天津某地区第I海相沉积层顶部饱和粉土层液化分析

天津某地区第I海相沉积层顶部饱和粉土层液化分析
符亚兵;张郁
【摘要】The survey data on dozens of projects have been calculated and analyzed via two liquefaction discrimination methods in the existing norms, i.e. standard penetration discrimination and static cone penetration discrimination, which shows a striking dissimilarity between the calculated value and the macro survey result. Meanwhile, the causes for the above difference have been analyzed in order to obtain a preliminary solution which serves as a reference for the surveyors and designers in charge of Tianjin area geotechnical work.%概根据几十项工程的工程勘察资料，按现行规范中提供的标准贯入判别法和静力触探判别法两种判别液化的方法分别进行了计算分析，得出了计算分析结果与宏观调查之间存在较大的差异，同时对产生差异的原因进行了分析，并提出了初步的解决方案，可供在天津地区从事岩土工程勘察、设计等人员的借鉴及参考。

【期刊名称】《港工技术》
【年(卷),期】2015(000)005
【总页数】3页(P109-111)
【关键词】饱和粉土液化;标准贯入试验;静力触探试验;抗震设防烈度
【作者】符亚兵;张郁
【作者单位】天津市勘察院，天津 300191;天津市勘察院，天津 300191
【正文语种】中文
【中图分类】TU447
概要：根据几十项工程的工程勘察资料，按现行规范中提供的标准贯入判别法和静力触探判别法两种判别液化的方法分别进行了计算分析，得出了计算分析结果与宏观调查之间存在较大的差异，同时对产生差异的原因进行了分析，并提出了初步的解决方案，可供在天津地区从事岩土工程勘察、设计等人员的借鉴及参考。

随着我国经济发展与现代化建设的加速，滨海新区作为天津经济持续发展的新热点，而大港地区作为滨海新区的重要组成部分，城区建设步伐不断加快，办公楼、住宅楼及市政桥梁等不断兴建，随着建筑物向上不断增高，向下埋深不断加大，随之而来的是越来越多的岩土工程问题出现在岩土工程师面前。

如建筑物地基稳定性、基坑边坡稳定性、饱和粉土液化等问题，而如何处理好这些问题，将对滨海新区的建设及开发开发起着十分重要的作用。

这不但能为大港的城市建设节约巨资，加速城市的现代化步伐，而且能为大港及天津市的社会稳定产生十分重大的影响。

在多年的实际工作中，笔者经常遇到对滨海新区大港地区第I海相沉积层顶部饱和粉土层进行液化评价时，按现行规范判定的实测结果常常与宏观调查不相吻合，甚至得出相反的结论。

如在警官学校、劳动教养管理局工程等数项工程中，在对场地进行液化宏观调查时，当地居民均称，在1976年唐山大地震时，场地内喷冒“黑砂”，这恰恰是饱和粉砂土液化的明显特征。

采用标准贯入判定法，对大港城区十多个场地内27个标准贯入孔进行液化计算，经计算只有3个孔判定结果为轻微液化，占总孔数的11.1 %，其余孔判定结果均为不液化，这与宏观调查结果相差较大。

而采用静力触探法进行液化判定，所选工程49个静力触探孔液化判定结果均为不液化，与宏观调查完全相反。

为什么会出现这种现象，如何解释这种现象，对岩土工程师来说，是一个十分必要的问题。

根据几十项岩土工程勘察资料显示，在大港地区津港公路东侧，北环路南侧及北侧沿线，大港城区内，第I海相沉积层顶部，埋深约2.5~ 7.0 m段分布一层厚度约为3.5 m的饱和粉土层。

通过十几项工程统计分析，该层粉土天然孔隙比e算术平均值为0.69，天然含水量w算术平均值为23.74 %，压缩模量算术平均值为14.55 MPa，压缩系数算术平均值为0.12 MPa-1。

