某水库库区公路大桥液化程度判别分析

吴家浩，李 姝，王丽君，宋书志，曹 廷，郑志龙

（1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川水利职业技术学院，四川 成都 610000）

0 前 言

液化是指饱水的松散砂土或粉土在地震或机械振动荷载作用下，孔隙水压力上升、有效应力降低所导致的砂土由固态向液态转化的现象，当产生工程上不能容许的变形时，称为液化破坏［1-2］。

当前公路工程勘察设计中主要依据JTGB02—2013《公路工程抗震规范》（以下简称“公路规范”）中的相关规定进行液化判别［2］，按照此方法采取的标贯值为勘察期地面标高及地下水位标高下的实测值，而未考虑勘察期地面标高及地下水位变化后是否需要对标贯参数进行修正。

以某水库库区公路为例，在勘察期间水库未蓄水，地下水位于地面以下，土体未完全饱和，未来水库蓄水后将淹没现地面，造成土体完全饱和［3］，若完全按照公路规范进行计算，则未考虑勘察期及运营期地下水位存在变化的情况，这与实际情况存在较大出入。

通过比较采用公路规范判别未完全饱水条件下的液化等级和采用GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》（以下简称“水利规范”）判别水库蓄水后完全饱和条件下的液化等级［2-4］，通过比较二者对液化判别结果的差异，说明在勘察期及运营期水位存在较大变幅的情况下完全采用公路规范进行液化判断是存在误差的，会导致因未考虑水库蓄水产生误判，造成不必要的工程事故。为了让工程建设更安全［5-6］，这种情况下需要按照水利规范的相关规定，对勘察期测得的标贯值进行修订后，再进行液化判别更为切合实际情况。

1 工程概况

1.1 桥梁概述

某桥梁位于西藏某拟建水库库区，大桥全长660m，为预应力混凝土结构连续T梁，共19跨，桥位区高程约3030～3070m。桥梁所在区域地震加速度为0.30g，地震动反应普特征周期为0.45s，相对应的地震基本烈度为Ⅷ度。

1.2 桥位区地层岩性

根据钻孔揭露，桥位区全新统覆盖层主要为第四系全新统冲洪积堆积层、第四系晚更新统冲积堆积层；桥位区出露岩性主要由念青唐古拉岩群八拉岩组片麻岩（Pt2-3b）。

桥位区右岸边坡大部分见基岩出露，出露岩性为念青唐古拉岩群八拉岩组片麻岩，呈灰色、灰黑色等杂色，中粗粒结构，片麻状构造，节理裂隙较发育，岩体较完整，岩质坚硬。强风化岩芯呈碎块状，裂隙面见大量铁、锰质渲染；弱风化带岩芯呈短柱状、柱状。

桥梁勘察期间逐墩进行了钻孔，并在砂土地层进行了标贯试验。根据钻孔揭露，桥位区右岸边坡基岩出露，左岸及沟心存在深厚覆盖层，其中沟心部位覆盖层为第四系全新统冲洪积堆积层，覆盖层以中粗砂层为主，但在靠右岸及沟心部位地表20 m以内存在细砂及粉砂层，左岸覆盖层为第四系晚更新统冲积堆积层。勘察期间地下水位位于地表以下8～10m，水库建成后桥位区地面将完全被淹没。按照公路规范的相关规定，需要对沟心及右岸地表以下20m内存在细砂、粉砂的地层进行液化评价。

2 地震液化判断与液化指数计算方法

根据公路规范，桥梁桩基础液化判别深度为地面以下20m范围内［1-2］，且需要进行液化初判及液化复判。根据液化初判，桥位区存在液化可能的钻孔共6孔（对于液化初判，按照不同规范判别结果不存在争议，本文不再进行初判的详细论述），对此6孔进行液化复判，液化复判及液化指数计算方法如下：

