公路工程地震液化判別及液化指數相關問題探討

程建龍，何亞斌，翟惠明

（1.新疆維吾爾自治區交通運輸廳，新疆 烏魯木齊 830000；2.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088）

0 引言

在地震過程中的短暫時間內，飽和砂土、粉土中驟然上升的孔隙水壓力來不及消散，使原來由砂粒通過接觸點所傳遞的壓力減小，當有效壓力完全消失時，飽和砂土和粉土就會變成像液體一樣的狀態，即砂土液化。地基土層有無液化可能以及地基土液化等級高低直接關系到抗震措施及工程造價問題。公路工程中的砂土液化存在兩個判別公式，均是由地震資料調查統計結果總結出來的經驗公式。在實際工程勘察設計中，由于公式不同，關于地基液化等級的估計有時會產生矛盾的結果。為此，有必要對公路行業砂土液化判別及地基液化等級劃分進行分析討論。

1 公路工程中的地震液化判別與液化指數計算

公路工程中的地震液化判別主要依據《公路工程地質勘察規范》（JTG C20—2011）、《公路工程抗震設計規范》（JTJ 044—89）和《公路橋梁抗震設計細則》（JTG／T B02－01—2008），液化判別方法有以下兩種。

方法一：《公路工程地質勘察規范》（JTG C20—2011）和《公路工程抗震設計規范》（JTJ 044—89）判別方法。這兩個規范的判別方法一致，判別公式如下：

式中：N1——修正標準貫入錘擊數；

N——實測的標準貫入錘擊數；

Ncr——修正液化標準貫入錘擊數；

Cn——標準貫入錘擊數的修正系數；

σ0——標準貫入點處土的總上覆壓力；

σe——標準貫入點處土的有效覆蓋壓力；

Kh——水平地震系數；

Cv——地震剪應力隨深度的折減系數；

ε——黏粒含量修正系數。

該判別公式是根據唐山大地震等原始資料，采用地震剪應力比與修正的標準貫入錘擊數作為液化的判別指標而建立的。當修正標準貫入錘擊數小于修正液化臨界標準貫入錘擊數時，判定為液化。

方法二：《公路橋梁抗震設計細則》（JTG／T B02－01—2008）判別方法。該方法判別公式如下。

15m深度范圍內：

15～20m范圍內：

式中：Ncr——液化判別標準貫入錘擊數臨界值；

N0——液化判別標準貫入錘擊數基準值；

ds——飽和土標準貫入點深度；

dw——地下水位深度；

ρc——黏粒含量百分率。

該方法為線性判別方法，當飽和土標準貫入錘擊數（未經桿長修正）小于液化判別標準貫入錘擊數臨界值時，判定為液化。

液化指數計算采用了相同的公式：

式中：IlE——液化指數；

n——在判別深度范圍內，每一個鉆孔標準貫入試驗點的總數；

Ni——i點標準貫入錘擊數的實測值，當實測值大于臨界值時，應取臨界值的數值；

Ncri——i點標準貫入錘擊數的臨界值；

di——i點所代表的土層厚度；

Wi——i土層單位土層厚度的層位影響權函數值。

2 阿喀高速公路粉土地震液化判別及液化指數計算

2.1 液化判別

阿喀高速公路途經喀什地區伽師縣、克州地區阿圖什市等，檢測段設計基本地震度加速度峰值為0.3g，地震動反應譜特征周期為0.45s，相應地震烈度區劃為Ⅷ度。分別按照兩種液化判別公式進行計算，結果如表1所示。

表1 15m液化判別表

Ncr1與Ncr2計算結果差別較大，因為兩者表示的意義有差別。Ncr1表示修正的液化臨界標準貫入錘擊數，Ncr2表示液化臨界標準貫入錘擊數。為便于對比，將Ncr1除以Cn。由表中數據可以看出，Ncr1／Cn普遍比Ncr2要低，在深度14.5m處，Ncr2與Ncr1／Cn相差達4.1擊，差別較大，但判定結果是統一的，即5.5m內均判定為不液化，5.5m以下判定為液化。這與地基土液化的原理不符。

2.2 液化指數

對阿喀高速公路鉆孔進行液化指數計算，根據文獻[1]計算得液化指數IlE=9.4，地基的液化等級屬于中等；根據文獻[2]計算得液化指數IlE=18.2，地基液化等級屬于嚴重。由此可見，兩者的液化等級判別存在較大差別。經過對兩種計算方法的對比發現，差別較大的原因在于Ni、Ncri的取值。文獻[1]中Ni為實測標準貫入錘擊數，而Ncri為修正臨界標準貫入錘擊數，在液化判別過程中，采用實測標準貫入錘擊數的修正值N1。應該采用Ni與Ncr／Cn或者N1i與Ncr，相互對應，可以得到相對統一的結果。

3 結論

3.1 為了統一Ncr的意義，建議將文獻[1]中的液化判別公式修訂為：

當飽和土標準貫入錘擊數（未經桿長修正）小于液化判別標準貫入錘擊數臨界值時，判定為液化，從而與文獻[2]相統一，以便于應用。

3.2 文獻[1]未對設計基本地震加 速度為0.15g和0.3g時的水平地震系數Kh進行說明，應加以補充。

3.3 文獻[1]中的判別公式，未體現近震與遠震對臨界標準貫入錘擊數的影響。

3.4 在利用規范公式進行液化判別的過程中，發現同樣的飽和粉土層，5.5m位置處土層判定為不液化，而5.5m以下土層判定為液化，這與地基土液化的原理不符。

[1]JTG C20—2011，公路工程地質勘察規范[S].

[2]JTG/T B02-01-2008，公路橋梁抗震設計細則[S].

[3]JTJ 044—89，公路工程抗震設計規范[S].