标准贯入试验实测击数最大值为18击，最小值为5.5击，算术平均值10.4击。

静力触探实测锥尖阻力的最大值为8.69 MPa，最小值为3.84 MPa，算术平均值为5.07 MPa。

根据物理力学指标及原位测试指标判定，该层粉土为稍密~中密状态，属中压缩性土，土质较均匀，分布较稳定。

现阶段工程勘察领域，对于饱和粉砂土的地震液化判定主要采用标准贯入法，同时也有采用静力触探法进行液化判定。

故本次分析采用《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）推荐的标准贯入法及《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）推荐的静力触探法进行液化判定。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）及《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），大港地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值0.10g，属设计第二组。

分别采用标准贯入法、静力触探法，按抗震设防烈度为7度及8度两种情况，对大港地区13项岩土工程勘察资料中的标准贯入资料、静力触探资料进行液化判定计算。

判定结果表明，按工程项目进行统计，采用标准贯入法时，工程项目13项，其中在抗震设防烈度为7度条件下，液化场地3个，占总场地数23.1 %，不液化场地10项，占总场地数76.9 %；在抗震设防烈度为8度条件下，液化场地11个，占总场地数的84.6 %；不液化场地2个，占总场地数的15.4 %。

采用静力触探法时，工程项目7项，在抗震设防烈度为7度条件下，均为不液化场地，占总场地数的100 %，无液化场地。

在抗震设防烈度为8度条件下，液化场地6项，占总场地数的85.7 %，临界场地1项，占总场地数的
14.3 %，无不液化场地。

对计算结果按孔数进行统计，统计结果表明，在总共13项工程中，标准贯入孔58个。

其中在抗震设防烈度为7度条件下，判定结果为不液化孔为53个，占总孔数的91.4 %，液化孔为5个，占总孔数的8.6 %。

在抗
震设防烈度为8度条件下，判定结果为不液化孔为21个，占总孔数的36.2 %；
液化孔为37个，占总孔数的63.8 %。

静力触探孔67个，在抗震设防烈度为7度条件下，判定结果为不液化孔为67个，占总孔数的100 %，无液化孔。

在抗震设防烈度为8度条件下，判定结果为不液化孔为10个，占总孔数的14.9 %；液化
孔为30个，占总孔数的44.8 %；临界状态孔27个，占总孔数的40.3 %。

由以
上统计分析可得出，在抗震设防烈度为7度情况下，该层粉土以不液化粉土为主。

在58个标贯孔中，仅有5个孔计算结果为轻微液化，占总孔数的8.6 %。

而静力触探孔计算结果全为不液化，与实际野外宏观调查相差甚远。

为什么会产生这种差异以及如何来评价该层粉土的液化问题，都是十分重要的。

根据实际工作经验，查阅有关文献资料，作者认为评价结果产生差异的原因主要有以下几点：1）大港地区抗震设防烈度偏低可能偏低；2）地震后地基土经重新固结，抗液化能力增强；3）试验误差；4）判定方法的不完善。

分别分析如下。

3.1 抗震设防烈度偏低
在目前阶段，衡量地震强度的两把标准尺度为地震震级及地震烈度，地震震级（M）指距震中100 km处的标准地震仪在地面所记录的微米表示的最大振幅A的对数值。

地震烈度是衡量地震所引起的地面震动的强烈程度的尺度。

我国经过多年实践，制定了一般工程防震抗震的烈度标准，把地震烈度分为基本烈度、场地烈度和设防烈度三种。

基本烈度是指在今后一定时间（一般按100年考虑）和一定地区范围内一般场地条件下可能遭遇的最大烈度，由地震部门根据历史地震资料及地震地质条件等的综合分析给定。

场地烈度是根据建设场地具体的工程地质条件而对基本烈度的调整或修正。

设防烈度是指抗震建设所采用的烈度，是根
据建筑物的重要性、经济性等的需要，对基本烈度的调整。

根据以上地震的相关概念，与场地内砂土液化问题相关的应为抗震设防烈度。

根据上节饱和粉土层液化分析由此可看出，当抗震设防烈度采用8度时，根据试验判
定结果与实际宏观调查较相符，而抗震设防烈度采用7度时，根据试验判定结果
与实际宏观调查误差大，因此可看出，造成判定结果误差较大原因之一为抗震设防烈度可能偏低。

