通过标贯和静探对蚌埠某变电所液化计算的研究

2016-06-12李金华孙礼健

工程与建设 2016年1期

关键词：粉砂粉土

李金华，　孙礼健

(安徽省电力设计院，安徽合肥　230601)

通过标贯和静探对蚌埠某变电所液化计算的研究

李金华，孙礼健

(安徽省电力设计院，安徽合肥230601)

摘要：文章以蚌埠淮上区某变电站的岩土工程勘测为背景，分别采用标准贯入和双桥静力触探测试进行场地液化判别计算，得出标贯法计算的液化指数ILE为静探法的1.77～2.91倍。通过分析静探法在该区域不适用的原因，提出在淮河中游漫滩区域建立新的利用静探测试值进行液化判定的构想，并指出切入点。

关键词：粉土；粉砂；液化指数；标准贯入；静力触探

0引言

粉土砂土液化是地震作用所引起的最显著的震害形式之一,其伴随着地震作用产生大规模的地面沉陷、变形、滑移和喷砂冒水,造成场地破坏。若将建筑物建立在可液化土层上,在地震作用下就可能产生严重破坏,因此,事先判别场地地基土在设计地震作用下是否液化,以及液化的破坏程度,就显得尤为重要。判定建设场地是否液化及液化等级等直接关系到后期设计方案的优化选择,以及建筑物抗震性能是否满足抵抗突发相应震级的要求[1-2]。

针对场地液化判别的方法,文献[3-4]给出了明确方法,即对于初判需要进一步进行液化判定的饱和砂土、粉土,应采用标准贯入试验法判别地面下20 m范围内土层的液化。同时,文献[5]方法是除可采用标准贯入试验方法外,尚宜采用静力触探的试验方法,综合判液化可能性和液化等级。

本文以安徽省蚌埠市淮上区某220 kV变电站工程为依托,对同一建筑场地进行以标准贯入和双桥静力触探试验为依据的液化判定,并对结果差异进行分析,为该区域的相似工程提供借鉴。

1场地岩土工程条件

该站址位于淮河以北和北淝河以南的平地上,地势开阔,在区域地貌上属淮河冲积平原,微地貌为平地。场地高程为16.20～17.90 m之间(56黄海高程系)。根据勘探成果,站址区主要分布的地层为淮河流域第四系全新统冲积形成的粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉土、粉细砂。地层依次为:①层粉质黏土(Q4al),灰黄色,稍湿,可塑,局部软塑,该层底部夹有薄层粉土,水平层理结构;该层厚度均匀,一般厚度为1.5～2.8 m。②层粉土(夹薄层粉砂)(Q4al),青灰色,饱和,稍密,局部夹薄层粉砂,呈互层状;该层在站址南侧局部位置厚度较大,厚度为1.3～5.8 m。③层粉土(Q4al),青灰色,饱和,稍密,局部中密,层状构造。该层厚度不均,范围在1.0～9.6 m之间。④层粉土(夹粉砂)(Q4al),青灰色,饱和,为中密状态,局部夹少量粉砂,呈互层状;该层在站址区分布较广,厚度为3.2～7.0 m之间。⑤层粉细砂(Q4al),青灰色,饱和,中密,底部密实,颗粒均匀,底部夹薄层粘性土,呈水平层理结构,该层在站址内均有分布,未揭穿。

根据抗震规范,拟选站址在50年内、一般场地条件下,可能遭遇超越概率为10%的地震动峰值加速度为0.10g,相当于地震基本烈度Ⅶ度,抗震设计分组第一组。钻孔揭示,地层20 m深度范围内有粉细砂、粉土层存在,故需对该拟建站址场地做液化判定。

场地浅部地下水主要为孔隙性潜水和少量上层滞水,局部位置由于开挖,上层滞水与地下潜水已经形成了连通。上层滞水赋存于①层粉质黏土中,潜水赋存于②层粉土及以下地层中。浅部地层透水性较好,水位受大气降水、地表水及季节的影响变化较大,勘探期间地下稳定水位埋深在1.20～2.60 m之间。考虑到场地地势较低,紧邻淮河及其支流,在历史上曾有被淹的记载,为了工程安全,本次液化判定时地下水位埋深按照0 m考虑。

2原位测试和土工试验成果

现场采用3个勘探点进行标准贯入和双桥静力触探试验对比,孔号依次为C1、C12、C25。受篇幅限制,本文仅列出C1勘探点液化土层②层粉土的双桥静力触探试验结果,见表1所列,表1中,ds、fs、qc分别为试验点深度、侧壁阻力、锥尖阻力。C12、C25触探值仅作为计算依据,略去。

