青山水庫大壩地基地震液化等級判別

王春林，王春雨

（1.赤峰學院，內蒙古赤峰024000；2.京能（赤峰）能源發展有限公司，內蒙古赤峰024005）

青山水庫大壩地基地震液化等級判別

王春林1，王春雨2

（1.赤峰學院，內蒙古赤峰024000；2.京能（赤峰）能源發展有限公司，內蒙古赤峰024005）

在工程建設基礎處理的過程中，會遇到判斷地震液化判別及處理的案例，國家規范中有很多種對于地震液化的定性及等級判別的方法，每種判別方法又有不同的針對性.對于水利水電工程，應用較為廣泛的是標準貫入擊數為依據的判別方法.本文參照《建筑抗震設計規范》等規范，對青山水庫河床覆蓋層中的第四紀全新統的粉細砂、壤土及砂礫石進行液化等級判別.結果表明，壩基覆蓋層存在不同程度的液化現象，需要對這部分土層進行必要的工程處理.

地基；液化；等級判別

地震液化是在震動過程中，土體有收縮的趨勢.在不排水條件下，表現為孔隙水壓力升高、累積，當孔隙水壓力上升到上覆壓力時，土的強度喪失，土體發生流動的一種現象.影響飽和土液化的主要因素包括土性條件、靜應力條件、動荷載條件和排水條件.通常某一場地在地震中是否發生液化，一般是根據宏觀現象來識別的，其鑒別標志是該場地是否發生了上浮、噴水冒砂、地基失效、液化滑移或由于液化引起的沉陷現象[1].由于地震對工業及民用建筑物的巨大破壞作用，對地基液化的判別和等級劃分，從而有針對性地對不同條件下的地基基礎進行必要的工程處理是十分必要的.

1 地基液化的判別方法

地基液化是由多種內因和外因綜合作用的結果，其判別方法通常采用幾個物理力學指標的綜合判定.一般將液化的判別分為為兩個步驟，即初步判別（有無液化的可能）和復判兩部分，進而進行液化等級劃分[2].（見圖1）

圖1 地震液化限界指標初判流程圖

在初步勘過程中，可按液化初步判別標準將肯定不會出現液化的場地確定下來，在詳勘階段就不需要再考慮液化問題，包括地震條件、地質條件和埋藏條件.地震條件，通常飽和土液化判別和地基處理，6度時一般可不考慮，但對液化沉陷敏感的乙類建筑可按7度考慮，7~9度時，乙類建筑可按原烈度考慮；地質條件，滿足全新世乃至近代沉積層、海相或河湖相沉積層或人工填土、沖積平原或河漫灘或古河道等地貌條件三者之一的，需要進一步判斷液化條件；埋藏條件：土層埋深考慮在20m以內，地下水埋深不超過8m的時候考慮地基液化，對一般建筑物，液化判別深度為15m，我國收集到的液化實例中很少有15m以下的液化實例，但對樁基及深基礎為了不致誤將樁尖持力層或深基礎持力層與主要下臥層選在15m以下有可能液化的土層上，要求判別的土層深度延至20m[3].

不能確定的，在詳勘時再按規范給的公式對土質條件進行進一步的判別.在《建筑抗震設計規范》[4]中，采用標準貫入實驗的標準貫入擊數值N63.5與Ncr（飽和土液化臨界標準貫入擊數）的關系來判斷土體是否液化；《水利水電工程地質勘察規范》[5]中，通過N63.5與Ncr的關系、相對密度判別法、相對含水量判別法及液性指數判別法等進行液化判別；《巖土工程勘察規范》[6]中根據靜力觸探試驗法（《鐵路工程抗震設計規范》[7]中采用此法）及剪切波速法（《天津市建筑地基基礎設計規范》[8]中采用此法）進行液化判別.

