青山水库大坝地基地震液化等级判别

王春林，王春雨

（1.赤峰学院，内蒙古赤峰024000；2.京能（赤峰）能源发展有限公司，内蒙古赤峰024005）

青山水库大坝地基地震液化等级判别

王春林1，王春雨2

（1.赤峰学院，内蒙古赤峰024000；2.京能（赤峰）能源发展有限公司，内蒙古赤峰024005）

在工程建设基础处理的过程中，会遇到判断地震液化判别及处理的案例，国家规范中有很多种对于地震液化的定性及等级判别的方法，每种判别方法又有不同的针对性.对于水利水电工程，应用较为广泛的是标准贯入击数为依据的判别方法.本文参照《建筑抗震设计规范》等规范，对青山水库河床覆盖层中的第四纪全新统的粉细砂、壤土及砂砾石进行液化等级判别.结果表明，坝基覆盖层存在不同程度的液化现象，需要对这部分土层进行必要的工程处理.

地基；液化；等级判别

地震液化是在震动过程中，土体有收缩的趋势.在不排水条件下，表现为孔隙水压力升高、累积，当孔隙水压力上升到上覆压力时，土的强度丧失，土体发生流动的一种现象.影响饱和土液化的主要因素包括土性条件、静应力条件、动荷载条件和排水条件.通常某一场地在地震中是否发生液化，一般是根据宏观现象来识别的，其鉴别标志是该场地是否发生了上浮、喷水冒砂、地基失效、液化滑移或由于液化引起的沉陷现象[1].由于地震对工业及民用建筑物的巨大破坏作用，对地基液化的判别和等级划分，从而有针对性地对不同条件下的地基基础进行必要的工程处理是十分必要的.

1 地基液化的判别方法

地基液化是由多种内因和外因综合作用的结果，其判别方法通常采用几个物理力学指标的综合判定.一般将液化的判别分为为两个步骤，即初步判别（有无液化的可能）和复判两部分，进而进行液化等级划分[2].（见图1）

图1 地震液化限界指标初判流程图

在初步勘过程中，可按液化初步判别标准将肯定不会出现液化的场地确定下来，在详勘阶段就不需要再考虑液化问题，包括地震条件、地质条件和埋藏条件.地震条件，通常饱和土液化判别和地基处理，6度时一般可不考虑，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度考虑，7~9度时，乙类建筑可按原烈度考虑；地质条件，满足全新世乃至近代沉积层、海相或河湖相沉积层或人工填土、冲积平原或河漫滩或古河道等地貌条件三者之一的，需要进一步判断液化条件；埋藏条件：土层埋深考虑在20m以内，地下水埋深不超过8m的时候考虑地基液化，对一般建筑物，液化判别深度为15m，我国收集到的液化实例中很少有15m以下的液化实例，但对桩基及深基础为了不致误将桩尖持力层或深基础持力层与主要下卧层选在15m以下有可能液化的土层上，要求判别的土层深度延至20m[3].

不能确定的，在详勘时再按规范给的公式对土质条件进行进一步的判别.在《建筑抗震设计规范》[4]中，采用标准贯入实验的标准贯入击数值N63.5与Ncr（饱和土液化临界标准贯入击数）的关系来判断土体是否液化；《水利水电工程地质勘察规范》[5]中，通过N63.5与Ncr的关系、相对密度判别法、相对含水量判别法及液性指数判别法等进行液化判别；《岩土工程勘察规范》[6]中根据静力触探试验法（《铁路工程抗震设计规范》[7]中采用此法）及剪切波速法（《天津市建筑地基基础设计规范》[8]中采用此法）进行液化判别.

2 青山水库坝基覆盖层的工程地质特征

青山水库大坝为均质土坝，坝高8m，库容289万m3，坝顶长734.01m，坝基表部覆盖有5.0～6.5m厚的第四系河床冲积物，是西南地区一个比较典型的小（一）型水库，据1/4000000《中国地震烈度动参数区划图》，青山水库工程区地震动力加速度为0.15g，动反映谱特征周期为0.45s，青山水库工程区相应地震基本烈度为7度.根据坝基液化的判别条件，青山水库的地震条件：青山水库工程区相应地震基本烈度为7度，建筑物基本设防烈度为Ⅶ度；青山水库的地质条件：坝基覆盖层为第四系冲、洪积物，所在位置为原河流的河道；青山水库的埋藏条件：大坝建成后覆盖层土层埋深在20m以内，在水库蓄水条件下，地下水位抬高，满足地下水埋深不超过8m的要求.青山水库的坝基覆盖层的土体条件是可能存在坝基液化的地基，因此，需要通过土质判别进行进一步详勘.

3 青山水库坝基覆盖层的地基液化的判别

结合目前现行规范，结合本工程具体问题，根据青山水库属于水利工程、施工单位现有设备等条件，本文选择《建筑抗震设计规范》[4]及《水利水电工程地质勘察规范》[5]中标准贯入实验的标准贯入击数值N63.5与Ncr（饱和土液化临界标准贯入击数）的关系来判断土体是否液化.首先，由颗粒组成分析判断土体中的粘粒含量是否大于7度设防区产生液化的粘粒含量上限16%，若粘粒含量不大于16%，则认为坝基不液化；第二步，判断上覆非液化土层厚度和地下水位深度是否满足地震液化条件即判断du>d0+db-2；dw>d0+db-3；du+dw>1.5·d0+2· db-4.5（dw—地下水位深度；du—上覆非液化土层厚度；d0—基础埋置深度；db—液化土特征深度）三式是有满足的情况，若有任一式满足，则判断土体为非液化土；第三，采用标准贯入试验方法进一步确定是否液化.当实测的标准贯入击数值N63.5

