填土场地和挖方场地的液化判别问题

一ｊ　建筑与结构设计１　瓦　填土场地和挖方场地的液化判别问题　Ｔｈｅ　Ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　Ｆｉｌｌｉｎｇ　Ｓｉｔｅｓ　ａｎｄ　Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　Ｓｉｔｅｓ　郝利君　（太原市建筑设计研究院，太原０３０００２）　ＨＡＯＬｉ－ｊｕｎ　（Ｔａｉｙｕａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３０００２，Ｃｈｉｎａ）　【摘　要】通过对（键筑抗震设计规范》（ＧＢ　５００１０－－２０１０）￣（￣ｄｃｆｆ，ｌ水电工程地质勘察规范　（ＧＢ　５０４８７－－２００８）＇￣，关于采用标准贯入　试验方法判别场地土液化规定内容的分析，对两本规范对于采用标准贯入试验方法在填方和挖方场地液化判别中计算数据的对比　分析，提出了在实际工程中判别液化存在的问题，对于填方挖方场地应结合实际情况具体分析，进行综合考虑和专ｆ１研究，不应简　单按照规范公式进行计算。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅ“ＣｏｄｅｆｏｒＳｅｉｓｍｉｃＤｅｓｉｎｏｆｇＢｕｉｌｄｉｎｇｓ”ＧＢ５００１０—２０１０ａｎｄ“ＣｏｄｅｆｏｒＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ”ＧＢ５０４８７—２００８，Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆｓｔａｎｄａｒｄ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｓｐｅｃｉｉｆｅｄ　ｓｉｔｅ　ｓｏｉｌ　ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ．ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｃｏｄｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｎ　ａｎｄ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｓｉｔｅ　ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ　ｎａｌａｙｓｉｓ．Ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｔｈａｔ　ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔ　ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ　ｅｘｉｓｔ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｔｏ　ｆｉＵ　ｓｉｔｅ　ａｎｄ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｓｉｔｅ，ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓｐｅｃｉｆｉｃａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ｓｐｅｃｉａｌｉｚｅｄｒｅｓｅａｒｃｈ，ｓｈｏｕｌｄｎ’ｔ　ｓｉｍｐｌｅｆｏｒｍｕｌａｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｉｎ　ａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｓｐｅｃｉｉｃａｔｆｉｏｎｓ．　【关键词】液化；标准贯入锤击数；有效压力；标准贯入点深度　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ；ｓｔｎｄａｒａｄＳＰＴ；ｅｆｅｃｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｓｔａｎｄａｒｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｄｅｐｔｈｐｏｉｎｔ　【中图分类号】Ｔｕ９７３．