基于包頭某項(xiàng)目不同液化判別方法的對(duì)比分析

摘" 要：地震液化嚴(yán)重威脅建（構(gòu)）筑物的安全，巖土工程勘察中對(duì)擬建場(chǎng)地的液化判別是一項(xiàng)非常重要的工作。我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)砂土液化判別的規(guī)范很多，不同規(guī)范之間液化判別的方法、標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，判別出的結(jié)果也有一定差異性。該文通過(guò)采用《建筑抗震》《鐵路抗震》和《公路抗震》等規(guī)范對(duì)包頭某項(xiàng)目場(chǎng)地液化判別進(jìn)行對(duì)比。在判別深度的劃分上面，《建筑抗震》和《公路抗震》根據(jù)各自建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)形式和地基基礎(chǔ)劃分更為合理；3種規(guī)范的判別公式各不相同，綜合來(lái)看《建筑抗震》公式采用擬合曲線表現(xiàn)形式，更為合理；不同規(guī)范對(duì)同一場(chǎng)地的液化判別可能不同，各規(guī)范有自己的適用范圍和側(cè)重點(diǎn)，液化判別過(guò)程中可以一種規(guī)范為主，參考其他規(guī)范綜合評(píng)判，提高可靠性。

關(guān)鍵詞：液化判別；原位測(cè)試；對(duì)比分析；地基基礎(chǔ)；工程勘察

中圖分類號(hào)：TU195" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）12-0093-05

Abstract： Earthquake liquefaction is a serious threat to the safety of construction structures. In geotechnical engineering investigation， the liquefaction discriminant is a very important work. At present in our country， there are many norms of liquefaction discriminant， the method and standard of liquefaction discriminant between different norms are not the same， and the result that discriminant also has some difference. This paper compares the liquefaction discrimination of a project site in Baotou using \"Building Seismic Resistance\"， \"Railway Seismic Resistance\" and \"Road Seismic Resistance\". In the division of discriminant depth， \"Building Seismic Resistance\" and \"Road Seismic Resistance\"are more reasonable according to the structure form and foundation of their respective structures; The discriminant formulas of the three codes are different. In summary， it is more reasonable for the formula of \"Building Seismic Resistance\" to use the form of fitting curve; and Different specifications may differ in the liquefaction judgment of the same site， and each specification has its own scope of application and focus. In the process of liquefaction judgment， one specification can be the main criterion， and comprehensive evaluation can be made by referring to other specifications to improve reliability.

Keywords： liquefaction discrimination; in-situ test; comparative analysis; foundation; engineering investigation

砂土液化是一種典型的地震地質(zhì)災(zāi)害[1]，是由于飽和砂土或粉土在周期荷載作用下，形成的孔隙水壓或超孔隙水壓力不能及時(shí)消散，有效應(yīng)力趨于零，土體顆粒懸浮于水中，完全散失抗剪強(qiáng)度和承載能力的現(xiàn)象[2-4]。地震中的砂土液化常常表現(xiàn)為噴砂冒水，地面沉陷、開裂和建筑基礎(chǔ)失穩(wěn)傾斜等，嚴(yán)重威脅人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，在各類建筑和市政設(shè)施勘察、設(shè)計(jì)過(guò)程中，地震的液化判別就尤為重要。

目前，我國(guó)勘察、設(shè)計(jì)工作中主要判別依據(jù)是GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016版）（以下簡(jiǎn)稱《建筑抗震》）、GB 50111—2006《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2009版）（以下簡(jiǎn)稱《鐵路抗震》）和JTG B02—2013《公路工程抗震規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《公路抗震》）等規(guī)范[5-7]。由于工程各行業(yè)發(fā)展有各自的側(cè)重點(diǎn)，各行業(yè)對(duì)應(yīng)的規(guī)范判別側(cè)重點(diǎn)也不盡相同，判別出的結(jié)果也有一些差異，但這種差異是客觀存在的，也都符合規(guī)矩[8-13]。本文以包頭某工程項(xiàng)目為例，采用目前行業(yè)有效規(guī)范進(jìn)行液化判別，分析不同規(guī)范液化判別的差異性，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行探討。