2 青山水庫壩基覆蓋層的工程地質特征

青山水庫大壩為均質土壩，壩高8m，庫容289萬m3，壩頂長734.01m，壩基表部覆蓋有5.0～6.5m厚的第四系河床沖積物，是西南地區一個比較典型的小（一）型水庫，據1/4000000《中國地震烈度動參數區劃圖》，青山水庫工程區地震動力加速度為0.15g，動反映譜特征周期為0.45s，青山水庫工程區相應地震基本烈度為7度.根據壩基液化的判別條件，青山水庫的地震條件：青山水庫工程區相應地震基本烈度為7度，建筑物基本設防烈度為Ⅶ度；青山水庫的地質條件：壩基覆蓋層為第四系沖、洪積物，所在位置為原河流的河道；青山水庫的埋藏條件：大壩建成后覆蓋層土層埋深在20m以內，在水庫蓄水條件下，地下水位抬高，滿足地下水埋深不超過8m的要求.青山水庫的壩基覆蓋層的土體條件是可能存在壩基液化的地基，因此，需要通過土質判別進行進一步詳勘.

3 青山水庫壩基覆蓋層的地基液化的判別

結合目前現行規范，結合本工程具體問題，根據青山水庫屬于水利工程、施工單位現有設備等條件，本文選擇《建筑抗震設計規范》[4]及《水利水電工程地質勘察規范》[5]中標準貫入實驗的標準貫入擊數值N63.5與Ncr（飽和土液化臨界標準貫入擊數）的關系來判斷土體是否液化.首先，由顆粒組成分析判斷土體中的粘粒含量是否大于7度設防區產生液化的粘粒含量上限16%，若粘粒含量不大于16%，則認為壩基不液化；第二步，判斷上覆非液化土層厚度和地下水位深度是否滿足地震液化條件即判斷du>d0+db-2；dw>d0+db-3；du+dw>1.5·d0+2· db-4.5（dw—地下水位深度；du—上覆非液化土層厚度；d0—基礎埋置深度；db—液化土特征深度）三式是有滿足的情況，若有任一式滿足，則判斷土體為非液化土；第三，采用標準貫入試驗方法進一步確定是否液化.當實測的標準貫入擊數值N63.5

3.1 分析土體的顆粒組成

通過對青山水庫的壩基覆蓋層的土體進行土工實驗分析其土質條件，青山水庫的土體成分以粉土質砂及含砂低液限粘土為主.據顆粒分析試驗，礫石粒組含量0.50%~41.10%，平均為13.45%，砂粒組含量18.70%~48.20%，平均為32.55%，粉粒組含量22.30%~79.60%，平均為47.38%，粘粒組含量1.20%~9.40%，平均為6.63%.天然容重為18.3kN/m3~19.3kN/m3，平均為18.9kN/m3，飽和容重18.9kN/m3~19.5kN/m3，平均為19.3kN/m3，天然含水量為20.4%~27.0%，平均為24.45%，孔隙比為0.66~0.75，平均為0.72.（見表1）

由表1中粘粒含量可見，4組土樣的粘粒百分含量在1.20%~9.40%之間，平均為6.63%.根據規范，土樣不滿足非液化土體的條件，因此，需要進一步的分析判斷.

表1 青山水庫壩基覆蓋層的顆粒組成

3.2 根據du和dw判斷土體的液化條件

根據工程勘察結果，青山水庫壩基覆蓋層上覆非液化土厚度du為大壩高度8m，基礎埋置深度d0為取樣深度，地下水位深度dw為4.25m，液化特征深度db在7度地震條件下粉土取6，砂土取7.計算

三式的各項指標，計算得非液化土和地下水位深度的關系，各分項指標及其計算結果見表2：

由表2可知，土體中各項指標的上覆非液化土層厚度du和地下水位深度dw均不滿足規范中所列的公式1、公式2、公式3等三個必要條件，土體仍不滿足不液化的條件.則土體是否液化還需要需要對覆蓋層的土體進行更進一步的分析.