地面以下0～15m范围内

地面以下15～20m范围内

式中：Ncr为修正的液化判别标准贯入锤击数临界值；N0为液化判别标准贯入锤击数基准值，本桥取15；ds为勘察期饱和土标准贯入点深度，m；dw为勘察期水位；ρc为黏粒含量百分率，当小于3%或为砂土时，应采用3%。

根据水利规范规定，当标准贯入试验贯入点深度和地下水位在试验地面以下、不同于工程正常运用时，实测标准贯入锤击数应按式3进行校正［7］，并应以校正后的标准贯入锤击数N′作为复判依据。

式中：N′为校正后的标准贯入锤击数；N为实测标贯锤击数；d′s为正常运营期饱和土标准贯入点深度，m；d′w为正常运营期水位。

根据公路规范，对存在液化砂土的地基，可按式（4）计算每个钻孔的液化指数

式中：IlE为液化指数；Ni为第i点标准贯入锤击数的实测值，当实测值大于临界值时应取临界值的数值；Ncri为第i点标准贯入锤击数的临界值；di为第i点所代表的土层厚度，m，可采用与该标准贯试验点相邻的上下两标准贯试验点深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度；Wi为第i土层单位土层厚度的层位影响权函数值，m-1，若判别深度为15m，当该层中点深度不大于5m时应取10，等于15m时取0，5～15m按线性内插法取值；若判别深度为20m，当该层中点深度不大于5m时取10，等于20m时取0，5～20m时按线性内插法取值。

3 不考虑水库蓄水液化判别

当前公路工程勘察设计中主要依据公路规范中的相关规定进行液化判别［2］，按照此方法采取的标贯值为在勘察期地面标高及地下水位标高下的实测值，而未考虑勘察期地面标高及地下水位变化后是否需要对标贯参数进行修正。

经过液化初判，需要按照公路规范进行液化复判的钻孔共计6个，按照式（1）、式（2）及式（4）进行计算，计算结果见表1。

表1 液化复判结果

根据公路规范进行上述液化复判，在不考虑勘察期与运营期地下水位变化的前提下，ZK01、ZK04及ZK05不存在液化问题；ZK02、ZK03及ZK06钻孔液化等级为轻微［6］。

4 考虑水库蓄水液化判别

考虑该大桥的实际情况，在水库后期蓄水后桥位区地面将完全淹没于水位以下，场地地质环境改变较大，勘察期水位与运营期水位差别较大，需要按照水利规范的相关规定，运用式（3）对实测的标贯值进行修正［3］（贯入点深度与运营期贯入点深度不变），再利用照式（1）、式（2）及式（4）进行计算，计算结果见表2。

表2 修正后液化复判结果

考虑勘察期与运营期地下水位变化的情况，根据水利规范进行上述液化复判，ZK04及ZK05仍然不存在液化问题，ZK06液化等级仍然为轻微液化；其余钻孔液化复判结果同公路规范产生了变化，其中ZK01液化等级由非液化变为了中等液化，ZK02、ZK03液化等级由轻微液化变为了中等液化［2-3］。

5 结 论

以西藏某拟建水库库区桥梁工程为依托，对地层中潜在可液化层分别采用《公路工程抗震规范》《水利水电工程地质勘察规范》中推荐的判别方法进行对比分析，得出以下结论：大多数公路工程地下水位勘察期间与运营期间变幅较小，这种情况下按照公路规范的判别方法进行液化判别符合实际情况；对水库库区公路的勘察，往往在水库蓄水之前，勘察期与运营期地下水位存在较大变化，采用公路规范的判别方法进行液化判别会造成判别失误。在此情况下，需要按照水利规范的相关规定，对标贯结果进行修正，再进行液化判别，更符合实际情况。

采用不同的方法进行液化判别，结果可能存在较明显的区别，对工程安全性存在较大的影响，需要谨慎处理。砂土液化的判别方法比较多，但是判别未来工程应用后地震液化方法的科技文献较少，对于库区公路液化研究的案例也较少，作为工程技术人员，应掌握其本质，为工程安全提供十足的保障。