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定，需要根據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，討論現行規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。分類依據式根據粒徑范圍的大小。人工吹填土的粒組根據室內顆分試驗得知，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是曲率和不均勻系數。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生現場的砂土液化調查資料為依據，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。

我國規范中的液化判別方法屬于經驗分析法，在地震發生后出現噴水、冒砂的液化場地進行原位測試和試驗，對比分析試驗數據，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據，主要是標準貫入試驗錘擊數，靜力觸探得到的比貫入阻力和錐尖阻力。

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

Ncr—判別液化標準貫入錘擊數的臨界值；

N0—判別液化標準貫入錘擊數的基準值；

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。

在《巖土工程勘察規范》(2009年版)中，以唐山地區地震不同烈度區的試驗資料，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；

au—上覆非液化土層厚度的修正系數；

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。

對比2種液化判別方法，可以發現：

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據的兩種方法在黏粒含量方面關注點不同，國標勘察規范法采用修正系數，對石英質砂土的液化判別準確度較高。

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

③國標勘察規范法的液化指數計算精度為0.1m(靜力觸探測試數據采樣精度)，國標抗震規范法計算精度為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，應先根據國標抗震規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范法或當地經驗方法，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。

3.不同液化判別方法結果對比分析

3.1 天津濱海地區人工吹填土性質

天津濱海臨港地區，區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為7.35，曲率系數為2.33，以粉土為主要成分的人工吹填土的不均勻系數為10.31，曲率系數為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。根據上述2種液化判別方法計算得到，對于同一區域、相同深度的土體的液化判別結果基本一致。

3.3 液化指數分析

對于自然地面下20m內土體液化指數Ile，采用靜力觸探測試數據為主要判別依據的國標勘察規范法和與國標抗震規范法的計算結果有差別，分析原因主要是國標抗震規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，根據標準貫入試驗和靜力觸探試驗成果，采用國標抗震規范法和國標勘察規范法，除個別區域深部砂土、粉土層液化導致強夯處理后液化指數較大外，其余大部區域在消除人工吹填土液化后，液化指數明顯減小，液化程度多為輕微液化。基本達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種現行規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的區別，得到了不同地基土層的液化指數占比，以及主要液化土層。