姜 暑 芳

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

液化現(xiàn)象是土體在動(dòng)力荷載作用下最主要的震害之一。飽和砂土是否發(fā)生液化和發(fā)生液化的程度，取決于一系列因素的綜合影響，因此，飽和砂土的液化判別一直是土動(dòng)力特性研究中的一個(gè)主要問(wèn)題。正確評(píng)價(jià)砂土地基液化的可能性及其危害程度具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

采用擠密砂石樁法加固地基除具有置換作用和擠密作用進(jìn)而提高地基承載力和減少沉降外，同時(shí)還能起到排水通道作用，能夠加速地基土的固結(jié)，有效消散震動(dòng)引起的超孔隙水壓力，從而使液化現(xiàn)象大為減輕。筆者以南水北調(diào)中線潮河段2標(biāo)為研究背景，判定采用擠密砂石樁處理后的地基液化狀態(tài)，為施工提供依據(jù)，對(duì)保證南水北調(diào)工程總干渠的運(yùn)行安全具有重要的價(jià)值和意義。

2 液化的判別

2.1 影響地基液化的主要因素

影響地基液化的因素很多，需要根據(jù)多項(xiàng)指標(biāo)綜合分析，才能準(zhǔn)確判別場(chǎng)地土是否發(fā)生液化現(xiàn)象。

(1)地質(zhì)年代。

地質(zhì)年代的新老是體現(xiàn)土層沉積的時(shí)間長(zhǎng)短。地質(zhì)年代老的沉積土層經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的固結(jié)作用并經(jīng)歷過(guò)大的地震影響，土就密實(shí)，膠結(jié)就愈緊密，抗液化能力就強(qiáng)，反之，則差。

(2)土中的黏粒含量。

實(shí)踐證明：當(dāng)粉土的黏粒(粒徑≤0.005 mm)含量超過(guò)某一界限值時(shí)，粉土就不會(huì)發(fā)生液化。這是由于土的粘聚力增大，抗液化能力加強(qiáng)。當(dāng)黏粒含量超過(guò)表1所列數(shù)值時(shí)就不會(huì)發(fā)生液化現(xiàn)象。

表1 粉土非液化黏粒含量界限值表

(3)上覆層非液化土層厚度和地下水位深度。

當(dāng)砂土和粉土的上覆層非液化土層厚度超過(guò)表2所列的界限值duj時(shí)，未發(fā)現(xiàn)土層液化現(xiàn)象；當(dāng)?shù)叵滤徊恍∮诒?所列的界限值dwj時(shí)，未發(fā)現(xiàn)土層液化現(xiàn)象。

表2 土層不考慮液化時(shí)的覆蓋厚度、地下水位界限值表

(4)土的密實(shí)程度。

實(shí)踐證明：相對(duì)密度小于50%的砂土普遍發(fā)生液化現(xiàn)象，而相對(duì)密度大于70%的土層則沒(méi)有發(fā)生液化現(xiàn)象。

(5)土層的埋深。

理論分析和土工試驗(yàn)表明：土的側(cè)壓力愈大，土層愈不易發(fā)生液化，側(cè)壓力的大小反應(yīng)土層埋深的大小。土層液化的深度很少超過(guò)15 m，更多發(fā)生在淺于10～15 m埋深的土層。

(6)地震烈度與震級(jí)。

地震烈度愈高的地區(qū)，地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度愈大，持續(xù)的時(shí)間愈長(zhǎng)，土層就愈容易發(fā)生液化，一般在6度或以下的地區(qū)很少發(fā)現(xiàn)砂土液化，而7度以上的地區(qū)則相對(duì)普遍。

2.2 液化的初判

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，初判應(yīng)排除不會(huì)發(fā)生地震液化的土層。對(duì)初判可能發(fā)生液化的土層應(yīng)進(jìn)行復(fù)判。土的地震液化初判應(yīng)符合下列規(guī)定。