３　ｌ　【文献标志码】Ｂ　【文章编号】１００７—９４６７（２０１５）０６．００４９—０４　［ＤＯＩ］１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１５．０６．００９　１引言　液化是由于饱和砂土的孔隙全部为水填充，这种趋于紧　密的作用将导致孔隙水压力的骤然上升，而在地震过程的短　弱的盖层，地下水即大面积地漫溢于地表；如果砂土层上有渗　透性更弱的黏性土覆盖，当超孔隙水压力超过盖层强度，则地　下水携带砂粒冲破盖层或沿盖层已有裂缝喷出地表，即产生　所谓的“喷水冒砂”现象。地基砂土液化可导致建筑物大量沉　暂时间内，骤然上升的孔隙水压力来不及完全消散，这就使原　陷或不均匀沉陷，甚至倾倒，造成极大危害。地震、爆破、机械　来由砂粒通过其接触点所传递的压力（有效压力）减小，当有　振动等均能引起砂土液化，其中尤以地震为广，危害最大。历　效压力完全消失时，砂土会完全丧失抗剪强度和承载能力，变　次地震中，砂土液化造成的建筑物、构筑物、桥梁道路工程等　成像液体一样的状态，即通常所说的砂土液化。工程上定义的　的破坏都占有很大比例口ｌ。因此，“液化”是地震工程和岩土工　“液化”是以宏观震害为依据，砂土发生液化后，在超孔隙水压　程的重要研究课题。　力作用下，孔隙水自下向上运动。如果砂土层上部无渗透性更　【作者简介】郝利君（１９８５一），男，工程师，一级注册结构工程师，注　册土木工程师（岩土），从事建筑结构设计与研究，（电子信箱）　ｈａｏｌｉｊｕｎｔｙｕｔ＠１　６３．ｃｏｒｎ。　４９　２影响液化的因素及填方挖方场地存在问题　２．１影响液化的主要因素　ｌ工程建设与设计　ｌ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ＆ＤｃｓｉｇｎＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ　２．１．１土性条件（见表１）　表１土性条件对液化的影响因素　土性条件　影响因素　颗粒特征　细颗粒易液化，平均直径在０．１ｍｍ左右的粉细砂最易　液化；不均匀系数越小，越容易液化：黏粒含量越高，　越不容易液化；圆形砂粒比棱角形砂粒易液化　密度　密度越高，液化可能性越小　渗透性　渗透性低的砂土容易液化　结构性　结构破坏土和新砂层更易液化　压密状态　超压密砂土不易液化　２．１．２埋藏条件（见表２）　表２埋藏条件对液化的影响因素　埋藏条件　影响因素　上覆土层　上覆土层越厚，上覆有效压力越大，越不容易液化　排水条件　排水条件良好，有利于孔隙水压力的消散，能减小液化的　可能性　地震历史　遭受过历史地震的砂土不易液化，但是发生过液化又被重　新压密的砂土较易液化　２．１．３动荷条件（见表３）　表３动荷条件对液化的影响因素　动荷条件　影响因素　震动强度　烈度越高，地面加速度越大，越容易液化　持续时间　震动时间越长或震动次数越多，越容易液化　２．２存在问题　在实际工程中往往存在填方或挖方场地，在工程勘察时　场地并未平整，填方场地会导致上覆土层加厚，上覆有效压力　加大，有利于减小液化危害。而挖方场地由于上覆土层减少，　上覆有效压力减小，会导致液化危害加大。《建筑抗震设计规　范）＞（ＧＢ５００１０－－２０１０）（以下简称《抗规》）和《水利水电工程地　质勘察规范））（ＧＢ５０４８７－－２００８）（以下简称《水电规范》）中均采　用标准贯入试验判别法进行液化土的判别。标准贯入试验判　别法的基本要求是：标准贯入锤击数实测值小于液化判别标　准贯入锤击数临界值时，即判别为液化土。但是由于填土和挖　方后，液化会存在减轻和加重的不同结果，如果采用标准贯入　试验进行液化判别，则标准贯入锤击数实测值如何进行修正，　标准贯入锤击数临界值如何进行计算，是判别液化的关键。　以下以这两本规范中关于采用标准贯入试验进行液化判　别的规定，以及实际工程中部分单位采取的计算方法进行分　析。　