符新閣，徐 峰，牛貝貝

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南鄭州 450003)

新鄉(xiāng)市封丘縣農(nóng)場跨河大橋工程位于河南省新鄉(xiāng)市封丘縣陳橋鎮(zhèn)老齊寨村至封丘縣農(nóng)場的大功河上，以解決南水北調(diào)中線一期工程丹江口水庫庫區(qū)移民安置新址——新鄉(xiāng)市封丘縣陳橋農(nóng)場移民新址的交通問題。該橋連接移民新址與省道219線。橋梁距省道219線2.4 km，距封丘縣城約7.7 km。擬建大橋規(guī)劃長度66.0 m，跨度3 m×20 m，汽車荷載等級為汽-Ⅱ級。

《公路工程抗震規(guī)范》(JTG B02—2013)(新規(guī)范)于2014年2月1日實施，而本工程勘察時間為2009年，勘察報告中地震液化評價依據(jù)《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(JTJ004—89)(舊規(guī)范)。新舊規(guī)范在評價方法及評價結(jié)果上都存在一定的差異。本文通過新舊公路工程抗震規(guī)范以及建筑抗震設(shè)計規(guī)范之間的對比，以期發(fā)現(xiàn)上述規(guī)范之間在地震液化評價上存在的差異，以期在今后公路工程勘察中有所裨益。

1 工程地質(zhì)條件

擬建橋位于河南省封丘縣陳橋鎮(zhèn)老齊寨村至封丘縣農(nóng)場的大功河上。大功河走向為南西—北東向，為上世紀人工開挖的引黃灌溉工程。河寬約50 m，兩岸有約3 m高的護堤，堤外(背河側(cè))為耕地，河兩側(cè)距河約80 m各有一條引水渠。工程處微地貌屬黃河沖積漫灘及人工堆積土堤，地勢較開闊平坦。河兩岸護堤高程一般77.6 ～77.9 m，耕地高程一般 74.7 ～75.1 m，勘察期間橋位處河水面高程73.02 m。

①層:人工填土，黃褐色，稍濕—濕，以粉土為主，表層含植物根系，該層在兩岸河堤出露，填筑時間在30年以上，厚度約3.00 m。

② 粉土:黃色，稍濕—飽和，稍密。該層總厚度3.40 ～6.00 m。

②-1粉質(zhì)粘土:呈透鏡體狀，黃色，可塑。該層僅在ZK01中揭露，厚1.30 m。

②-2粉砂:呈透鏡體狀，灰黃色，飽和，稍密。在ZK01中揭露厚度2.00 m，在ZK03中揭露兩層，厚度分別為 2.00 m 和 1.00 m。

③粉細砂:黃—灰黃色，飽和，中密—密實，局部含泥質(zhì)。該層厚度7.00～8.20 m。

④-1粘土:灰色，可塑—硬塑，分布在左岸，向右岸逐漸尖滅。該層僅在ZK03中揭露，厚度6.9 m。

④-2粉土:灰色，飽和，稍密，ZK03中揭露厚度1.29 ～3.70 m。

⑤粉細砂夾薄層中砂:黃色、灰黃色、灰綠色，飽和，上部中密，局部稍密，中下部密實，局部含泥質(zhì)。在ZK02、ZK03中見有鈣質(zhì)結(jié)核及礫石層，含量約30%，其中ZK02中揭露厚度0.4 m，ZK03中揭露厚度0.8 m，未揭穿。本層揭露厚度14.45～15.60 m。

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性及地震地質(zhì)資料，工程區(qū)是相對穩(wěn)定區(qū)域。場區(qū)地震動峰值水平加速度為0.15 g，對應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。

橋位區(qū)地下水為第四系孔隙潛水。靜止水位埋深約為0 ～2.5 m，相應(yīng)高程為72.30 ～73.53 m。地下水補給源主要為大氣降水及河水。水質(zhì)分析成果表明:河水為 HCO3—SO4—Cl—Na—Ca—Mg 型水，pH 值為8.25;地下水為 HCO3—Na—Ca—Mg+型水，pH 值為7.28。

黃河下游橋涵地基土的主要地質(zhì)問題是地震液化、沉降、滲透變形等［2］。

2 橋基土的地震液化評價

2.1 依據(jù)公路行業(yè)規(guī)范

2.1.1 《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(JTJ004—89)

2013年以前，公路工程地震液化評價依據(jù)《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(JTJ004—89)(1990年1月1日實施)［3］。