3.1 分析土体的颗粒组成

通过对青山水库的坝基覆盖层的土体进行土工实验分析其土质条件，青山水库的土体成分以粉土质砂及含砂低液限粘土为主.据颗粒分析试验，砾石粒组含量0.50%~41.10%，平均为13.45%，砂粒组含量18.70%~48.20%，平均为32.55%，粉粒组含量22.30%~79.60%，平均为47.38%，粘粒组含量1.20%~9.40%，平均为6.63%.天然容重为18.3kN/m3~19.3kN/m3，平均为18.9kN/m3，饱和容重18.9kN/m3~19.5kN/m3，平均为19.3kN/m3，天然含水量为20.4%~27.0%，平均为24.45%，孔隙比为0.66~0.75，平均为0.72.（见表1）

由表1中粘粒含量可见，4组土样的粘粒百分含量在1.20%~9.40%之间，平均为6.63%.根据规范，土样不满足非液化土体的条件，因此，需要进一步的分析判断.

表1 青山水库坝基覆盖层的颗粒组成

3.2 根据du和dw判断土体的液化条件

根据工程勘察结果，青山水库坝基覆盖层上覆非液化土厚度du为大坝高度8m，基础埋置深度d0为取样深度，地下水位深度dw为4.25m，液化特征深度db在7度地震条件下粉土取6，砂土取7.计算

三式的各项指标，计算得非液化土和地下水位深度的关系，各分项指标及其计算结果见表2：

由表2可知，土体中各项指标的上覆非液化土层厚度du和地下水位深度dw均不满足规范中所列的公式1、公式2、公式3等三个必要条件，土体仍不满足不液化的条件.则土体是否液化还需要需要对覆盖层的土体进行更进一步的分析.

表2 覆盖层非液化土和地下水位深度的关系

3.3 标准贯入试验进行地基液化判断

比较标准贯入击数值（N63.5）和临界标准贯入击数（Ncr）之间的关系，进一步分析覆盖层液化的影响.根据本工程的实际情况，液化土层在地下15m范围之内，用液化判别标准贯入击数值进行计算，通过标准贯入实验测得该土层的标准贯入锤击数N=5～15击，平均10击，修正后平均8.28击.在地下15m范围深度内，根据地下水位深度dw、饱和土标准贯入点的深度ds、饱和土的粘粒含量百分率ρc及饱和土液化判别的基准标准贯入锤击数N0（7度地震区基本地震加速度为0.15g的地区内，取6），通过规范中公式

进行分析计算，得到覆盖层液化临界标准贯入击数，基本计算指标及计算见表3.

表3 覆盖层液化临界标准贯入击数

根据公式4计算液化临界标准贯入锤击数，可以看出，第1、2组土样的Ncr>N63.5，第3、4组土样的Ncr

3.4 进行地基液化等级划分

当确定地基中某些土层属于可液化土后，需要进一步估计整个地基产生液化后果的严重性，即危害程度.如果土很容易液化，而且液化土层的范围很大，属于严重液化地基；土不大容易液化，且液化土的范围不大则属于轻度液化地基.规范中将这一概念具体用液化指数ILE表示[4].

根据《建筑抗震设计规范》中推荐采用下式计算，用Ni和Ncri分别表示第i个标准贯入点的实测标准贯入锤击数和临界标准贯入锤击数；用di第i个标准贯入点所代表的液化土层厚度（本工程的分别为1.48、2.36、4.05、3.32）；用ωi反映第i个液化土层层位影响的权函数（单位m-1），根据本工程的情况，判别深度为15m以内，当该层中点深度不大于5m时应采用10，等于15m时应采用0，5~15m时应按线性内插法取值；

根据各钻孔的贯入击数，并由公式5计算得出液化土层的ILE=7.09，根据《建筑抗震设计规范》，在考虑15m地震液化影响深度的条件下，5≤ILE≤15属于中等液化土层，因此，判定该液化土层的液化等级为中等地基液化土层，需要对该土层进行工程处理.

4 结语

青山水库河床覆盖层中的第四纪全新统的粉细砂、壤土及砂砾石，密实度低，部分属于中等液化土，在地震荷载及库水位的影响下存在安全隐患.因此需要对该液化土层进行必要的工程措施处理.

关于地基地震液化的判别，在《建筑抗震设计规范》、《岩土工程勘察规范》及《水利水电工程地质勘察规范》中采用的方法都不尽相同，在判别手段和依据上也存在一定的差异性，在实际工程当中，判断地基液化方法差异较大.近些年来，地震映像的方法、波速测试、地微震测试等方法也日趋成熟[9].而不同地基液化判别方法在原理和指标选择上的差异性存在导致不同判定结果的可能.因此，探讨一种相对简便快捷且有一定通用性的地基液化判别方法和液化等级判定方法是有必要的.

〔1〕岩土工程师实务手册编写组.岩土工程师实务手册[M].北京:机械工业出版社，2006.506-513．

〔2〕周景星,王洪瑾.基础工程[M].北京:清华大学出版社,1996.289-322.

〔3〕顾晓鲁,钱鸿缙,刘惠姗等[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.276-735.

〔4〕中华人民共和国建设部.建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）[S].北京:中国建筑业出版社,2010.

〔5〕中华人民共和国水利部主编.水利水电工程地质勘察规范(GB50487-2008)[S].北京:中国计划出版社,2008.

〔6〕中华人民共和国建设部.岩土工程勘察规范（GB50021-2009）[S].北京:中国建筑业出版社, 2009.

〔7〕中华人民共和国建设部.铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）[S].北京:中国建筑业出版社,2006.

〔8〕天津市规划设计管理局等.天津市建筑地基基础设计规范（TBJ1-88）[S].北京:中国建筑业出版社,1988.

〔9〕林宗元.岩土工程试验监测手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.479-546.

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