吹填造陸形成的吹填土液化判別方法分析

◎ 莫鋈 江西省港航設計院有限公司

鄭世武 天津臨港港務集團有限公司

在我國沿海地區(qū)經常開展圍海造陸工程。圍海造陸使用吹填土因為所處的沉積物和沉積環(huán)境不同，導致吹填土的成分不一樣，含砂量也不相同。人工吹填土在沒有經過地基處理之前，大都為可液化的土層。人工吹填土場地為了保證場地穩(wěn)定，需要根據(jù)地質特點及地基液化程度，選擇適合的地基處理方法消除地基液化。本文通過分析人工吹填土的成分構成和性質，討論現(xiàn)行規(guī)范中主要地基液化判別方法的差異，采用原位測試成果細化地基土層液化程度，結合工程實例提出人工吹填土場地消除地基液化的建議。

1.人工吹填土的成分構成和性質

吹填造陸的形成的土，大多數(shù)都含有有機質和黏粒成分。吹填土有高壓縮性和高含水率的性質。人工吹填土的性質可從以下四個方面入手。

（1）人工吹填土的厚度和形成時間；

（2）人工吹填土土體的顆粒組成；

（3）人工吹填土的礦物成分；

（4）人工吹填土的化學成分。

人工吹填土的厚度決定了土體自重和地基處理采用的方法。人工吹填土的形成時間對土體的固結程度影響較大。國標《土的工程分類標準》(GB/T50145-2007)把土的粒組分為10級。分類依據(jù)式根據(jù)粒徑范圍的大小。人工吹填土的粒組根據(jù)室內顆分試驗得知，主要要由砂粒、粉粒和黏粒等成分組成。土顆粒級配特征的判別依據(jù)是曲率和不均勻系數(shù)。黏粒含量是地基液化判別的重要因素之一。土顆粒級配特征對土的物理力學性質有較大影響。

目前的液化判別方法主要適用于石英質砂土和粉土，人工吹填土中原生礦物石英、云母及其他暗色礦物含量對于液化判別有較大影響。

2.液化判別方法

目前，主要有兩類地基土的液化判別方法。一類是經驗分析法，這種判別方法是以歷次地震實地發(fā)生現(xiàn)場的砂土液化調查資料為依據(jù)，而建立的一種液化判別方法。比如國標采用的標準貫入試驗法就是這一類方法。第二類是試驗分析法，這種判別方法是以砂土液化試驗和土體地震反應分析結果為依據(jù)建立的一種液化判別方法，比如Seed簡化法在國際上應用較多。

我國規(guī)范中的液化判別方法屬于經驗分析法，在地震發(fā)生后出現(xiàn)噴水、冒砂的液化場地進行原位測試和試驗，對比分析試驗數(shù)據(jù)，采用概率方法進行液化判別。這種方法給出了判別條件和邊界，具有較強的實用性和針對性。目前，液化判別采用的原位測試數(shù)據(jù)，主要是標準貫入試驗錘擊數(shù)，靜力觸探得到的比貫入阻力和錐尖阻力。

在《建筑抗震設計規(guī)范》(2016年版)中，采用標準貫入試驗錘擊數(shù)進行液化判別(以下簡稱“國標抗震規(guī)范法”)，見如下公式：

Ncr—判別液化標準貫入錘擊數(shù)的臨界值；

N0—判別液化標準貫入錘擊數(shù)的基準值；

ds—飽和土標準貫入點深度；

dw—地下水位；

pc—黏粒含量百分率；

β—調整系數(shù)。

在《巖土工程勘察規(guī)范》(2009年版)中，以唐山地區(qū)地震不同烈度區(qū)的試驗資料，利用靜力觸探中的比貫入阻力和錐尖阻力，對飽和砂土和飽和粉土進行液化判別(以下簡稱“國標勘察規(guī)范法”)，具體公式如下：

pscr=ps0·αw·αu·αp；

qccr=qc0·αw·αu·αp；

αw=1-0.065(dw-2)；

αu=1-0.05(du-2)；

pscr、qccr—為飽和土靜力觸探液化比和貫入阻力臨界值及錐尖阻力的臨界值；

ps0、qc0r—為飽和土靜力觸探液化比和貫入阻力基準值及錐尖阻力的基準值；

aw—地下水位埋深修正系數(shù)；

au—上覆非液化土層厚度的修正系數(shù)；

dw—地下水位深度；

du—上覆非液化土層厚度；

ap—與靜力觸探摩阻比相關的土性修正系數(shù)。

對比2種液化判別方法，可以發(fā)現(xiàn)：

①2種液化判別方法均考慮了地下水位和土體黏粒含量的影響，但采用靜力觸探測試數(shù)據(jù)的兩種方法在黏粒含量方面關注點不同，國標勘察規(guī)范法采用修正系數(shù)，對石英質砂土的液化判別準確度較高。