1" 常用規(guī)范的液化判別方法介紹

1.1" 《建筑抗震》液化判別方法

《建筑抗震》初步判別為不液化或不考慮液化影響條件有：①地質(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世及其以前的，抗震設(shè)防烈度為7、8度的飽和粉土或砂土；②在抗震設(shè)防烈度為7、8、9度時(shí)，粉土的黏粒含量百分率分別不小于10、13、16時(shí)；③淺埋天然地基的建筑，當(dāng)上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一

dugt;d0+db-2，（1）

dwgt;d0+db-3，（2）

du+dwgt;1.5d0+2db-4.5，（3）

式中：dw為地下水位深度（m）；du為上覆蓋非液化土層厚度（m），計(jì)算時(shí)宜將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除；db為基礎(chǔ)埋置深度（m），不超過(guò)2 m時(shí)應(yīng)采用2 m；d0為液化土特征深度（m），粉土在抗震設(shè)防烈度7、8、9度時(shí)分別取6、7、8，砂土在抗震設(shè)防烈度7、8、9度時(shí)分別取7、8、9；《建筑抗震》在復(fù)判時(shí)，一般判別地面以下20 m范圍內(nèi)土的液化，當(dāng)飽和砂土、粉土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)小于或等于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值時(shí)，應(yīng)判為液化土，標(biāo)貫錘擊臨界值可按下式計(jì)算

Ncr=N0β[ln（0.6ds+1.5）-0.1dw] ，（4）

式中：Ncr為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值；N0為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值；β為調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)地震第一組取0.8、第二組取0.95、第三組取1.05；ds為飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度（m）；ρc為黏粒含量百分率，當(dāng)小于3或?yàn)樯巴習(xí)r，取3。

1.2" 《鐵路抗震》液化判別方法

《鐵路抗震》在設(shè)計(jì)烈度為7度的，判別深度為地面以下15 m，設(shè)防烈度為8、9度，判別深度為地面以下20 m，初判為不液化或不考慮液化影響條件的前2條與《建筑抗震》基本相同，在基礎(chǔ)埋置深度不超過(guò)2 m的天然地基初步判別時(shí)，應(yīng)符合圖1的要求。

《鐵路抗震》中，du為第一層液化土頂面或沖刷線之間所有上覆非液化土層厚度，不包括軟土、砂土與碎石土厚度；《鐵路抗震》在復(fù)判時(shí)，錘擊臨界值可按下式計(jì)算

Ncr=N0α1α2α3α4；（5）

α1=1-0.065（dw-2）；（6）

α2=0.52+0.175ds-0.005d ；（7）

α3=1-0.05（du-2）；（8）

α4=1-0.17 ；（9）

式中：N0為當(dāng)ds為3 m，dw和du為2 m，α4為1時(shí)土層的液化臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)；α1為地下水埋深dw（m）修正系數(shù)，當(dāng)?shù)孛娉Ｄ暧兴遗c地下水有水力聯(lián)系時(shí)，dw為零；α2為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)的深度ds（m）修正系數(shù)；α3為上覆非液化土層厚度du（m）修正系數(shù)；α4為黏粒重量百分比Pc修正系數(shù)。

1.3" 《公路抗震》液化判別方法

《公路抗震》對(duì)一般地基地面以下15 m，樁基和基礎(chǔ)埋置深度大于5 m的天然地基地面以下20 m初步判別為不液化或不考慮液化影響的條件與《建筑抗震》基本相同。在復(fù)判時(shí)，《公路抗震》液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值采用如下公式

Ncr=N0[0.9+0.1（ds-dw）] ，（0lt;ds？燮15）。（10）

Ncr=N0[2.4+0.1dw] ，（15lt;ds？燮20）。（11）

2" 不同規(guī)范的液化判別方法在實(shí)際中的應(yīng)用

2.1" 工程概況

本工程項(xiàng)目所在區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度為0.30 g，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為0.45 s，場(chǎng)地土屬中軟土，場(chǎng)地類別為Ⅲ類場(chǎng)地，勘察期間測(cè)得地下水位埋深為1.8～3.4 m。該項(xiàng)目場(chǎng)地地層較簡(jiǎn)單，以黃河沖積形成的砂性土、黏性土為主，按其成因和時(shí)代分類主要有第四系全新統(tǒng)（Q4ml）人工填土、黏性土、砂性土。20 m以淺地層主要有：①1層雜填土（Q4ml）：雜色，松散，稍濕，為人工回填土，以建筑垃圾為主，僅局部地段分布，厚約1.5 m；①2層素填土（Q4ml）：黃褐色，松散，稍濕，以粉土為主，局部為粉砂，表層可見植物根系，厚0.4～2.6 m；①3層填筑土（Q4ml）：灰色，密實(shí)，屬原有鐵路路堤，已壓密，厚約1.5 m；②層粉質(zhì)黏土（Q4al）：黃褐色，可塑，土質(zhì)較均勻，切面光滑，有光澤，厚0～2.5 m；②1層粉土（Q4al）：黃褐色，稍密，飽和，土質(zhì)較均勻，局部含有少量粉砂，厚0～2.9 m；③層粉砂（Q4al）：黃褐色，稍密，飽和，顆粒均勻，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，厚2～4.2 m；④層粉砂（Q4al）：灰褐色，中密，飽和，砂質(zhì)較純凈，分選較好，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，厚3.2～8.8 m；④1層粉土（Q4al）：灰褐色，中密，飽和，搖震反應(yīng)中等，局部黏粒含量較高，其中局部為粉砂，厚0～1.9 m；④2層礫砂（Q4al）：灰褐色，密實(shí)，飽和，搖震反應(yīng)迅速，顆粒較均勻，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，厚0～3.6 m；⑤層粉土（Q4al）：黃褐色，密實(shí)，飽和，土質(zhì)較均勻，搖震反應(yīng)中等，局部黏粒含量較高，厚約12 m。