表1　C1孔②层土静力触探测试结果表

标准贯入采用标准锤重63.5 kg击打,落锤高度为76 cm,双桥静力触探采用溧阳产静探试验仪器完成,测试前探头经标定校准,钻孔所取扰样由我院土工试验室按照规范进行颗粒分析。

3液化计算

3.1根据抗震规范进行液化判定

通过钻孔C1、C12、C25的标准贯入试验和土工试验结果,根据文献[3]中公式进行计算。受篇幅限制,仅列出C1孔的液化判定统计成果,统计结果见表2所列,单孔液化等级为严重。

具体计算为

(1)

(2)

表2中，ρc、Ncr、Ni、di、Wi、IIE、I＇IE分别为粘粒含量、临界标贯击数、实测标贯击数、标贯代表层厚度、权函数、各标贯点液化指数、单孔液化指数。

由表2可以得出,③层粉土液化点最为显著,该层土液化情况达到严重程度,②层、④层粉土液化程度为轻微-中等。

场地3个液化判别孔的单孔液化指数IlE=20.64～39.05,场地液化等级为严重,属建设的不利地段。

与此同时，往生塔内，骤然暴起了一团红芒，红芒映照出一具骸骨般的身影，他站在塔嘎嘎出阵阵鬼啸般的鸣音，同时口中鲜血外溢，化作数道细流，沿着刀刃逆流而上，所过之处，刀刃发出荧荧的红光，璀璨夺目。

3.2根据软土勘察规范进行液化判定

通过勘探孔C1、C12、C25的双桥静力触探试验和邻近钻孔取扰样的土工试验结果,根据文献[5]公式计算为

(3)

(4)

表3　静力触探试验液化统计表

3.3结果分析

通过上述2种方式进行计算，3个勘探孔根据文献[1]采用标准贯入试验法进行液化判定，得出场地的液化等级为严重，液化指数≥20.64；根据文献[2]采用静力触探试验法进行液化判定，得出场地液化等级为中等，液化指数≤13.40，可见2种判定结果之间有较大差异。

文献[5]中的液化判定(3)式是针对上海和南方地区互层状沉积、非单一性的砂土,通过现场试验,将此类土物理力学性质的静探锥尖阻力和标准贯入锤击数进行相关分析,通过对比试验,建立起来的判别液化土的公式。说明该公式的适用范围具有明确的局限性,主要适用于上海及南方砂土与其他土互层状的地层[6-7]。而本工程所在地蚌埠属于淮河中游冲积平原,场地主要为粉土粉砂,且沉积较均匀,其土体物理力学性质、沉积时代和外力作用历史和上海地区软土差异较大。因此,不宜直接采用(4)式进行地层液化判定计算，需对公式进行修正,重新分析淮河中游冲积漫滩地区粉土砂土的静探测试值与标贯测试值的相关性,建立新的判别公式。

目前,国内外工程建设中场地液化判定的主要用标贯试验进行,而静力触探试验对反映砂土粉土的物理力学性质和沉积特点具有独到的优点,并且静探测试在场地适应性和经济性上都有较大优势[8-10]。

针对淮河流域中游冲积成因的漫滩洼地的粉土砂土,如果能够建立静探测试值与标贯锤击数、土颗粒成分等之间的经验关系,利用静探测试成果进行场地液化判定,对该地区内河道治理、中小型水利建设及市政道路等各类工程建设的场地液化判定均有较大指导意义,将会产生较为显著的经济效益。

4结论

(1) 以蚌埠淮上区某变电所勘测为背景,分别采用抗震规范和软土勘察规程进行场地液化判定,得出按抗震规范计算出的场地液化等级是按软土勘察规程计算值的1.77～2.91倍。

(2) 分析了软土勘察规程中液化判定公式使用的局限性,说明该公式不适用于淮河中游冲积成因粉土粉砂的原因。

(3) 提出静探测试与标贯锤击的统计分析方式[5],建立淮河中游漫滩地区粉土粉砂的静探测试值与标贯锤击数、土体物理力学性质的关系,得出新的静探液化判定公式的设想。

〔参考文献〕

[1]GB 5011-2010,建筑抗震设计规范[S].

[2]JGJ 83-2011,软土地区岩土工程勘察规程[S].

[3]GB 50021-2001,岩土工程勘察规范[S].

[4]高大钊.土力学与岩土工程师[M].北京：人民交通出版社，2009.

[5]蔡国军,刘松玉.基于静力触探测试的国内外砂土液化判别方法[J].岩土力学与工程学报,2008,27(5):160-168.