②國標勘察規(guī)范法中的靜力觸探比貫入阻力及錐尖阻力標準值是根據(jù)工程場地區(qū)域地震動峰值加 速度值確定的。

③國標勘察規(guī)范法的液化指數(shù)計算精度為0.1m(靜力觸探測試數(shù)據(jù)采樣精度)，國標抗震規(guī)范法計算精度為1.0m-1.5m (標準貫入試驗點的豎向間距為1.0m-1.5m。)

人工吹填土場地需要先行開展大面積的地基處理，以初步加固土體、消除主要地基土層液化，再根據(jù)建筑設計條件，采用適合地基基礎方案。因此，地方經驗欠缺的地區(qū)，應先根據(jù)國標抗震規(guī)范法初步判別地基液化程度，再結合靜力觸探成果采用國標勘察規(guī)范法或當?shù)亟涷灧椒?，細化不同地基土的液化程度，查明主要液化土層，提出有針對性的地基處理方案?/p>

3.不同液化判別方法結果對比分析

3.1 天津濱海地區(qū)人工吹填土性質

天津濱海臨港地區(qū)，區(qū)域內人工吹填土形成時間較短，一般小于5年，人工吹填土層揭示厚度一般在10.0m以內。人工吹填土層的成分主要為粉土、砂土、黏性土和淤泥，其中，以粉土和砂土為主。顆分試驗結果顯示，人工吹填土的粒徑主要集中在0.075-0.25 mm的砂粒和0.05-0.075mm的粉料區(qū)間，黏粒含量較少。以粉砂為主要成分的人工吹填土的不均勻系數(shù)為7.35，曲率系數(shù)為2.33，以粉土為主要成分的人工吹填土的不均勻系數(shù)為10.31，曲率系數(shù)為1.78，級配良好。

3.2 液化判別分析

項目所在地自然地面以下20米，主要地層為人工吹填土層，粉土-粉質黏土層、粉砂層、粉砂層、粉質黏土-粉土層。為保證測試結果的準確性相關性，靜力觸探測試孔都布置在液化判別用標準貫入孔周邊2m范圍內。根據(jù)上述2種液化判別方法計算得到，對于同一區(qū)域、相同深度的土體的液化判別結果基本一致。

3.3 液化指數(shù)分析

對于自然地面下20m內土體液化指數(shù)Ile，采用靜力觸探測試數(shù)據(jù)為主要判別依據(jù)的國標勘察規(guī)范法和與國標抗震規(guī)范法的計算結果有差別，分析原因主要是國標抗震規(guī)范法采用的黏粒含量的影響。由于人工吹填土成分復雜，大間距取樣(取樣間距為1m)無法完全代表該厚度地層的成分構成，如遇到黏粒含量較大的粉土層，則液化指數(shù)將明顯減小。

經過上述分析可以得出：①人工吹填土層的主要成分是粉土和細砂；②人工吹填土層是主要液化土層，粉土-粉質黏土層和粉砂層的液化程度較高。如針對人工吹填土層、粉土-粉質黏土層和粉砂層進行地基處理，可消除地基土近90%的液化。

4.針對液化土層的地基處理

根據(jù)工程場地地基土的性質，大面積地基處理方法采用強夯+地下水控制方法，以消除人工吹填土層、粉砂層、粉土-粉質黏土層和等主要液化土層的液化影響，并達到設計加固的深度。地基處理后，地基土體力學指標有明顯提升，載荷試驗得到地基承載力特征值均不小于140kPa，標準貫入錘擊數(shù)也有明顯提高，達到10-35擊，平均18擊，場地平地等效剪切波速值大于150m/s，為ш類場地。地基處理后，根據(jù)標準貫入試驗和靜力觸探試驗成果，采用國標抗震規(guī)范法和國標勘察規(guī)范法，除個別區(qū)域深部砂土、粉土層液化導致強夯處理后液化指數(shù)較大外，其余大部區(qū)域在消除人工吹填土液化后，液化指數(shù)明顯減小，液化程度多為輕微液化?；具_到了大面積地基處理的目的。

5.小結

（1）分析了影響人工吹填土性質的四方面因素，分別是人工吹填土的厚度和形成時間、礦物成分、土體的顆粒和化學成分等組成；

（2）結合工程實例，分析了人工吹填土的物理力學性質，采用2種現(xiàn)行規(guī)范法對地基土進行了液化判別，對比分析了不同液化判別方法間的結果和液化指數(shù)的區(qū)別，得到了不同地基土層的液化指數(shù)占比，以及主要液化土層。