３规范对液化判别的规定及填土、挖方场地　液化判别计算　１）《抗震规范》对液化的判别首先进行初步判定，符合一　定条件即可判定为不液化，当认为需要进一步判别时，采用标　５０　准贯入试验判别法，当饱和土的标准贯入锤击数实测值小于　液化　惕Ｕ标准贯入锤击数临界值时，即判别为液化土嘲。标准　贯入锤击　临界值计算公式如下：　Ⅳｃ　＝Ｎｏ／３［ｈａ（０．６ｄ，＋１．５）一０．１　、／３／ｐ。　（１）　式中，Ⅳｃ　为液化判别标准贯入锤击数临界值；Ｎｏ为液化判别　标准贯入锤击数基准值；ｄ　为饱和土标准贯入点深度；　为　地下水位；ｐ　为土的黏粒含量质量百分率，％，当ｐ　＜３％或为　砂土时，应采用３％；／３为调整系数，设计地震第一组取０．８；第　二组取Ｏ．９５；第三组取１．０５。　注：本公式适用于判别地面下２０ｍ范围内土的液化。　现以填土场地为例进行分析计算，假定一场地，抗震设防　烈度８度（０．　），设计地震第一组，土层为砂土。则式（１）中的　Ｎｏ＝１２，ｐ＝０．８，ｐ　３。原场地ｄ　ｌ，现计算标准贯入点深度为　２￣１３ｍ，共１３个点的标准贯入锤击麴Ｉ缶界值。设填土厚度为　ｈ，即　＝ｌ　，　（未考虑填土有可能导致的地下水位变　动问题）。　为原场地地下水位；ｄｗ＇为填土后的地下水位；　为　原场地的标准贯入点深度；　为填土后的标准贯入点深度。　计算结果如表４所示。　姓一　一一一　ｎ　¨＂　表４填土场地按《抗震规范》公式计算的ｄ。和Ⅳｃ　值　『　ｍ　ｕ　”　兰　填土场按《抗震规范》公式计算的　，和Ⅳｃ　变化如图１　所示。　‘　。　““　图１填土场地按《抗震规范》公式计算的ｄ　和Ⅳｃ　变化图　由图１可知，填土后，标准贯入锤击数临界值比原场地临　界值随深度，先增大，后减小。在填土后曲线与填土前曲线交　点的左侧，填土后临界值增大，在填土后曲线与填土前曲线交　点的右侧，填土后临界值减小。填土越厚，减小和增加的变化　幅度越大。　根据对液化影响因素的分析，可得出填土后，上覆有效压　力加大，液化的危害减小。同理，对液化的判别应该得出液化　指数减小的结论。但是由图１分析可知，在一定范围内，由于　标准贯入锤击数临界值会增大，而标准贯入锤击数实测值如　不进行相应修正，则会导致液化指数的上升，或者由非液化土　改判别为液化土。随着深度的增加，由于权函数的影响，实际　计算液化指数不一定会上升，但是在离原场地地面标高接近　处，则可能会存在此种情况，从而得出与实际工程经验和理论　不符的结果。　同理，如果为挖方场地，将以上分析反向考虑，挖除上覆　土导致有效压力减小，对抵抗液化不利，应该得出液化加重的　结论，但是由图１可知，由于在一定范围内标准贯入锤击数临　界值减小，则会计算出液化减轻，或者由原液化判别为非液　化。与实际情况不符，给工程带来安全隐患。　由于《建筑抗震设计规范｝（ＧＢ５００１０－－２０１０）并未给出此　种情况的处理方式，标准贯入锤击数考虑上覆土层的修正并　没有明确的规定，这导致在实际工程中对液化土层的判别会　出现混乱。　２）《水电规范》对于土的地震液化判定同样分为初判和复　判，对初判可能发生液化的场地土进行复判。其中复判可采用　标准贯入锤击数法、相对密度复判法和相对含水率或液性指　数复判法嘲。现只对标准贯入锤击数法进行讨论。规定标准贯　入锤击数临界值计算公式如下：　ｏ＿９圳　］、／　（２）　式中，Ｐ。为土的黏粒含量质量百分率（％），当ｐｃ＜３％时，取　ｐ￣－－３％；Ｎｏ为液化判别标准贯人锤击数基准值；ｄｓ为饱和土标　准贯入点深度，当标准贯入点在地面以下５ｍ以内深度时，应　采用５ｍ计算；　为地下水位。　注：本公式适用于标准贯人点地面下１５ｍ以内深度的液化判别。　假设一场地，抗震设防烈度８度（０．　），近震，Ｎｏ＝ＩＯ，土层　为砂土（ｐｃ＜３％），其余参数及考虑方法同前。同样计算填方分　别为２ｍ，４ｍ，６ｍ时的标准贯入锤击数临界值如表５所示。　表５填土场地按《水电规渤公式计算的　和Ⅳｃ　值　填土场地按《水电规范》公式计算ｄ　和Ⅳｃ　变化如图２所　不。　－一－　／　∞　坫　ｍ　原场地　＋填土２ｍ　＋填土４ｍ　＋填土６ｍ　ｄｓ／ｍ　图２填土场地按《水电规范》公式计算的ｄ。和Ⅳｃ　变化图　由图２可知，填土后，标准贯人锤击数临界值在ｄ　＜５　时，取ｄ。＝５，导致在ｄ　５时，Ⅳｃ　计算值相同，图中为水平直线，　且填土使标准贯入锤击数临界值减小，液化减轻，符合理论分　析结果。当ｄ。＞５，为斜直线，填土厚度对标准贯入锤击数临界　值不产生影响。　