2.2" 不同規(guī)范液化判別對(duì)比

該項(xiàng)目完成鉆探孔5個(gè)，標(biāo)貫試驗(yàn)72次，用于液化判別的標(biāo)貫試驗(yàn)35次，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

地下水位按最不利深度1.8 m考慮，粉土、砂土黏粒含量均取3%，根據(jù)《建筑抗震》《鐵路抗震》《公路抗震》分別計(jì)算3個(gè)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，并與實(shí)際錘擊數(shù)Ni對(duì)比，當(dāng)實(shí)際錘擊數(shù)Ni小于標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值Ncri時(shí)，該點(diǎn)位可判定為液化土。各鉆孔液化判別范圍內(nèi)的實(shí)際錘擊數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值對(duì)比如圖2所示，判別結(jié)果見表2。

本項(xiàng)目《建筑抗震》和《鐵路抗震》判別20 m深度范圍內(nèi)場(chǎng)地的液化性，《公路抗震》則判別15 m深度范圍內(nèi)場(chǎng)地的液化性。從圖2及表2可以看出。

1）本項(xiàng)目深度15 m地層范圍內(nèi)，《公路抗震》的Ncri值比其余兩部規(guī)范的Ncri值都要高；在判別的液化點(diǎn)數(shù)上，《公路抗震》判別為液化的點(diǎn)數(shù)最多，其次是《鐵路抗震》和《建筑抗震》；

2）在判別②1層粉土的液化性時(shí)，《公路抗震》判別為液化，而《建筑抗震》和《鐵路抗震》判別為不液化；在判別③層、④層粉砂的液化性時(shí)，相同點(diǎn)位《公路抗震》Ncri值最大，《建筑抗震》Ncri值最小；而在判別④1層粉土的液化性時(shí)，《公路抗震》Ncri值最大，《鐵路抗震》Ncri值最小；在⑤層粉土的液化性判別時(shí)，《鐵路抗震》Ncri值仍小于《建筑抗震》Ncri值，這是由于《鐵路抗震》中，粉土和粉砂的黏粒重量百分?jǐn)?shù)修正系數(shù)α4不一樣。

3）抗液化指數(shù)上面，③層、④層粉砂的抗液化指數(shù)均為《建筑抗震》的最大，《公路抗震》的最小，由于《鐵路抗震》考慮了粉土和粉砂黏粒重量百分比的修正系數(shù)，④1層粉土的抗液化系數(shù)是《鐵路抗震》的最大。

2.3" 對(duì)比結(jié)果及分析

通過(guò)對(duì)包頭某項(xiàng)目場(chǎng)地鉆孔數(shù)據(jù)的分析，可以看出。

1）在利用《建筑抗震》和《鐵路抗震》進(jìn)行判別時(shí)，場(chǎng)地內(nèi)主要液化土層是③層粉砂、④1層粉土、④層粉砂，利用《公路抗震》判別液化地層則多了②1層粉土層。

2）《公路抗震》的Ncri值高于《建筑抗震》和《鐵路抗震》的Ncri值，《公路抗震》相對(duì)于《建筑抗震》和《鐵路抗震》更為保守；《建筑抗震》在判別③、④層粉砂過(guò)程中的Ncri值較另外2部規(guī)范要小一些，判別結(jié)果也更為合理；《鐵路抗震》液化判別中不僅考慮了黏粒含量對(duì)Ncri值的影響，并且對(duì)粉土和粉砂的黏粒含量進(jìn)行修正，在④1層、⑤1層粉土的液化判別過(guò)程中更為合理。

3）⑤層粉土屬不液化土層，但在利用《建筑抗震》判別時(shí)，Ncri值大于實(shí)際錘擊數(shù)Ni，應(yīng)判為液化，而《鐵路抗震》在粉土的液化性判別上，考慮了黏粒重量修正系數(shù)α4，Ncri值小于實(shí)際錘擊數(shù)Ni，在利用《建筑抗震》進(jìn)行液化判別時(shí)，可以參考其余規(guī)范或方法的判別，提高可靠性。

