吹填造陆形成的吹填土液化判别方法分析

◎ 莫鋈 江西省港航设计院有限公司

郑世武 天津临港港务集团有限公司

在我国沿海地区经常开展围海造陆工程。围海造陆使用吹填土因为所处的沉积物和沉积环境不同，导致吹填土的成分不一样，含砂量也不相同。人工吹填土在没有经过地基处理之前，大都为可液化的土层。人工吹填土场地为了保证场地稳定，需要根据地质特点及地基液化程度，选择适合的地基处理方法消除地基液化。本文通过分析人工吹填土的成分构成和性质，讨论现行规范中主要地基液化判别方法的差异，采用原位测试成果细化地基土层液化程度，结合工程实例提出人工吹填土场地消除地基液化的建议。

1.人工吹填土的成分构成和性质

吹填造陆的形成的土，大多数都含有有机质和黏粒成分。吹填土有高压缩性和高含水率的性质。人工吹填土的性质可从以下四个方面入手。

（1）人工吹填土的厚度和形成时间；

（2）人工吹填土土体的颗粒组成；

（3）人工吹填土的矿物成分；

（4）人工吹填土的化学成分。

人工吹填土的厚度决定了土体自重和地基处理采用的方法。人工吹填土的形成时间对土体的固结程度影响较大。国标《土的工程分类标准》(GB/T50145-2007)把土的粒组分为10级。分类依据式根据粒径范围的大小。人工吹填土的粒组根据室内颗分试验得知，主要要由砂粒、粉粒和黏粒等成分组成。土颗粒级配特征的判别依据是曲率和不均匀系数。黏粒含量是地基液化判别的重要因素之一。土颗粒级配特征对土的物理力学性质有较大影响。

目前的液化判别方法主要适用于石英质砂土和粉土，人工吹填土中原生矿物石英、云母及其他暗色矿物含量对于液化判别有较大影响。

2.液化判别方法

目前，主要有两类地基土的液化判别方法。一类是经验分析法，这种判别方法是以历次地震实地发生现场的砂土液化调查资料为依据，而建立的一种液化判别方法。比如国标采用的标准贯入试验法就是这一类方法。第二类是试验分析法，这种判别方法是以砂土液化试验和土体地震反应分析结果为依据建立的一种液化判别方法，比如Seed简化法在国际上应用较多。

我国规范中的液化判别方法属于经验分析法，在地震发生后出现喷水、冒砂的液化场地进行原位测试和试验，对比分析试验数据，采用概率方法进行液化判别。这种方法给出了判别条件和边界，具有较强的实用性和针对性。目前，液化判别采用的原位测试数据，主要是标准贯入试验锤击数，静力触探得到的比贯入阻力和锥尖阻力。

在《建筑抗震设计规范》(2016年版)中，采用标准贯入试验锤击数进行液化判别(以下简称“国标抗震规范法”)，见如下公式：

Ncr—判别液化标准贯入锤击数的临界值；

N0—判别液化标准贯入锤击数的基准值；

ds—饱和土标准贯入点深度；

dw—地下水位；

pc—黏粒含量百分率；

β—调整系数。

在《岩土工程勘察规范》(2009年版)中，以唐山地区地震不同烈度区的试验资料，利用静力触探中的比贯入阻力和锥尖阻力，对饱和砂土和饱和粉土进行液化判别(以下简称“国标勘察规范法”)，具体公式如下：

pscr=ps0·αw·αu·αp；

qccr=qc0·αw·αu·αp；

αw=1-0.065(dw-2)；

αu=1-0.05(du-2)；

pscr、qccr—为饱和土静力触探液化比和贯入阻力临界值及锥尖阻力的临界值；

ps0、qc0r—为饱和土静力触探液化比和贯入阻力基准值及锥尖阻力的基准值；

aw—地下水位埋深修正系数；

au—上覆非液化土层厚度的修正系数；

dw—地下水位深度；

du—上覆非液化土层厚度；

ap—与静力触探摩阻比相关的土性修正系数。

对比2种液化判别方法，可以发现：

①2种液化判别方法均考虑了地下水位和土体黏粒含量的影响，但采用静力触探测试数据的两种方法在黏粒含量方面关注点不同，国标勘察规范法采用修正系数，对石英质砂土的液化判别准确度较高。

