北分干渠地基土地震液化判别与评价

石磊

（辽宁省阜新水文局，辽宁 阜新 123000）

1 概述

对于辽宁沈阳洪区北分干明星二桥下游段水系出口进行改造，着重解决于洪区北分干刘家闸至明星二桥段排水防涝问题，以此缓解城区排水压力。工程主要建设内容包括：①新建暗渠650 m，上游进口段明渠25 m，下游段护岸634 m， 闸下渠道封闭段的护岸48 m；②新建永安支渠777 m，原支渠渠首加高段8 m，过路方涵2座；③新建围栏长1 982 m；④拆除桥梁1座；⑤新建台阶3处；⑥太阳能路灯20盏。

2 区域地质概况

2.1 地形地貌

北分干渠地势总体上东南高西北低，局部地形微起伏。现有河道两侧地面高程37～40 m，河道宽约10～18 m。岸坡坡度一般20°～30°，最大可达50°，岸坡以上为北分干一级阶地，现状多为农田及房屋。

2.2 地层岩性

本区在构造体系上位于阴山东西复杂构造带和新华夏系构造带的交接部位，由于受后期构造运动和岩浆活动干扰、破坏，特别是新华夏系构造对它的改造作用十分强烈，因此构造体系表露不是很明显。区域地层出露，主要由受混合岩化作用形成的前震旦系岩石[1]，侏罗系安山岩、安山质角砾岩夹砂页岩、砾岩夹砂岩、粉砂岩、页岩夹煤线，白垩系的砂砾岩夹砂岩、粉砂岩、页岩，第四系的砂砾石层、砂质粘土、粘质沙土以及晚侏罗世侵入岩等组成。

2.3 水文地质条件

区域内地下水主要类型为第四系孔隙潜水，局部为基岩裂隙水。前者广泛分布于整个工程区，以填土、粉质粘土及砂层为主要含水层，一般较厚，其地下水位埋藏一般较浅， 主要受大气降水和上游河流补给，并向下游河谷排泄。丰枯水期地下水位变化较大。

3 工程地质

3.1 地形地貌

北分干整体上自东向西流，工程区段河道较曲折，属倒梯形河道，岸坡及河床部位主要由粘性土及砂砾类土构成。按地貌形态及成因类型划分为人工地形和冲洪积地形。

人工地形：主要分布于河道堤岸、堤岸附近堆土及河底等区域。岩性以杂填土①、素填土②为主。冲洪积地形：分布于北分干河道及两侧，宽度大于200 m。地势平坦开阔,大部分为耕地，地层较复杂。

3.2 地层岩性

根据本次勘察钻孔揭露，地层自上而下分为：

①层：杂填土，杂色，主要由粘性土、粉土、粉砂及少量建筑垃圾组成，结构松散，主要分布河道堤岸附近堆土，层厚 0.9～2.7 m。

②层：素填土，黄褐色～灰黑色，主要由粘性土、粉土、粉砂及少量建筑垃圾组成，结构松散，局部有出露，主要分布河道堤岸、河底等区域，层厚0.3～4.6 m。

③层：粉质粘土，黄褐色～灰褐色，软塑～可塑状态，分布均匀，层位稳定，层底埋深8.4～17.5 m，层厚7.8～15.0 m。该层局部层间夹有软塑状粉质粘土及粘土层，多以夹薄层及透镜体形式出现；细砂，黄褐色～灰褐色，稍密，主要矿物成份为石英、长石等，均粒结构， 级配较差。该层为粉质粘土的夹层，层底埋深7.8～12.0 m，层厚3.0～3.7 m，工程区内分布范围较小，仅治理段下游局部可见该层。

④层：细砂，黄褐色～灰褐色，稍密～中密，，主要矿物成份为石英、长石等，均粒 结构，级配较差。层底埋深8.4～20.0 m，层厚1.1～5.5 m，河道下游可见该层分布。

⑤层：粗砂，黄褐色～灰褐色，稍密～中密，主要矿物成份为石英、长石等，均粒结构，级配较差。层位较稳定，勘察期间该层未全部揭露，最大揭露厚度12.5 m。该层个别钻孔局部夹有中砂及砾砂层，多以层状及透镜体形式出现[2]。