同时，《水电规范》对标准贯人锤击数贯入点深度和地下　水位在试验地面以下的深度，不同于工程正常运用时，实测标　准贯入锤击数应进行校正，并按照校正后的标准贯入锤击数　Ⅳ作为判定液化的依据。　Ｉ（券蕞黔）　（３）　式中，Ⅳ’为实测标准贯入锤击数；ｄ。为工程正常运用时，标准　贯入点在当时地面以下的深度；ｄｗ为工程正常运用时，地下水　位在当时地面以下的深度，当时地面淹没于水面以下时，　取　Ｏ；ｄ　为标准贯入试验时，标准贯入点在当时地面以下的深度；　ｄｌｗ为标准贯入试验时，地下水位在当时地面以下的深度，若　当时地面淹没于水面以下时，ｄｌｗ取０。　５１　『工程建设与设计　Ｃｏ￣ｔｒｕｃｔｌｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ一　现令　＝（　｝等子），暂且称之为标准贯人锤击数的　修正系数。现计算填土厚度分别为２ｍ，４ｍ，６ｍ时，随　的变　化，ｋ值计算结果如表６所示。　填土厚度相同时，随着深度的增加，修正系数减小。　４　５　４　３　２　２　５　０　５　０　按《水电规范》虽然未出现填土后液化指数增大的情况，　５　３　５　而且给出了标准贯入锤击数的修正公式，但是由图３可见，接　近标准贯入试验时地面标高，深度较浅处，修正系数偏大，例　表６填土场地按《水电规范》计算的以和ｋ值　如填土４ｍ，标准贯入锤击数实测计算值增大３．１１倍，显然是　不太可能的。　４结论　由以上对《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１０－－２０１０）和《水　利水电工程地质勘察规范））（ＧＢ５０４８７－－２００８），对填土和挖方　场地的分析可知，规范对于此部分内容的规定，并不能完全反　应工程的实际情况。对《抗震规范》规定的分析，可知在建筑工　程中，将ｄｗ，ｄ。简单代换为填土后的值进行计算，来判别液化　填土场地按《水电规范》计算的　和　值变化图如图３所　不。　是不合理的。当参考《水电规范》中对标准贯入锤击数实测值　进行修正时，要注意浅层修正系数可能会偏大的情况。　▲　在实际工程中对于填方和挖方场地的判别需根据具体情　＼　－＼　＼１、　、’　．况，做具体定『生分析，不能一味按照规范公式进行计算。否则　　、＾－’■１　’　。　＝　塑　盎　Ｔ——’—’’。’ｒ　会导致错误的结果，给工程的安全带来隐患。（』ｂ　—●一填土２ｍ　＋填土４ｍ　填土６ｍ　【参考文献】　【１】《工程地质手册》编委会．工程地质手册（第四版）［ＫＪ．北京：中国建　筑工业出版社，２００７．　１　２　３　４　５　６　７　８　９　ｌ０　１ｌ　１２　ｄ。／ｍ　【２】ＧＢ５００１０－－－２０１０建筑抗震设计规范［ｓ】．　【３】ＧＢ　５０４８７－－２００８水利水电工程地质勘察规范［ｓ】．　【收稿１５１期１２０１５—０３．０２　图３填土场地按《水电规范》计算的　和ｋ值变化图　由表６和图３可知，随填土的厚度增大，修正系数增大。　（Ｉ－接第４８页）　的抗侧刚度，以满足位移和舒适度的要求。　２）在结构方案的优化设计过程中，要将结构变形和舒适　度作为控制要点。　３）根据工程的实际情况，确定是否需要设置过渡层。　４）对于薄弱的位置需要明确的加强措施，或者提出适宜　５．５结构舒适度的控制　《高层建筑混凝土结构技术规程》口１规定，在１０ａ一遇的风　荷载标准值作用下，住宅的顶点风振加速度限值为０．１５ｍ／ｓ：，在　该结构设计中，通过增加ｌ，向剪力墙的布置，适当增加了弱轴　的刚度，结构计算的ｙ向顶点加速度为０．０３９ｍ／ｓ　，结构具有　的抗震性能目标，以保证结构安全。（Ｉｂ　【参考文献】　【１】赵钿．超高层住区里的养老设计尝试［Ｊ】＿建筑技艺，２ｏ１４（３）：８４—８９．　【２】湖南继善高科技有限公司．长沙北辰三角洲Ｅ４地块场地岩土工程　详细勘察报告［Ｒ］．２０１３．　【３】ＪＧＪ３—２０１０高层建筑混凝土结构技术规程［ｓ】．　较好的舒适度。　６小结　超高层住宅的结构设计中，结构方案的确定关系到建筑　的功能实现和经济合理。通过对该工程的设计，总结如下。　１）按照建筑布局，合理地布置剪力墙，尽量均匀分散，避　免太长的剪力墙，明确增强结构抗扭刚度的方法。对于低烈度　的超高层建筑，风荷载一般为控制工况，应尽量增强弱轴方向　５２　【收稿日期１２０１４一ｌｌ—Ｏ４