(2)當(dāng)土的粒徑小于5 mm、顆粒含量的質(zhì)量百分率小于或等于30%時(shí)，可判為不液化。

(3)當(dāng)土的粒徑小于5 mm、顆粒含量的質(zhì)量百分率大于30%的土，其中粒徑小于0.005 mm的顆粒含量質(zhì)量百分率(ρc)的相應(yīng)地震動(dòng)峰值加速度為0.1 g、0.15 g、0.2 g、0.3 g和0.4 g時(shí)分別不小于16%、17%、18%、19%和20%時(shí)，可判為不液化。

(4)工程正常運(yùn)用后，對(duì)于地下水位以上的非飽和土可判為不液化。

2.3 液化的復(fù)判

根據(jù)初步判別結(jié)果，需要進(jìn)一步進(jìn)行液化判別，可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行綜合分析、計(jì)算判別，對(duì)于符合公式(1)要求的土應(yīng)判為液化。

N

(1)

式中N為工程運(yùn)用時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)在當(dāng)時(shí)地面以下ds(m)深度處的標(biāo)注貫入錘擊數(shù)；Ncr為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值。

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度和地下水位在試驗(yàn)面以下的深度(不同于工程正常運(yùn)用時(shí))，實(shí)測(cè)標(biāo)注貫入的錘擊數(shù)應(yīng)按式(2)修正，并應(yīng)以修正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N作為復(fù)判依據(jù)。

(2)

液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值應(yīng)根據(jù)式(3)計(jì)算，式(3)只適用于標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)地面以下15 m以內(nèi)的深度；對(duì)于大于15 m的深度內(nèi)有飽和砂或飽和黏性土需要進(jìn)行地震液化判別時(shí)，可采用其他方法判定。

心肌肌鈣蛋白的分析問(wèn)題:心肌損傷后cTn釋放入血液循環(huán)需要一定時(shí)間，cTn水平到達(dá)峰值后逐漸下落。在癥狀發(fā)作初期，cTn檢查結(jié)果與樣本采集時(shí)間密切相關(guān)。因此，不能因cTn變化較小而判定為心肌梗死。同時(shí)，許多并發(fā)癥也可導(dǎo)致患者基線cTn數(shù)值(特別是hs-cTn數(shù)值)上升，需引起注意。此外，圍術(shù)期不同時(shí)間cTn的變化情況可用于鑒別急、慢性事件。

(3)

式中N0為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，按表3采用。鄭州地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g；dd為當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)在地面以下5 m以內(nèi)的深度時(shí)，應(yīng)采用5 m計(jì)算；ρc為土的黏粒含量百分率，當(dāng)其小于3%或?yàn)樯巴習(xí)r均采用3%。

表3 標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值表

3 試驗(yàn)點(diǎn)概況

潮河2標(biāo)渠段長(zhǎng)度為4.4 km，渠坡由黃土狀輕壤土、粉(細(xì))砂、砂壤土等構(gòu)成，擠密砂石樁加固區(qū)域縱剖面如圖1所示，圖中陰影區(qū)域?yàn)榧庸虆^(qū)段起訖里程。

圖1 潮河2標(biāo)擠密砂石樁加固區(qū)縱剖面圖

4 試驗(yàn)方法

4.1 試驗(yàn)設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)采用擠密砂石樁處理后的地基進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，用以判定地基土的液化狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備由標(biāo)準(zhǔn)貫入器、觸探桿及穿心錘組成，其規(guī)格見(jiàn)表5。

表5 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備規(guī)格表

4.2 試驗(yàn)要點(diǎn)

(1)在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)前，使用回轉(zhuǎn)鉆頭鉆孔至試驗(yàn)標(biāo)高以上15 cm處，避免對(duì)目標(biāo)土層發(fā)生擾動(dòng)作用，并量測(cè)深度尺寸。

(2)采用自動(dòng)脫鉤的自由落錘法進(jìn)行錘擊，并減少導(dǎo)向桿與錘間的摩阻力，避免錘擊偏心和側(cè)向晃動(dòng)，保持貫入器、探桿、導(dǎo)向桿連接后的垂直度。