(1)液化初判。當(dāng)?shù)孛嬉韵?0 m范圍內(nèi)有飽和砂土或飽和亞砂土?xí)r，可根據(jù)下列情況初步判定其是否可能液化。

當(dāng)具備下列條件之一時，飽和砂性土可初判為不液化土，即:①Q(mào)3及以前地層，可判為不液化;②基本烈度7、8和9度區(qū)，亞砂土的黏粒(粒徑＜0.005 mm)含量百分率(按重量計)分別≥10、13、16時可判為不液化。③基礎(chǔ)埋置深度不超過2 m的天然地基，可根據(jù)圖1(規(guī)范圖2.2.2)中規(guī)定的上覆非液化土厚度du及地下水深度dw，判別土層是否考慮液化影響。

圖1 液化初判圖Fig.1 Initial criterion of liquefaction

經(jīng)初判，②、③及⑤層不能排除液化可能，需進行復(fù)判。

(2)液化復(fù)判。經(jīng)初步判定有可能液化的土層，可通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(有成熟經(jīng)驗時，亦可采用其他方法)，進一步判定土層是否液化。當(dāng)土層實測的修正標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N1小于按式(2)(規(guī)范式2.2.3-2)計算的修正液化臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N0時，則判為液化，否則為不液化。

式中:Cn為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的修正系數(shù)，按表1(規(guī)范表 2.2.3-1)采用;N63.5為實測的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù);Kh為水平地震系數(shù)，按表2(規(guī)范表1.0.7)采用;σ0為標(biāo)準(zhǔn)貫入點處土的總上覆壓力(kPa)，σ0=γudw+γd(dsdw);σe為標(biāo)準(zhǔn)貫入點處土的有效上覆壓力(kPa);σe=γudw+(γd－10)(ds－dw);γu為地下水位以上土的容重，砂土 γu=18.0(kPa)，亞砂土 γu=18.5(kPa);γd為地下水位以下土的容重，砂土γd=20.0(kPa)，亞砂土γd=20.0(kPa);ds為標(biāo)準(zhǔn)貫入點深度(m);dw為地下水位深度(m);Cv為地震剪應(yīng)力隨深度的折減系數(shù)，按表3(規(guī)范表2.2.3-2)采用;ξ為黏粒含量修正系數(shù)，ξ=1 －0.17( Pc)0.5;Pc為黏粒含量百分率(%)。

表1 標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的修正系數(shù)CnTable 1 Standard blow number correction parameter Cn

表2 水平地震系數(shù)KhTable 2 Horizontal earthquake parameter Kh

表3 地震剪應(yīng)力隨深度的折減系數(shù)CvTable 3 Reduce of earthquake shearing strength with depth Cv

復(fù)判結(jié)果顯示，第⑤層粉細砂3個試驗點中存在一個液化點［4］。

2.1.2 依據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》(JTG B02—2013)

2014年以后，取代《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(JTJ004—89)，公路工程地震液化評價依據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》(JTG B02—2013)(2014年 2月 1日實施)［5］。

(1)液化初判。一般地基地面以下15 m，樁基和基礎(chǔ)埋置深度＞5 m的天然地基地面以下20 m范圍內(nèi)有飽和砂土或飽和粉土(不含黃土)，符合下列條件之一時，可判定為不液化或不需考慮液化影響:①設(shè)計基本地震動峰值加速度為 0.10 g(0.15 g)、0.20 g(0.30 g)地區(qū)，且Q3及其以前地層;②設(shè)計基本地震動峰值加速度為 0.10 g(0.15 g)、0.20 g(0.30 g)和0.40 g的地區(qū)，粉土中黏粒(粒徑 ＜0.005 mm)含量分別不小于10%、13%、16%;③上覆非液化土層厚度或地下水埋藏深度符合下列條件之一:

式中:dw為地下水位深度(m)，按設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)年平均最高水位采用，也可按近期年最高水位采用;du為扣除淤泥和淤泥質(zhì)土層厚度后的上覆非液化土層厚度(m);db為基礎(chǔ)埋置深度(m)，不超過2 m時應(yīng)采用2 m;d0為液化土特征深度(m)，可按表4(規(guī)范表4.3.2)采用。

