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浅析公路工程地震液化判断问题

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摘要:在公路工程建设施工中,地质勘察是重要的一个环节,一般需对路线范围内的饱和砂土层进行地震液化判断,以防止因地震液化公路工程出现质量问题,影响结构安全和行车安全。在我国现行的规范中有多种液化判断的方法,在实际工程勘察设计中,由于公式不同,关于地基液化等级的估计有时会产生矛盾的结果。为此,有必要对公路行业砂土液化判断及地基液化等级划分进行分析讨论。文章结合公路工程实际数据,对公路勘察中常采用标准贯入锤击数进行液化判断的方法和静力触探原位测试来判断的方法进行论述,可为工程实践提供参考。

关键字:公路工程;勘察;饱和砂土;液化判断;结果分析 

1引言

饱和砂土液化是公路工程路基震害的重要起因之一,国内外判断粉土、饱和砂土液化的发生概率有多种不同的试验方法,比如比较熟悉的经验分析法、Seed简化分析法、室内试验法和概率法等[1-7]。国内的抗震设计规范普遍采用的方法是地震液化判断方法,其具体试验方法有剪切波速法、标准贯入试验法、静力触探法等。在公路工程项目勘察过程中,如果认为该项目有可能出现液化病害,施工现场通常将采用标准贯入试验法来进行判断。地震液化的过程是在短暂地震过程中,路基和路床中的饱和砂土、以及粉土中的孔隙水压力骤然上升,而这部分压力不能及时消散,使得原来由砂粒间作用力的传递效果减弱,当这种砂粒间的有效压力完全消失时,其中的饱和砂土和粉土就会变得像液体一样,这种现象即被称为砂土液化[8-11]。地基上层有无液化可能、地基土液化等级的高低,将直接影响到公路工程项目抗震措施,甚至直接关系到公路工程的造价问题。公路工程中的砂土液化一般有两个判断公式,这两个公式都是由地震调查结果总结出来的经验公式。在实际的公路工程勘察设计过程中,由于使用公式的不同,对于地基液化等级的估算有时会产生相互矛盾的结果[12-15]。为此,有必要对公路行业砂土液化判断和地基液化等级划分等技术问题进行分析讨论。饱和砂土液化判别比较常用规范有《公路工程地质勘察规范》(JTGC20-2011)、《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01-2008)、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)。当采用静力触探方法来进行砂土液化判断的时候,工程实践中一般采用《铁路工程地质原位测试规程》(TB10018-2003)作为依据。

2地震液化判断与液化指数计算

公路工程中的地震液化判断主要依据《公路工程地质勘察规范》(JTGC20-2011)、《公路工程抗震设计规范》(JTJ044-89)和《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TBU2-01-2008)。液化判断常用的方法主要有以下两种[16-19]。①依据《公路工程地质勘察规范》(JTGC20~2011)和《公路工程抗震设计规范》(JTJ044-89)的判断方法。这两个规范的具体判断计算方法不完全一样,判断计算公式分别为:该计算公式是根据为几次大的地震产生的原始资料,通过采用地震剪应力比,再通过施工现场测得的标准贯入锤击数经过修正后,将修正后的数值作为液化的判断具体指标而建立起来的理论计算方法。当修正标准贯入锤击数小于修正液化临界标准贯入锤击数时,可以将此场地判定为液化土层。②依据《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01-2008)中的具体计算方法。该方法计算公式如下:当测试点在距离地表15m深度范围内时,计算公式为:当测试点在距离地表15m~20m深度范围内时,计算公式为:这种计算方法为线性计算方法,当出现未经杆长修正的饱和土标准贯入锤击数值,且锤击数值小于液化判断标准贯入锤击数的临界值时,即可判定此土层为液化土层。在液化指数的计算过程中,工程实践中使用了相同的公式:

3实例计算

3.1液化判断

本文选取广西省某公路工程项目现场实测数据进行粉土地震液化判断及液化指数分析,如图1(a)和(b)所示为公路工程现场勘察照片,施工现场实测数据如表1所示。根据实测数据,首先要进行数据初判。初判的原则:①如果所处土层的地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前、在地震加速度为7°和8°的地区时,可以初步判定此地区为不液化地区;②如果粉土的黏粒(一般指粒径小于0.005mm的颗粒)含量百分率,在7°、8°、和9°地区时分别大于等于10、13和16时,可以判定为不液化土。此种方法中用于液化判断的黏粒含量系采用六偏磷酸钠作分散剂测定,当采用其他方法进行判定时应按有关规定进行换算;③天然地基的建筑,当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合上述条件之一时,可不考虑液化影响,如三项条件均不符合,需进行第二步详判。工程实践中,一般采用标准贯入试验判断法进行详判。详判也分为三种基本情况:①埋深小于5m,应对地面下15m范围内土液化情况进行判断;②当采用桩基或埋深大于5m的深基础时,应判断15m~20m范围内土的液化情况。当饱和土标准贯入锤击数,一般指未经杆长修正的值,小于液化判断标准贯入锤击数临界值Ncr时,应判为液化土。当有成熟经验时,尚可采用其他判断方法。

3.2液化指数

根据对广西省某公路工程项目现场钻孔进行液化计算,求得的液化指数IlE=9.4,地基的液化等级属于中等;根据经验方法计算得液化指数IlE=18.2,地基液化等级属于严重。由此可以得出,两种计算方法所得到的液化判断结果存在着较大差别的结论。

4结语

①为了统一液化判断标准贯入锤击数临界值的意义,本文结合工程实际和经验公式,对公路工程液化判断的公式进行了修改,修改后的公式为:NCR=[11.8×(1+13.06σ0/σeKhCV)(1/2)-8.09]ε/Cn(6)当饱和土标准贯入锤击数(这里指未经过杆长修正的)小于液化判断标准贯入锤击数临界值时,判定为液化。②在利用规范公式进行液化判断的过程中,发现同样的饱和粉上层,5.5m位置处土层判定为不液化,而5.5m以下土层判定为液化,这里与地基土液化的原理不相符合。

参考文献

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[17]JTJ044-89,公路工程抗震设计规范[S].[18]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].

[19]TB10018-2003,铁路工程地质原位测试规程[S].

作者:罗勇 单位:广西荔玉高速公路有限公司

浅析公路工程地震液化判断问题责任编辑:张雨    阅读:人次

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