行液化復判的鉆孔共計6個，按照式（1）、式（2）及式（4）進行計算，計算結果見表1。

表1 液化復判結果

根據(jù)公路規(guī)范進行上述液化復判，在不考慮勘察期與運營期地下水位變化的前提下，ZK01、ZK04及ZK05不存在液化問題；ZK02、ZK03及ZK06鉆孔液化等級為輕微［6］。

4 考慮水庫蓄水液化判別

考慮該大橋的實際情況，在水庫后期蓄水后橋位區(qū)地面將完全淹沒于水位以下，場地地質環(huán)境改變較大，勘察期水位與運營期水位差別較大，需要按照水利規(guī)范的相關規(guī)定，運用式（3）對實測的標貫值進行修正［3］（貫入點深度與運營期貫入點深度不變），再利用照式（1）、式（2）及式（4）進行計算，計算結果見表2。

表2 修正后液化復判結果

考慮勘察期與運營期地下水位變化的情況，根據(jù)水利規(guī)范進行上述液化復判，ZK04及ZK05仍然不存在液化問題，ZK06液化等級仍然為輕微液化；其余鉆孔液化復判結果同公路規(guī)范產生了變化，其中ZK01液化等級由非液化變?yōu)榱酥械纫夯?，ZK02、ZK03液化等級由輕微液化變?yōu)榱酥械纫夯?-3］。

5 結 論

以西藏某擬建水庫庫區(qū)橋梁工程為依托，對地層中潛在可液化層分別采用《公路工程抗震規(guī)范》《水利水電工程地質勘察規(guī)范》中推薦的判別方法進行對比分析，得出以下結論：大多數(shù)公路工程地下水位勘察期間與運營期間變幅較小，這種情況下按照公路規(guī)范的判別方法進行液化判別符合實際情況；對水庫庫區(qū)公路的勘察，往往在水庫蓄水之前，勘察期與運營期地下水位存在較大變化，采用公路規(guī)范的判別方法進行液化判別會造成判別失誤。在此情況下，需要按照水利規(guī)范的相關規(guī)定，對標貫結果進行修正，再進行液化判別，更符合實際情況。

采用不同的方法進行液化判別，結果可能存在較明顯的區(qū)別，對工程安全性存在較大的影響，需要謹慎處理。砂土液化的判別方法比較多，但是判別未來工程應用后地震液化方法的科技文獻較少，對于庫區(qū)公路液化研究的案例也較少，作為工程技術人員，應掌握其本質，為工程安全提供十足的保障。