3" 不同規(guī)范的液化判別探討

3.1" 不同規(guī)范液化初判探討

《建筑抗震》《鐵路抗震》和《公路抗震》的初步判別均考慮了地震烈度、地質(zhì)年代、粉土的黏粒含量、上覆非液化土層厚度、基礎(chǔ)埋深和地下水位深度等條件，不同方面如下。

1）《建筑抗震》對(duì)可不進(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算的各類建筑，判別深度為地面下15 m，其余建筑判別深度均為地面以下20 m；《鐵路抗震》在設(shè)防烈度為7度時(shí)，判別深度15 m，設(shè)防烈度為8、9度時(shí)，判別深度為20 m；《公路抗震》一般地基判別深度為地面以下15 m，樁基和天然地基基礎(chǔ)埋置深度大于5 m的判別深度為地面以下20 m。

2）初判中，在對(duì)上覆非液化土層厚度和地下水位深度關(guān)系比較時(shí)，《建筑抗震》僅適用淺埋地基建筑，還考慮了液化土特征深度的影響；《鐵路抗震》僅適用于基礎(chǔ)埋置深度不超過(guò)2 m的天然地基，未考慮液化土特征深度的影響，《公路抗震》對(duì)一般地基、樁基均使用，對(duì)基礎(chǔ)埋深也沒有要求，同時(shí)考慮了液化土深度的影響。

3）《建筑抗震》和《公路抗震》在計(jì)算上覆非液化土層厚度時(shí)，將淤泥和淤泥質(zhì)土層均扣除，而《鐵路抗震》中上覆非液化土層厚度為第一層液化土頂面至地面或一般沖刷線之間所有上覆非液化土層厚度，不包括軟土、砂土與碎石土的厚度；《鐵路抗震》對(duì)上覆非液化土層厚度定義、種類要求更為具體，對(duì)換填地基液化評(píng)價(jià)更有意義。

3.2" 不同規(guī)范液化復(fù)判探討

1）《建筑抗震》液化判別式為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值擬合曲線的對(duì)數(shù)和差公式，從不同設(shè)計(jì)地震分組選取調(diào)整系數(shù)，對(duì)液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值進(jìn)行調(diào)整；《鐵路抗震》是ds為3 m，dw為2 m，α4為1時(shí)的土層液化臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N0與多個(gè)修正系數(shù)的乘積；《公路抗震》為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值的多段式線性公式。

2）《建筑抗震》同其余兩部規(guī)范在不同設(shè)計(jì)基本地震加速度上的N0取值不同，并從不同設(shè)計(jì)地震分組考慮，選取調(diào)整系數(shù)對(duì)N0值進(jìn)行調(diào)整；《鐵路抗震》和《公路抗震》對(duì)N0值未進(jìn)行調(diào)整。

3）《建筑抗震》和《公路抗震》對(duì)地基液化等級(jí)進(jìn)行了分類，并提出了地基抗液化措施要求，《鐵路抗震》未提出地基液化等級(jí)，也沒有提出地基抗液化措施。

4" 結(jié)論

綜合上述分析，結(jié)合包頭某項(xiàng)目不同規(guī)范的液化判別對(duì)比，可以得出如下結(jié)論。

1）《建筑抗震》和《公路抗震》從各自建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)形式和地基基礎(chǔ)特點(diǎn)出發(fā)劃分判別深度，《鐵路抗震》則從抗震設(shè)防烈度角度劃分判別深度，抗震設(shè)防烈度為7度時(shí)，判別深度15 m，而我國(guó)抗震設(shè)防烈度7度的地區(qū)范圍又較大，從這點(diǎn)來(lái)看，《建筑抗震》和《公路抗震》的判別深度條件劃分更為細(xì)化、合理。

2）《公路抗震》采用的是多分段式線性公式，結(jié)果偏于安全，但偏于保守；《建筑抗震》是在原有分段式線性公式基礎(chǔ)上，結(jié)合大量地震液化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、擬合而成，更符合實(shí)際工程需求，《鐵路抗震》判別法為乘積形式，判別結(jié)果離散性較大。

3）不同的規(guī)范對(duì)同一地層進(jìn)行液化判別，其結(jié)果也可能不同，僅采用一種規(guī)范進(jìn)行判定會(huì)帶來(lái)一定的不確定性，適宜以一種規(guī)范為主，參考其它規(guī)范和其它液化判別方法，綜合評(píng)判，提高粉土、粉砂液化判別的可靠性。

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