3.2 地震后地基土经重新固结，抗液化能力增强
地震发生时，产生的地震波为弹性波，而该弹性波包括体波和面波两种。

1976年唐山大地震产生的地震波波及天津时，在纵波及横波的复合作用下，粉土层中粉土颗粒产生横向及竖向的振动，在持续地震波作用下，一方面粉土颗粒之间互相摩擦，当地震波消失，超孔隙水压力消散后，土颗粒之间将向最优排列结构发展，致使土体容重增大，孔隙比减小，密实度增大；另一方面，土颗粒之间互相碰撞，土颗粒将部分破碎，致使土体中粘粒含量增加。

而这两个方面的变化，都将提高土体的抗液化能力。

3.3 实验误差
这种误差主要有两个方面，一方面为野外原始标准贯入试验及静力触探试验数据的误差，如标准贯入实验时标贯杆倾斜、划尺不准确以及标贯时未打在原状土层上而打在孔内淤土上等；静力触探实验时贯入速度过快、探头未率定等。

另一方面为室内颗分实验及分层误差。

而在长期大量的试验中，由于试验人员职业素质的不断提高，加之试验仪器的不断完善，这两个方面的误差均相对较小。

3.4 判定方法的不完善
目前常用的判定饱和粉砂土液化的方法标准贯入法及静力触探法，都是许多研究者经过长期的研究，结合野外液化调查得出的经验公式。

就目前规范中所推荐使用的计算公式，是适用全国范围内的一个计算公式，而实际上，由于各地地层成因不同，
土质组成成分不同等原因，使得不可能采用一种公式就能衡量全国范围内饱和粉砂土液化问题，应在已有公式的基础上，结合本地区土质特点，建立适应本地区的饱和粉砂土液化判定方法。

在以上分析的四种引起判断误差的原因中，作者认为，引起试验评价结果与野外宏观调查差异较大的主要因素是抗震设防烈度偏低及地震后地基土经重新固结抗液化能力增强两条。

这两个因素直接导致了砂土液化评价的失误。

而另外两条，即试验误差及判定方法的不完善，对判定结果影响较小。

在严格现场管理的基础上，基本保证了野外试验资料的准确性。

而判定方法也是许多学者在调查大量地震液化实例的基础上，经过统计分析，才得出的结果，对某一特定地区，虽有一定的误差，但不可能导致较多的误判。

通过对滨海新区大港地区大量工程勘察标准贯入资料及静力触探资料的计算分析，结合现场液化调查等可以得出以下结论：
1）在抗震设防烈度为7度情况下，滨海新区大港地区第I海相沉积层顶部饱和粉土层基本为不液化土层。

对于个别判定为液化的标准贯入孔，认为是由于试验误差所致，或者认为其评价结果对工程影响很小，可以被忽略不计。

2）在抗震设防烈度为8度情况下，滨海新区大港地区第I海相沉积层顶部饱和粉土层为液化土层。

场地应按轻微液化场地考虑。

3）应该通过以下两个措施来提高对饱和粉土液化问题评价的准确性，使试验结果与宏观调查相统一。

一是不断加强工程技术人员素质，进一步提高试验资料的准确性；二是通过研究分析，结合大港地区的土质特点，对饱和粉砂土液化的判定公式进行适当的修正，使判定结果与宏观调查相统一。

【相关文献】
[1] 陈仲颐,周景星,王洪瑾.土力学[M].清华大学出版社，1992.
[2] 孟高头.土体原位测试机理[M].地震出版社，1997.
[3] 工程地质手册：第四版[M].中国建筑工业出版社，2007.。