②国标勘察规范法中的静力触探比贯入阻力及锥尖阻力标准值是根据工程场地区域地震动峰值加 速度值确定的。

③国标勘察规范法的液化指数计算精度为0.1m(静力触探测试数据采样精度)，国标抗震规范法计算精度为1.0m-1.5m (标准贯入试验点的竖向间距为1.0m-1.5m。)

人工吹填土场地需要先行开展大面积的地基处理，以初步加固土体、消除主要地基土层液化，再根据建筑设计条件，采用适合地基基础方案。因此，地方经验欠缺的地区，应先根据国标抗震规范法初步判别地基液化程度，再结合静力触探成果采用国标勘察规范法或当地经验方法，细化不同地基土的液化程度，查明主要液化土层，提出有针对性的地基处理方案。

3.不同液化判别方法结果对比分析

3.1 天津滨海地区人工吹填土性质

天津滨海临港地区，区域内人工吹填土形成时间较短，一般小于5年，人工吹填土层揭示厚度一般在10.0m以内。人工吹填土层的成分主要为粉土、砂土、黏性土和淤泥，其中，以粉土和砂土为主。颗分试验结果显示，人工吹填土的粒径主要集中在0.075-0.25 mm的砂粒和0.05-0.075mm的粉料区间，黏粒含量较少。以粉砂为主要成分的人工吹填土的不均匀系数为7.35，曲率系数为2.33，以粉土为主要成分的人工吹填土的不均匀系数为10.31，曲率系数为1.78，级配良好。

3.2 液化判别分析

项目所在地自然地面以下20米，主要地层为人工吹填土层，粉土-粉质黏土层、粉砂层、粉砂层、粉质黏土-粉土层。为保证测试结果的准确性相关性，静力触探测试孔都布置在液化判别用标准贯入孔周边2m范围内。根据上述2种液化判别方法计算得到，对于同一区域、相同深度的土体的液化判别结果基本一致。

3.3 液化指数分析

对于自然地面下20m内土体液化指数Ile，采用静力触探测试数据为主要判别依据的国标勘察规范法和与国标抗震规范法的计算结果有差别，分析原因主要是国标抗震规范法采用的黏粒含量的影响。由于人工吹填土成分复杂，大间距取样(取样间距为1m)无法完全代表该厚度地层的成分构成，如遇到黏粒含量较大的粉土层，则液化指数将明显减小。

经过上述分析可以得出：①人工吹填土层的主要成分是粉土和细砂；②人工吹填土层是主要液化土层，粉土-粉质黏土层和粉砂层的液化程度较高。如针对人工吹填土层、粉土-粉质黏土层和粉砂层进行地基处理，可消除地基土近90%的液化。

4.针对液化土层的地基处理

根据工程场地地基土的性质，大面积地基处理方法采用强夯+地下水控制方法，以消除人工吹填土层、粉砂层、粉土-粉质黏土层和等主要液化土层的液化影响，并达到设计加固的深度。地基处理后，地基土体力学指标有明显提升，载荷试验得到地基承载力特征值均不小于140kPa，标准贯入锤击数也有明显提高，达到10-35击，平均18击，场地平地等效剪切波速值大于150m/s，为ш类场地。地基处理后，根据标准贯入试验和静力触探试验成果，采用国标抗震规范法和国标勘察规范法，除个别区域深部砂土、粉土层液化导致强夯处理后液化指数较大外，其余大部区域在消除人工吹填土液化后，液化指数明显减小，液化程度多为轻微液化。基本达到了大面积地基处理的目的。

5.小结

（1）分析了影响人工吹填土性质的四方面因素，分别是人工吹填土的厚度和形成时间、矿物成分、土体的颗粒和化学成分等组成；

（2）结合工程实例，分析了人工吹填土的物理力学性质，采用2种现行规范法对地基土进行了液化判别，对比分析了不同液化判别方法间的结果和液化指数的区别，得到了不同地基土层的液化指数占比，以及主要液化土层。