姚新華

(聊城市規(guī)劃建筑設(shè)計院有限公司，山東聊城 252000)

1 概述

目前聊城古城區(qū)保留有大量古建筑及擬建大批具有重要紀念意義的建筑物，故聊城古城區(qū)的建筑物抗震設(shè)計及古建筑的加固就顯得尤為重要，而飽和粉(砂)土液化判別的精確度(或成功率)是抗震設(shè)計成功的基礎(chǔ)。

2 砂(粉)土液化機理探析

地震之前，一般來說，外力(包括上層土的重量)全部由砂骨架所承擔(dān)，水只承受其本身的壓力，即靜水壓力。這時砂層是穩(wěn)定的，即在一定外力作用下，由砂?；飘a(chǎn)生的塑性變形已經(jīng)基本結(jié)束，而土的骨架保持相應(yīng)的彈性壓縮變形。但地震過程中，在地震引起的剪力反復(fù)作用下，砂?；疲淖兣帕袪顟B(tài)。由于地震歷時短暫和排水不暢，飽和砂土體積保持不變，應(yīng)力勢必由砂骨架轉(zhuǎn)移到水，即引起空隙水壓力。在震動作用下孔隙水壓力由兩部分組成:一部分是由彈性變形引起的可恢復(fù)的孔隙水壓力，稱為波動孔隙水壓力，另一部分是由塑性變形引起的不可恢復(fù)的孔隙水壓力，稱為殘余孔隙水壓力，在地震過程中，多次循環(huán)震動使殘余孔隙水壓力逐漸積累，有效應(yīng)力相應(yīng)降低，當殘余孔隙水壓力積累到一定程度，就會使砂層開始失穩(wěn)，如果殘余孔隙水壓力進一步發(fā)展，結(jié)果全部應(yīng)力由骨架轉(zhuǎn)移到水，這時孔隙水壓力等于總應(yīng)力，這時便產(chǎn)生所謂的液化。

3 聊城古城區(qū)的地質(zhì)特點

聊城古城區(qū)位于黃河沖積平原上，目前聊城古城區(qū)已建或擬建建筑物地基土均屬第四系全新統(tǒng)沉積物，聊城古城區(qū)地區(qū)的土層分布具有河流沉積的特點:淺部(12 m以上)以粘性土為主，下部(12 m以下)以砂土為主，同時層理清晰，土性單一。聊城古城區(qū)及附近水位達1．5 m左右，且其土質(zhì)松散，以粉土及砂土居多，局部夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。

古城區(qū)勘察資料的統(tǒng)計分析，得到古城區(qū)下部砂土的顆分統(tǒng)計:不均勻系數(shù)較小，且顆分得出0．1 mm粒徑占60%～70%，同時級配良好，然而級配良好，粒徑越小，其透水性不良，瞬時震動必然使砂體中孔隙水壓力上升加快，砂粒間的有效應(yīng)力降低更快，粉(砂)土越容易液化。

由于古城區(qū)周圍是東昌湖(屬人工湖)，各部分湖體水位變化無常，不盡相同，大部分時間處于高水位，地下暗流的沖刷使得砂土顆粒的形狀均以圓粒為主，圓粒的摩擦阻力很小，故孔隙水壓力上升后，由于顆粒間的摩擦阻力小，對阻止顆粒自由移動的作用很小，由此，古城區(qū)砂土液化趨勢更明顯。

4 液化判別理論

1)采用標準貫入試驗法判定:若 N63．5＜Ncr，則飽和粉(砂)土液化在0 m～15．0 m深度范圍內(nèi):

在15．0 m～20．0 m深度范圍內(nèi):

其中，N63．5為飽和土標準貫入錘擊數(shù)實測值(未經(jīng)桿長修正);Ncr為液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值;N0為液化判別標準貫入錘擊基準值;ds為飽和土標準貫入點深度，m;ρc為粘粒含量百分率，當小于3或為砂土采用3;dw為最高地下水位。

2)根據(jù)靜探測試結(jié)果進行液化判定。按GB 50021-94巖土工程勘察規(guī)范第4．9．5條推薦公式:

