北分干渠地基土地震液化判別與評價

石磊

（遼寧省阜新水文局，遼寧 阜新 123000）

1 概述

對于遼寧沈陽洪區北分干明星二橋下游段水系出口進行改造，著重解決于洪區北分干劉家閘至明星二橋段排水防澇問題，以此緩解城區排水壓力。工程主要建設內容包括：①新建暗渠650 m，上游進口段明渠25 m，下游段護岸634 m， 閘下渠道封閉段的護岸48 m；②新建永安支渠777 m，原支渠渠首加高段8 m，過路方涵2座；③新建圍欄長1 982 m；④拆除橋梁1座；⑤新建臺階3處；⑥太陽能路燈20盞。

2 區域地質概況

2.1 地形地貌

北分干渠地勢總體上東南高西北低，局部地形微起伏。現有河道兩側地面高程37～40 m，河道寬約10～18 m。岸坡坡度一般20°～30°，最大可達50°，岸坡以上為北分干一級階地，現狀多為農田及房屋。

2.2 地層巖性

本區在構造體系上位于陰山東西復雜構造帶和新華夏系構造帶的交接部位，由于受后期構造運動和巖漿活動干擾、破壞，特別是新華夏系構造對它的改造作用十分強烈，因此構造體系表露不是很明顯。區域地層出露，主要由受混合巖化作用形成的前震旦系巖石[1]，侏羅系安山巖、安山質角礫巖夾砂頁巖、礫巖夾砂巖、粉砂巖、頁巖夾煤線，白堊系的砂礫巖夾砂巖、粉砂巖、頁巖，第四系的砂礫石層、砂質粘土、粘質沙土以及晚侏羅世侵入巖等組成。

2.3 水文地質條件

區域內地下水主要類型為第四系孔隙潛水，局部為基巖裂隙水。前者廣泛分布于整個工程區，以填土、粉質粘土及砂層為主要含水層，一般較厚，其地下水位埋藏一般較淺， 主要受大氣降水和上游河流補給，并向下游河谷排泄。豐枯水期地下水位變化較大。

3 工程地質

3.1 地形地貌

北分干整體上自東向西流，工程區段河道較曲折，屬倒梯形河道，岸坡及河床部位主要由粘性土及砂礫類土構成。按地貌形態及成因類型劃分為人工地形和沖洪積地形。

人工地形：主要分布于河道堤岸、堤岸附近堆土及河底等區域。巖性以雜填土①、素填土②為主。沖洪積地形：分布于北分干河道及兩側，寬度大于200 m。地勢平坦開闊,大部分為耕地，地層較復雜。

3.2 地層巖性

根據本次勘察鉆孔揭露，地層自上而下分為：

①層：雜填土，雜色，主要由粘性土、粉土、粉砂及少量建筑垃圾組成，結構松散，主要分布河道堤岸附近堆土，層厚 0.9～2.7 m。

②層：素填土，黃褐色～灰黑色，主要由粘性土、粉土、粉砂及少量建筑垃圾組成，結構松散，局部有出露，主要分布河道堤岸、河底等區域，層厚0.3～4.6 m。

③層：粉質粘土，黃褐色～灰褐色，軟塑～可塑狀態，分布均勻，層位穩定，層底埋深8.4～17.5 m，層厚7.8～15.0 m。該層局部層間夾有軟塑狀粉質粘土及粘土層，多以夾薄層及透鏡體形式出現；細砂，黃褐色～灰褐色，稍密，主要礦物成份為石英、長石等，均粒結構， 級配較差。該層為粉質粘土的夾層，層底埋深7.8～12.0 m，層厚3.0～3.7 m，工程區內分布范圍較小，僅治理段下游局部可見該層。

④層：細砂，黃褐色～灰褐色，稍密～中密，，主要礦物成份為石英、長石等，均粒 結構，級配較差。層底埋深8.4～20.0 m，層厚1.1～5.5 m，河道下游可見該層分布。

⑤層：粗砂，黃褐色～灰褐色，稍密～中密，主要礦物成份為石英、長石等，均粒結構，級配較差。層位較穩定，勘察期間該層未全部揭露，最大揭露厚度12.5 m。該層個別鉆孔局部夾有中砂及礫砂層，多以層狀及透鏡體形式出現[2]。

