浅谈核电建设中砂土和粉土液化判别的问题

黄朋

摘 要：我国大部分核电建在沿海地区，而沿海地区多存在液化土地基，对于此种液化土地基存在规范规定，應进行液化判别。按工程要求的不同，应采用不同的判别方法或采用多种方法进行判别，并通过工程实例分析核电建设中饱和砂土和饱和粉土液化判别方法和判别结果，避免未加固处理的可液化土层作天然地基的持力层，并根据地基的液化等级、建筑类别、结合具体情况， 选择适当的抗液化措施。

关键词：核电厂；液化判别；液化等级；地震

1 前言

我国是一个多地震的国家， 在以往的多次强烈地震中， 由于砂土液化造成的各种灾害已成为一种不可忽视的地震破坏现象。根据对国内外地基破坏的分析与统计，其中80%是由于土体的液化引起的。因此，对土体液化的判别与处理是地基抗震设计中的主要任务。我国大部分核电建在沿海地区，而沿海地区多存在液化土地基。对于此种液化土地基存在规范规定，存在饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的地基，除抗震设防烈度为6度设防外（6度区的建筑物一般可不考虑液化影响），应进行液化判别。存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级等，结合具体情况采取相应的措施。

2 砂土的液化判别

（1）当抗震设防烈度为7～9时， 若场地分布有饱和砂土和饱和粉土时， 应判别土层的液化可能性。

（2）根据《岩土工程勘察规范》[4]（GB50021 2001）（2009年版）规定， 地震液化的进一步判别应在地面以下15m的范围内进行；对于桩基和基础埋深大于5m的天然地基，判到深度应加深至20m。对判别液化而布置的勘探点不应少于3个，勘探孔深度应大于液化判别深度。

（3）无成熟经验时，对于饱和土的判别， 根据《建筑抗震设计规范》[1] （ GB J50011- 2010）规定按下式进行： N63.5

（4）存在液化土层的地基， 根据液化指数Ile按表1划分液化等级。

3 工程实例中砂土的液化判别

某核电厂BOP及管廊勘察区抗震设防烈度为7度，应对场地地震液化进行判别。

该项目可能产生液化的地层为③中砂（稍密～中密）、④砾砂（松散～中密）。

由于拟建建筑物的抗震要求不同，现采用两种规范要求对可能液化的地层进行液化判别。

根据《建筑抗震设计规范》[1]（GB50011-2010）4.3.3条，对③中砂、④砾砂是否液化进行判别。

在勘探深度范围内，规划地面20.0m以内的土层，分布有③中砂层，呈稍密～中密状态，④砾砂层，呈松散～稍密状态。当饱和砂土标准贯入锤击数（未经杆长修正）小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土，液化判别标准入锤击数临界值可按下式计算：

Ncr=N0*β[ln（0.6ds+1.5）-0.1dw]（[3/ρc]）

式中： Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值；

N0——液化判别标准贯入锤击数基准值，7度 （0.10g），设计地震分组：第一组，判别深度：20m，N0=7；

ds——饱和土标准贯入点深度（m）；

dw——地下水位（m）；

ρc——黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3；

β——调整系数，设计地震第一组取0.80。

液化判别结果详见表2。

经计算，某BOP及管廊地段③中砂层、④砾砂层标准贯入锤击数（未经杆长修正）大于液化判别标准贯入锤击数临界值，在场地地震基本烈度为7度时不会发生液化。

对于GB廊道（抗震I类物项）、GC廊道（抗震Ⅱ类物项）和GS廊道（抗震Ⅰ类物项）存在的③中砂、④砾砂按《核电厂抗震设计规范》[2]（GB50267-1997）5.3条判别是否液化。

根据《核电厂抗震设计规范》[2]（GB50267-1997）5.3条，地基液化判别可采用现行国家标准《建筑抗震设计规范》[1]（GB50011-2010）规定的标准贯入试验判别法，其中的标准贯入锤击数基准值宜按下列公式计算：

[N0=φiNi/φi] ； [φi=exp-a-bici2]

式中：

N0——标准贯入锤击数基准值；

a——按物项的类别由规定的地震加速度峰值推算出的验算地点的地面加速度值（g），场地SL-1为0.1g，SL-2为0.2g；

i——序号；

[φi]——计算系数；

Ni、bi、ci——计算参数，可按《核电厂抗震设计规范》[2]（GB50267-1997）表5.3.2采用，Ni=4.5、bi=0.125g、ci=0.054g；

经计算，标准贯入锤击数基准值，抗震I类物项为N0=6.0，抗震Ⅱ类物项为N0=11.4；然后按《建筑抗震设计规范》[1]（GB50011-2010）规定进行判别，液化判别结果见表3。

经计算，GB廊道（抗震I类物项）、GC廊道（抗震Ⅱ类物项）和GS廊道（抗震Ⅰ类物项）地段③中砂层和④砾砂层标准贯入锤击数（未经杆长修正）大于液化判别标准贯入锤击数临界值，在场地地震基本烈度为7度时不会发生液化。

根据上述方法判别，最大的区别在于标准贯入基准值的取值，通过两种规范方法的比较，《建筑抗震设计规范》[1]（GB50011-2010）对于没有特殊要求的液化的判别更加符合实际需要，而对于有特殊要求的构建物，应采用其相应的规范进行判别。经以上对比，对于核电构建物，《核电厂抗震设计规范》[2]（GB50267-1997）抗震I类物项标准贯入锤击数基准值小于《建筑抗震设计规范》[1]（GB50011-2010）的标准贯入锤击数基准值，而《核电厂抗震设计规范》[2]（GB50267-1997）抗震Ⅱ类物项标准贯入锤击数基准值大于《建筑抗震设计规范》[1]（GB50011-2010）的标准贯入锤击数基准值，故抗震I类物项用《建筑抗震设计规范》[1]（GB50011-2010）的标准贯入锤击数基准值取值更加合理，判别结果更加对于建筑设计的帮助更大，而抗震Ⅱ类物项用《核电厂抗震设计规范》[2]（GB50267-1997）标准贯入锤击数基准值取值更加合理，判别结果更加对于建筑设计的帮助更大。

4 砂土的液化处理

通常情况应避免未加固处理的可液化土层作天然地基的持力层。根据地基的液化等级、建筑类别、结合具体情况， 选择适当的抗液化措施。

（1）采用全部消除地基液化的措施有：采用桩基、深基础、深层处理至液化深度下界或挖除全部可液化土层。

（2）采用部分消除地基液化的措施有：挖除部分可液化土层、加固、固封、盖重或人工加密。加密的目的为增加砂土的密实度；例如：振冲加密；挤密砂桩。

5 结论

砂土液化会使建筑物倾斜，地面下陷、地表喷砂冒水，甚至造成严重后果。因此，在核电厂的建设过程中，对存在饱和砂土或饱和粉土地层时，应判别液化并进行抗液化措施处理；在液化的判别上应选用更加合理的规范和方法进行判别，尽可能的为建筑物设计提供更加有力的资料依据。

参考文献：

[1] GB 50011-2010.建筑抗震设计规范[S].

[2] GB 50267-1997.核电厂抗震设计规范[S].

[3] 常士骠，张苏民.工程地质手册第四版[M].中国建筑工业出版社，2006（7）.

[4] GB 50021-2001.岩土工程勘察规范[S].