(3)以每分鐘不小于30擊的速度將貫入器打入試驗(yàn)土層中，先打入15 cm不計(jì)擊數(shù)，繼續(xù)貫入土中30 cm，記錄錘擊數(shù)N；若地層比較密實(shí)、貫入擊數(shù)較大時(shí)，也可記錄貫入深度小于30 cm的擊數(shù)，這時(shí)，需按式(5)換算成貫入深度為30 cm的錘擊數(shù)N。

N=30n/Δs

(5)

式中n為所選取的任意貫入數(shù)的錘擊數(shù)；Δs為對(duì)應(yīng)錘擊數(shù)n的灌入量。

(4)拔出貫入器，取出貫入器中的土樣進(jìn)行鑒別、制樣，隨后進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。

(5)標(biāo)注貫入深度應(yīng)穿透液化土層，在完成1次標(biāo)貫試驗(yàn)后鉆探到下一個(gè)標(biāo)高處，重復(fù)上述步驟，每1 m進(jìn)行1次標(biāo)貫試驗(yàn)。

5 試驗(yàn)成果分析

判定擠密砂石樁地基處理后的液化狀態(tài)，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)共選擇了兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)域。

(1)試驗(yàn)Ⅰ區(qū)。

本試驗(yàn)區(qū)共布置了40個(gè)擠密砂石試驗(yàn)樁，分兩組進(jìn)行試驗(yàn)(其中間排距2 m、樁長(zhǎng)10 m布置了20根；間排距1.8 m、樁長(zhǎng)10 m布置了20根)，具體布置情況見(jiàn)圖2。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樁(共40根)長(zhǎng)度為9.8～10.2 m。充盈系數(shù)為1.17～1.38，平均充盈系數(shù)為1.22。在規(guī)定的間隔消散期過(guò)后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，取樣點(diǎn)均位于3個(gè)擠密砂石樁的中間位置，以檢驗(yàn)其是否滿足消除地震液化的要求。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樁布置圖

(2)試驗(yàn)Ⅱ區(qū)。

本試驗(yàn)區(qū)共布置了18個(gè)擠密砂石樁試驗(yàn)樁，分兩組進(jìn)行試驗(yàn)(其中間排距2 m、樁長(zhǎng)13 m，布置了9根，間排距1.8 m、樁長(zhǎng)13 m布置了9根)，具體布置情況見(jiàn)圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樁布置圖

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樁(共18根)長(zhǎng)度為11.8～13.01 m。充盈系數(shù)范圍為1.34～1.46，平均充盈系數(shù)為1.4。在規(guī)定的間隔消散期過(guò)后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，取樣點(diǎn)均位于3根擠密砂石樁位的中心點(diǎn)，以檢驗(yàn)其是否滿足消除地震液化的要求?，F(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6、7。

通過(guò)在以上兩組試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及對(duì)試驗(yàn)前后取樣結(jié)果進(jìn)行的分析，表明：

試驗(yàn)Ⅰ區(qū)試驗(yàn)前共檢測(cè)33組，其中9組液化，24組不液化；試驗(yàn)區(qū)施工完成后，檢測(cè)28組，其中0組液化，28組不液化。

試驗(yàn)Ⅱ區(qū)試驗(yàn)前共檢測(cè)36組，其中12組液化，3組不液化；試驗(yàn)區(qū)施工完成后，共檢測(cè)42組，其中1組液化，41組不液化。

表6 試驗(yàn)結(jié)果表(樁間距2 m)

表7 試驗(yàn)結(jié)果表(樁間距1.8 m)

6 結(jié) 語(yǔ)

土的地震液化判別是巖土工程勘察中的重要工作內(nèi)容之一，其結(jié)果直接影響工程的經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性等。南水北調(diào)工程潮河段擠密砂石樁地基處理要求地基處理應(yīng)消除地震液化并保證原有地基的完整性，以保證澆筑后的渠道邊坡及底板的運(yùn)行安全。筆者對(duì)采用擠密砂石樁處理后的地基進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明：擠密砂石樁能達(dá)到消除地基液化的目的，具有良好的加固效果，作為一種經(jīng)濟(jì)、有效的地基液化處理方法，值得推廣應(yīng)用。