3.3 地下水情況

地下水主要為第四系松散層孔隙潛水，潛藏于填土、粉質粘土及砂中，勘察期間河底存在地表徑流[3-5]。各主要巖土層注水試驗成果詳見表1。

表 1 鉆孔注水試驗成果一覽表

由表1可知，北分干主要地層中，細砂④1滲透系數多在3.15×10-3～3.66×10-3cm/s之間，屬中等透水性；細砂④2滲透系數多在2.14×10-3～3.68×10-3cm/s之間，屬中等透水性；粗砂⑤滲透系數多在1.06×10-2～2.65×10-2cm/s之間，屬強透水性。

3.4 地基土凍脹性

本區標準凍土深度1.1 m。根據GB50324-2014《凍土工程地質勘察規范》季節凍土的凍脹性分級表2。

由表2可知，小渾河河道粉質粘土③均呈強凍脹性（Ⅳ），在進行設計時應考慮地基土的凍脹性。

3.5 地基土的承載力

對于本工程區地基土承載力的確定根據《建筑地基基礎設計規范》（遼寧省地方標準）， 通過室內試驗、標貫試驗結合計算、查表法綜合分析而得出的。各土層承載力特征值參數詳見表3：

表2 地基各主要巖土層凍脹性分級

表3 工程場地地基土承載力特征值參數Φak（kPa）

4 地基土地震液化判別與評價

根據《建筑抗震設計規范》，本工程擬建場區抗震基本設防烈度為7度，設計基本地震加速度為7度，特征周期值為0.35 s。

根據北分干工程區勘察資料，該場地20 m深度范圍內，覆蓋層主要為粉質粘土③、細砂④1、細砂④2、粗砂⑤，其中粉質粘土③為粘性土，可判斷為不液化土。

依據《建筑抗震設計規范》中規定，對淺埋天然地基的建筑物，當上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液化 影響：

式中：dw——地下水位深度（m），由于本次勘察期間為豐水期，可采用勘察水位深度作為地下水深度；du——上覆蓋非液化土層厚度（m）；db——基礎埋置深度（m），不超過2 m時應采用2 m；d0——液化土特征深度（m），7度時砂土取7 m。

結合本治理段所處場地及其附近地質勘察資料根據上式計算，本工程場地內各點砂層計算成果不符合初判為不液化的條件，需進一步進行液化判別。

依據《建筑抗震設計規范》中相關規定進行液化判別，液化判別標準貫入錘擊數基準值N0=7。液化判別結果見表4。

砂的地震液化判別采用《建筑抗震設計規范》中的標準貫入錘擊數法，符合下式要求的土應判為液化土：

式中：

N——工程運用時，標準貫入點在當時地面以下ds（m）深度處的標準貫入錘擊數（未經桿長修正）；

Ncr——液化判別標準貫入錘擊數臨界值； 液化判別標準貫入錘擊數臨界值根據下式計算：

Ncr——液化判別標準貫入錘擊數臨界值；

NO——液化判別標準貫入錘擊數基準值（動峰值加速度0.10 g取7）；

ds—飽和土標準貫入點深度（m）；

dw——地下水位埋深（m），勘察期間為豐水期，取孔內觀察水位；

ρc——黏粒含量百分率，當小于3或為砂土時，應采用3；

β——調整系數；（設計抗震第一組取0.80）

由表4可知，砂的標準貫入錘擊數N＞Ncr，復判為不液化。

表4 各液化判別孔液化判別計算表

因此，根據本次勘察取得的地層資料、土層的原位測試數據及室內顆粒分析試驗成果，依據規范規定綜合判別，在地震烈度達到7度時，北分干工程區不會發生地震液化[6-7]。

本區標準凍土深度1.1 m。根據《凍土工程地質勘察規范》季節凍土的凍脹性分級表，各層土凍脹分級見表5。

表5 橋址區內各主要巖土層凍脹性分級

從表中可以看出，本次勘察范圍內粉質粘土③層具有強凍脹性，凍脹等級為Ⅳ級。由于上述各層存在凍脹性問題，在進行設計時應考慮地基土的凍脹性。

5 結語

通過以上分析可知，為解決沈陽市排水防澇問題，通過對北分干劉家閘至明星二橋河道進行綜合整治，對該區域地基土液化的分析及評價，根據工程區地形條件和工程分布特點，便于施工，工程竣工后可有效提高北分干劉家閘下游段排澇能力，緩解城市內澇。本次設計擬對北分干明星二橋下游段959 m河道進行綜合治理。