3.3 地下水情况

地下水主要为第四系松散层孔隙潜水，潜藏于填土、粉质粘土及砂中，勘察期间河底存在地表径流[3-5]。各主要岩土层注水试验成果详见表1。

表 1 钻孔注水试验成果一览表

由表1可知，北分干主要地层中，细砂④1渗透系数多在3.15×10-3～3.66×10-3cm/s之间，属中等透水性；细砂④2渗透系数多在2.14×10-3～3.68×10-3cm/s之间，属中等透水性；粗砂⑤渗透系数多在1.06×10-2～2.65×10-2cm/s之间，属强透水性。

3.4 地基土冻胀性

本区标准冻土深度1.1 m。根据GB50324-2014《冻土工程地质勘察规范》季节冻土的冻胀性分级表2。

由表2可知，小浑河河道粉质粘土③均呈强冻胀性（Ⅳ），在进行设计时应考虑地基土的冻胀性。

3.5 地基土的承载力

对于本工程区地基土承载力的确定根据《建筑地基基础设计规范》（辽宁省地方标准）， 通过室内试验、标贯试验结合计算、查表法综合分析而得出的。各土层承载力特征值参数详见表3：

表2 地基各主要岩土层冻胀性分级

表3 工程场地地基土承载力特征值参数Φak（kPa）

4 地基土地震液化判别与评价

根据《建筑抗震设计规范》，本工程拟建场区抗震基本设防烈度为7度，设计基本地震加速度为7度，特征周期值为0.35 s。

根据北分干工程区勘察资料，该场地20 m深度范围内，覆盖层主要为粉质粘土③、细砂④1、细砂④2、粗砂⑤，其中粉质粘土③为粘性土，可判断为不液化土。

依据《建筑抗震设计规范》中规定，对浅埋天然地基的建筑物，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化 影响：

式中：dw——地下水位深度（m），由于本次勘察期间为丰水期，可采用勘察水位深度作为地下水深度；du——上覆盖非液化土层厚度（m）；db——基础埋置深度（m），不超过2 m时应采用2 m；d0——液化土特征深度（m），7度时砂土取7 m。

结合本治理段所处场地及其附近地质勘察资料根据上式计算，本工程场地内各点砂层计算成果不符合初判为不液化的条件，需进一步进行液化判别。

依据《建筑抗震设计规范》中相关规定进行液化判别，液化判别标准贯入锤击数基准值N0=7。液化判别结果见表4。

砂的地震液化判别采用《建筑抗震设计规范》中的标准贯入锤击数法，符合下式要求的土应判为液化土：

式中：

N——工程运用时，标准贯入点在当时地面以下ds（m）深度处的标准贯入锤击数（未经杆长修正）；

Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值； 液化判别标准贯入锤击数临界值根据下式计算：

Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值；

NO——液化判别标准贯入锤击数基准值（动峰值加速度0.10 g取7）；

ds—饱和土标准贯入点深度（m）；

dw——地下水位埋深（m），勘察期间为丰水期，取孔内观察水位；

ρc——黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3；

β——调整系数；（设计抗震第一组取0.80）

由表4可知，砂的标准贯入锤击数N＞Ncr，复判为不液化。

表4 各液化判别孔液化判别计算表

因此，根据本次勘察取得的地层资料、土层的原位测试数据及室内颗粒分析试验成果，依据规范规定综合判别，在地震烈度达到7度时，北分干工程区不会发生地震液化[6-7]。

本区标准冻土深度1.1 m。根据《冻土工程地质勘察规范》季节冻土的冻胀性分级表，各层土冻胀分级见表5。

表5 桥址区内各主要岩土层冻胀性分级

从表中可以看出，本次勘察范围内粉质粘土③层具有强冻胀性，冻胀等级为Ⅳ级。由于上述各层存在冻胀性问题，在进行设计时应考虑地基土的冻胀性。

5 结语

通过以上分析可知，为解决沈阳市排水防涝问题，通过对北分干刘家闸至明星二桥河道进行综合整治，对该区域地基土液化的分析及评价，根据工程区地形条件和工程分布特点，便于施工，工程竣工后可有效提高北分干刘家闸下游段排涝能力，缓解城市内涝。本次设计拟对北分干明星二桥下游段959 m河道进行综合治理。