表4 液化土特征深度d0Table 4 Characteristic depth of liquefied soil d0 單位;m

經(jīng)初判，②、③及⑤層不能排除液化可能，需進行復(fù)判。

(2)液化復(fù)判。當(dāng)不能判別為不液化或不需考慮液化影響，需進一步進行液化判別時，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗進行地面下15 m深度范圍內(nèi)土的液化判別;采用樁基或基礎(chǔ)埋深＞5 m的基礎(chǔ)時，還應(yīng)進行地面下15～20 m深度范圍內(nèi)土的液化判別。當(dāng)飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)(未經(jīng)桿長修正)小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值Ncr時，應(yīng)判為液化土。有成熟經(jīng)驗時，也可采用其他判別方法。液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值的計算，應(yīng)符合下列規(guī)定。

①在地面下15 m深度范圍內(nèi)，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計算:

②在地面下15～20 m深度范圍內(nèi)，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計算:

式中:Ncr為修正的液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值;N0為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，應(yīng)按表5(規(guī)范表 4.3.3)采用;ds為飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點深度(m);ρc為黏粒含量百分率(%)，當(dāng)＜3或為砂土?xí)r，應(yīng)采用3。

工程區(qū)地震動峰值加速度為0.15 g，特征周期為0.40 s，查表 N0取 10。

表5 液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值N0Table 5 Assessment standard blow number of liquefaction N0

復(fù)判結(jié)果顯示，第⑤層粉細砂3個試驗點都為液化點。

(3)液化指數(shù)。經(jīng)計算，鉆孔ZK01液化指數(shù)為0.4，ZK02 和 ZK03 液化指數(shù)皆為 0.0，說明液化等級為輕微。

2.2 依據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2010)

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2001)［6］判別方法與《公路工程抗震規(guī)范》(JTG B02—2013)同。本節(jié)重點介紹《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2010)［7］判別方法。

(1)液化初判。飽和砂土或粉土(不含黃土)，符合下列條件之一時，可判定為不液化或可不考慮液化影響:①Q(mào)3及其以前地層7、8度時，可判為不液化;②粉土的黏粒(粒徑＜0.005 mm，采用六偏磷酸鈉作為分散劑測定)含量百分率，對應(yīng)7、8和9度分別≥10、13和16時，可判為不液化;③淺埋天然地基，上覆非液化土層厚度或地下水埋藏深度符合下列條件之一:

式中:dw為地下水位深度(m)，按設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)年平均最高水位采用，也可按近期年最高水位采用;du為扣除淤泥和淤泥質(zhì)土層厚度后的上覆非液化土層厚度(m);db為基礎(chǔ)埋置深度(m)，不超過2 m時應(yīng)采用2 m;d0為液化土特征深度(m)，可按表6(規(guī)范表4.3.2)采用。

表6 液化土特征深度d0Table 6 Characteristic depth of liquefied soil d0

經(jīng)初判，②、③及⑤層不能排除液化可能，需進行復(fù)判。

(2)液化復(fù)判。當(dāng)飽和砂土、粉土初步判別認為需進一步進行液化判別時，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別法判別地面下20 m深度范圍內(nèi)土的液化判別;但對本規(guī)范第4.2.1條規(guī)定可不進行天然地基及基礎(chǔ)的承載力驗算的各類建筑，可只判別地面下20 m深度范圍內(nèi)的液化。當(dāng)飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)(未經(jīng)桿長修正)小于或等于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值時，應(yīng)判為液化土。當(dāng)有成熟經(jīng)驗時，尚可采用其他判別方法。

在地面下20 m深度范圍內(nèi)，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計算:

式中:Ncr為修正的液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值;N0為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，應(yīng)按表7(規(guī)范表 4.3.4)采用;ds為飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點深度(m);ρc為黏粒含量百分率(%)，當(dāng)＜3或為砂土?xí)r，應(yīng)采用3;β為調(diào)整系數(shù)，設(shè)計地震第一組取0.80，第二組取0.95，第三組取 1.05。

表7 液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值N0Table 7 Assessment standard blow number of liquefaction N0

工程區(qū)地震動峰值加速度為0.15 g，查表 N0取10;工程區(qū)為設(shè)計地震第二組，β取0.95。

復(fù)判結(jié)果顯示，第⑤層粉細砂存在液化點。

(3)液化指數(shù)。經(jīng)計算，ZK01液化指數(shù)為0.4，ZK02和ZK03液化指數(shù)皆為0.0，說明液化等級為輕微。

3 各規(guī)范評價方法對比

3.1 公路工程新舊抗震規(guī)范對比

公路工程新抗震規(guī)范液化判別較舊規(guī)范改動差別較大。

(1)評價范圍(深度)。舊抗震規(guī)范規(guī)定20 m;新抗震規(guī)范規(guī)定，一般地基地面以下15 m，樁基和基礎(chǔ)埋置深度＞5 m的天然地基地面以下20 m范圍。