表2 覆蓋層非液化土和地下水位深度的關系

3.3 標準貫入試驗進行地基液化判斷

比較標準貫入擊數值（N63.5）和臨界標準貫入擊數（Ncr）之間的關系，進一步分析覆蓋層液化的影響.根據本工程的實際情況，液化土層在地下15m范圍之內，用液化判別標準貫入擊數值進行計算，通過標準貫入實驗測得該土層的標準貫入錘擊數N=5～15擊，平均10擊，修正后平均8.28擊.在地下15m范圍深度內，根據地下水位深度dw、飽和土標準貫入點的深度ds、飽和土的粘粒含量百分率ρc及飽和土液化判別的基準標準貫入錘擊數N0（7度地震區基本地震加速度為0.15g的地區內，取6），通過規范中公式

進行分析計算，得到覆蓋層液化臨界標準貫入擊數，基本計算指標及計算見表3.

表3 覆蓋層液化臨界標準貫入擊數

根據公式4計算液化臨界標準貫入錘擊數，可以看出，第1、2組土樣的Ncr>N63.5，第3、4組土樣的Ncr

3.4 進行地基液化等級劃分

當確定地基中某些土層屬于可液化土后，需要進一步估計整個地基產生液化后果的嚴重性，即危害程度.如果土很容易液化，而且液化土層的范圍很大，屬于嚴重液化地基；土不大容易液化，且液化土的范圍不大則屬于輕度液化地基.規范中將這一概念具體用液化指數ILE表示[4].

根據《建筑抗震設計規范》中推薦采用下式計算，用Ni和Ncri分別表示第i個標準貫入點的實測標準貫入錘擊數和臨界標準貫入錘擊數；用di第i個標準貫入點所代表的液化土層厚度（本工程的分別為1.48、2.36、4.05、3.32）；用ωi反映第i個液化土層層位影響的權函數（單位m-1），根據本工程的情況，判別深度為15m以內，當該層中點深度不大于5m時應采用10，等于15m時應采用0，5~15m時應按線性內插法取值；

根據各鉆孔的貫入擊數，并由公式5計算得出液化土層的ILE=7.09，根據《建筑抗震設計規范》，在考慮15m地震液化影響深度的條件下，5≤ILE≤15屬于中等液化土層，因此，判定該液化土層的液化等級為中等地基液化土層，需要對該土層進行工程處理.

4 結語

青山水庫河床覆蓋層中的第四紀全新統的粉細砂、壤土及砂礫石，密實度低，部分屬于中等液化土，在地震荷載及庫水位的影響下存在安全隱患.因此需要對該液化土層進行必要的工程措施處理.

關于地基地震液化的判別，在《建筑抗震設計規范》、《巖土工程勘察規范》及《水利水電工程地質勘察規范》中采用的方法都不盡相同，在判別手段和依據上也存在一定的差異性，在實際工程當中，判斷地基液化方法差異較大.近些年來，地震映像的方法、波速測試、地微震測試等方法也日趨成熟[9].而不同地基液化判別方法在原理和指標選擇上的差異性存在導致不同判定結果的可能.因此，探討一種相對簡便快捷且有一定通用性的地基液化判別方法和液化等級判定方法是有必要的.

〔1〕巖土工程師實務手冊編寫組.巖土工程師實務手冊[M].北京:機械工業出版社，2006.506-513．

〔2〕周景星,王洪瑾.基礎工程[M].北京:清華大學出版社,1996.289-322.

〔3〕顧曉魯,錢鴻縉,劉惠姍等[M].北京:中國建筑工業出版社,2003.276-735.

〔4〕中華人民共和國建設部.建筑抗震設計規范（GB 50011-2010）[S].北京:中國建筑業出版社,2010.

〔5〕中華人民共和國水利部主編.水利水電工程地質勘察規范(GB50487-2008)[S].北京:中國計劃出版社,2008.

〔6〕中華人民共和國建設部.巖土工程勘察規范（GB50021-2009）[S].北京:中國建筑業出版社, 2009.

〔7〕中華人民共和國建設部.鐵路工程抗震設計規范（GB50111-2006）[S].北京:中國建筑業出版社,2006.

〔8〕天津市規劃設計管理局等.天津市建筑地基基礎設計規范（TBJ1-88）[S].北京:中國建筑業出版社,1988.

〔9〕林宗元.巖土工程試驗監測手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2005.479-546.

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