通過標貫和靜探對蚌埠某變電所液化計算的研究

李金華，　孫禮健

(安徽省電力設計院，安徽 合肥　230601)

?

通過標貫和靜探對蚌埠某變電所液化計算的研究

李金華，孫禮健

(安徽省電力設計院，安徽 合肥230601)

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

關鍵詞：粉土；粉砂；液化指數；標準貫入；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生大規模的地面沉陷、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生嚴重破壞,因此,事先判別場地地基土在設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。判定建設場地是否液化及液化等級等直接關系到后期設計方案的優化選擇,以及建筑物抗震性能是否滿足抵抗突發相應震級的要求[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,應采用標準貫入試驗法判別地面下20 m范圍內土層的液化。同時,文獻[5]方法是除可采用標準貫入試驗方法外,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某220 kV變電站工程為依托,對同一建筑場地進行以標準貫入和雙橋靜力觸探試驗為依據的液化判定,并對結果差異進行分析,為該區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)。根據勘探成果,站址區主要分布的地層為淮河流域第四系全新統沖積形成的粉質黏土、淤泥質粉質黏土、粉土、粉細砂。地層依次為:①層粉質黏土(Q4al),灰黃色,稍濕,可塑,局部軟塑,該層底部夾有薄層粉土,水平層理結構;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,局部夾少量粉砂,呈互層狀;該層在站址區分布較廣,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,呈水平層理結構,該層在站址內均有分布,未揭穿。

根據抗震規范,擬選站址在50年內、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,相當于地震基本烈度Ⅶ度,抗震設計分組第一組。鉆孔揭示,地層20 m深度范圍內有粉細砂、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形成了連通。上層滯水賦存于①層粉質黏土中,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、地表水及季節的影響變化較大,勘探期間地下穩定水位埋深在1.20～2.60 m之間?？紤]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

現場采用3個勘探點進行標準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果,見表1所列,表1中,ds、fs、qc分別為試驗點深度、側壁阻力、錐尖阻力。C12、C25觸探值僅作為計算依據,略去。

表1　C1孔②層土靜力觸探測試結果表

標準貫入采用標準錘重63.5 kg擊打,落錘高度為76 cm,雙橋靜力觸探采用溧陽產靜探試驗儀器完成,測試前探頭經標定校準,鉆孔所取擾樣由我院土工試驗室按照規范進行顆粒分析。

3液化計算

3.1根據抗震規范進行液化判定

通過鉆孔C1、C12、C25的標準貫入試驗和土工試驗結果,根據文獻[3]中公式進行計算。受篇幅限制,僅列出C1孔的液化判定統計成果,統計結果見表2所列,單孔液化等級為嚴重。

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、臨界標貫擊數、實測標貫擊數、標貫代表層厚度、權函數、各標貫點液化指數、單孔液化指數。

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IlE=20.64～39.05,場地液化等級為嚴重,屬建設的不利地段。

與此同時，往生塔內，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，化作數道細流，沿著刀刃逆流而上，所過之處，刀刃發出熒熒的紅光，璀璨奪目。

3.2根據軟土勘察規范進行液化判定

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果,根據文獻[5]公式計算為

(3)

(4)

表3　靜力觸探試驗液化統計表

3.3結果分析

通過上述2種方式進行計算，3個勘探孔根據文獻[1]采用標準貫入試驗法進行液化判定，得出場地的液化等級為嚴重，液化指數≥20.64；根據文獻[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≤13.40，可見2種判定結果之間有較大差異。

文獻[5]中的液化判定(3)式是針對上海和南方地區互層狀沉積、非單一性的砂土,通過現場試驗,將此類土物理力學性質的靜探錐尖阻力和標準貫入錘擊數進行相關分析,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,其土體物理力學性質、沉積時代和外力作用歷史和上海地區軟土差異較大。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粉土砂土的靜探測試值與標貫測試值的相關性,建立新的判別公式。

目前,國內外工程建設中場地液化判定的主要用標貫試驗進行,而靜力觸探試驗對反映砂土粉土的物理力學性質和沉積特點具有獨到的優點,并且靜探測試在場地適應性和經濟性上都有較大優勢[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貫錘擊數、土顆粒成分等之間的經驗關系,利用靜探測試成果進行場地液化判定,對該地區內河道治理、中小型水利建設及市政道路等各類工程建設的場地液化判定均有較大指導意義,將會產生較為顯著的經濟效益。

4結論

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

(2) 分析了軟土勘察規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) 提出靜探測試與標貫錘擊的統計分析方式[5],建立淮河中游漫灘地區粉土粉砂的靜探測試值與標貫錘擊數、土體物理力學性質的關系,得出新的靜探液化判定公式的設想。

〔參考文獻〕

[1]GB 5011-2010,建筑抗震設計規范[S].

[2]JGJ 83-2011,軟土地區巖土工程勘察規程[S].

[3]GB 50021-2001,巖土工程勘察規范[S].

[4]高大釗.土力學與巖土工程師[M].北京：人民交通出版社，2009.

[5]蔡國軍,劉松玉.基于靜力觸探測試的國內外砂土液化判別方法[J].巖土力學與工程學報,2008,27(5):160-168.

[6]蔡國軍,劉松玉.基于聚類分析理論的CPTU土分類方法研究[J].巖土力學與工程學報,2009,28(3) :109-117.

[7]高濤.用靜力觸探判別松原砂土液化[J].東北水利水電,2008(12):55,62.

[8]吳道祥,單燦燦.靜力觸探的發展及其在巖土工程中的應用[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2008,31(2):55-59.

[9]朱士德.初析靜力觸探判別液化對標準貫入試驗的優越性[J].上海地質,1996，16(1):35-41.

[10]孔祥興.靜力觸探判別飽和砂性土液化公式的探討[J].江蘇地質,1993(S1):83-86.

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，安徽省電力設計院工程師．

中圖分類號：TU413

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)01-0094-03