(2)液化初判。新舊抗震規(guī)范都把判定為不液化或可不考慮液化條件分為3個，第①、②項條件相同，第③項條件變化較大。

舊規(guī)范中，第③項條件考慮基礎(chǔ)的埋深不超過2 m情況下上覆非液化土厚度du及地下水深度dw;新規(guī)范中，考慮上覆非液化土厚度du及地下水深度dw外，還引入液化土特征深度概念，但沒有考慮基礎(chǔ)埋深即淺埋條件。

(3)液化復(fù)判。首先，舊規(guī)范中，標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)需要修正，新規(guī)范不作修正;第二，臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的計算涉及水平地震系數(shù)、上覆壓力等，其中水平地震系數(shù)用地震剪應(yīng)力隨深度變化系數(shù)修正，最后又用黏粒含量修正系數(shù)修正?？傊?，舊規(guī)范判別公式較新規(guī)范復(fù)雜。

另外，與《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2001)對應(yīng)，新規(guī)范采用地震動參數(shù)代替烈度;土的名稱，與新土工試驗規(guī)程對應(yīng)，亞砂土改為粉土。

3.2 建筑工程新舊抗震規(guī)范對比

建筑工程新舊抗震規(guī)范液化判別主要變化是液化復(fù)判公式，表現(xiàn)在舊規(guī)范用折線表示液化臨界錘擊數(shù)隨深度的變化，新規(guī)范用對數(shù)曲線表示。

3.3 公路工程抗震規(guī)范與建筑工程抗震規(guī)范對比

(1)評價方法上，從前述分析可知，公路工程抗震規(guī)范與建筑工程抗震規(guī)范之間的差異主要有3點:①建筑工程新舊抗震規(guī)范的差異，即前者用折線表示液化臨界錘擊數(shù)隨深度的變化，后者則用對數(shù)曲線表示;②確定液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值時，前者還考慮了區(qū)劃圖上的特征周期;③前者不再用烈度概念，而是與《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2001)對應(yīng)，新規(guī)范采用地震動參數(shù)代替烈度;而后者除在確定液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值時采用了地震動加速度概念，其他敘述時仍沿用了烈度概念。

表8 液化判別對比表Table 8 Assessment liquefaction comparisons

(2)評價結(jié)果上，有2點相同:①液化初判結(jié)果相同。本工程僅局限在一個小區(qū)域內(nèi)，代表性不強，若改變上覆非液化土厚度du及地下水深度dw，如令du=6.5、dw=5.5，其他條件不變，舊的公路工程抗震規(guī)范則初判為可能液化，而新公路規(guī)范和建筑規(guī)范則初判為不需考慮液化影響。②液化復(fù)判結(jié)果顯示，舊的公路規(guī)范僅判別有1個液化點，舊的建筑規(guī)范及新公路規(guī)范相同，判別有8個液化點，新建筑規(guī)范判別有7個液化點，兩新規(guī)范復(fù)判結(jié)果相近。液化判別對比見表8。

4 結(jié)語

(1)橋址地處河流沖積平原，地貌單一，場地平坦開闊。地基土巖性以粉土、粉質(zhì)黏土、砂層為主。場區(qū)地震動峰值水平加速度為0.15 g，地震基本烈度為Ⅶ度，是相對穩(wěn)定區(qū)域。

(2)通過新舊公路工程抗震規(guī)范之間的對比發(fā)現(xiàn)，兩規(guī)范之間在地震液化評價方法及評價結(jié)果上都存在較大的差異;評價結(jié)果顯示，新的公路工程抗震規(guī)范評價的可能液化點明顯多于舊規(guī)范，即新規(guī)范評價結(jié)果偏于安全。新的公路工程抗震規(guī)范與建筑抗震設(shè)計規(guī)范之間的差異則較小。

［1］ 李金都.黃河下游涵閘的主要工程地質(zhì)問題［J］.人民黃河，2001，23(9):12－13.

［2］ 馬國彥，王喜彥.黃河下游河道工程地質(zhì)分析及淤積物物源分析［M］.鄭州:黃河水利出版社，1997.

［3］ JTG B02—98，公路工程抗震規(guī)范［S］.

［4］ 新鄉(xiāng)市封丘縣陳橋農(nóng)場移民新址大功橋橋位工程地質(zhì)勘察報告［R］.鄭州:黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，2009.

［5］ JTG B02—2013，公路工程抗震規(guī)范［S］.

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

［7］ GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.