其中，PSCR，QSCR分別為飽和土液化臨界靜力觸探貫入阻力及錐尖阻力;PS0，qC0分別為飽和土液化臨界靜力觸探貫入阻力及錐尖阻力基準值;αw為地下水位修正系數(shù)，地面常年有水且與地下水有聯(lián)系時取1．13;αu為上覆非液化土層厚度修正系數(shù)，對深基礎(chǔ)取1．0;dw為地下水位深度，m;du為上覆非液化土層厚度，m，計算時應(yīng)將淤泥及淤泥質(zhì)土層厚度扣除;αp為與靜力觸探摩阻力比有關(guān)的修正系數(shù)。

5 兩種判別方法的試驗要求

由于靜力觸探成果難以準確作出地基土的定名，需結(jié)合土試驗指標，才能準確進行地基土的地震液化判別，因此在從事野外勘察的時候，勘探孔布置時，液化判別孔必須是鉆探、靜探對比孔，由此才可有效的劃分土層，從而準確的進行液化判別。

標準貫入法判別液化理論成熟，操作易定性但不易定量，故進行標貫試驗時應(yīng)嚴守“回轉(zhuǎn)鉆進，泥漿護壁，自由落錘”三大要點。內(nèi)業(yè)粉砂土顆(篩)分試驗要求試驗員必須有較強的工作責(zé)任心，在試驗計時、記數(shù)時一定要準確。

液化判別計算各點、孔的液化指數(shù)值的大小，是場地液化等級判別的依據(jù)，但切不可將飽和砂土層內(nèi)的標貫點全部無選擇地列入計算。砂土液化的產(chǎn)生、發(fā)展和消散主要由土的物理性質(zhì)、受力狀態(tài)和邊界條件所制約，影響因素主要有密實度、結(jié)構(gòu)、飽和度、級配、透水性能、初始狀態(tài)和動荷特征等。這就要求我們從上述各方面采用多種手段來研究其特性，找出液化界限，從而給設(shè)計提供依據(jù)。

因此在進行液化指數(shù)計算時，應(yīng)按照靜力觸探孔的試驗數(shù)據(jù)將異常標貫點刪除，同時結(jié)合影響因素對所采集的數(shù)據(jù)進行分析，剔除受非正常因素干擾的數(shù)據(jù)，再按規(guī)定公式計算，使地基液化等級的結(jié)論更準確。

6 兩種判別方法成果對比

上述兩種理論，目前靜力觸探判別法在現(xiàn)行的GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范中已不提倡使用，但經(jīng)筆者調(diào)查大量古城區(qū)的勘察資料以及分析古城區(qū)的地質(zhì)情況，古城區(qū)的砂土液化判別宜綜合采用上述兩種方法，由此可得出比較可靠的液化判別成果。

圖1為部分勘察資料的數(shù)理概率統(tǒng)計坐標圖。

圖1 各液化指數(shù)數(shù)理概率分布圖

由圖1各液化指數(shù)數(shù)理概率分布圖可得如下統(tǒng)計公式:

此概率統(tǒng)計公式可用于剔除液化判別成果異?？谆螂x散性大的液化判別孔，同時可得出相對較客觀的液化判別數(shù)據(jù)。最終液化判別成果以標準貫入判別法為主，靜力觸探判別法作參考為輔。

7 結(jié)語

1)用標貫試驗判別法，雙橋靜力觸探試驗判別法判別飽和粉(砂)土液化可能性，在古城區(qū)的地基勘察中可行性較高，當條件具備時，宜采用兩種方法綜合判別。2)古城區(qū)的工程場地液化判別采用水位宜使用1．0 m。上述液化判別成果數(shù)理概率統(tǒng)計表以此為前提。3)為提高標準貫入擊數(shù)判別飽和粉砂土液化的勘察質(zhì)量，應(yīng)當將此項工作當作巖土工程勘察任務(wù)的重要組成部分，將采用標準貫入擊數(shù)判別液化相關(guān)規(guī)定及要求貫穿于生產(chǎn)任務(wù)書，勘察綱要，外內(nèi)業(yè)試驗中。4)聊城古城區(qū)的粉砂土液化判別還有待進一步的深入研究，找尋規(guī)律。

［1］GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］游水通．小議提高標準貫入擊數(shù)判別飽和粉(砂)土液化的勘察質(zhì)量［J］．華東建工勘察，2004(3):27-28．

［3］何廣吶，K．t．Law，曹亞林．場地砂土液化勢的能量分析［J］．巖土工程師，1993(5):49-50．

［4］中國土木工程協(xié)會．注冊巖土工程師專業(yè)考試復(fù)習(xí)教程［Z］．2006．