土的液化判別中的三個(gè)問(wèn)題

高 青 松

(山西高原巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030009)

0 引言

現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]給出了地震時(shí)，飽和砂土或粉土的液化判別方法。然而在具體執(zhí)行過(guò)程中，卻發(fā)現(xiàn)三個(gè)問(wèn)題：1)地震液化復(fù)判公式中的ds意義不是太明確，導(dǎo)致不同的人，不同的勘察設(shè)計(jì)單位算出的Ncr有區(qū)別；2)地基填挖方時(shí)，沒(méi)有明確相應(yīng)的公式，如果用運(yùn)營(yíng)后的參數(shù)ds，dw代入，液化影響的趨勢(shì)，初判時(shí)與人的常理基本一致，而詳判時(shí)有時(shí)卻出現(xiàn)與常理的差異；3)如果有多個(gè)鉆孔，鉆孔的液化等級(jí)不一致時(shí)，沒(méi)有提供整個(gè)地基液化等級(jí)的判別法，從而難以決定相應(yīng)的抗液化處理措施。

1 貫入深度的取值

根據(jù)文獻(xiàn)[1]中式(1)詳判時(shí)，ds的含義是：飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度。實(shí)際上，標(biāo)貫是有起始點(diǎn)深度，終止點(diǎn)深度的。一般情況是，標(biāo)貫穿過(guò)了30 cm的地層；有些時(shí)候是標(biāo)貫穿越地層距離小于30 cm而擊數(shù)已經(jīng)達(dá)到50，標(biāo)貫擊數(shù)N是經(jīng)過(guò)計(jì)算的結(jié)果。規(guī)范并沒(méi)有說(shuō)明ds是起始點(diǎn)深度，終止點(diǎn)深度，還是二者的中點(diǎn)深度。這就導(dǎo)致不同的人，不同的勘察單位對(duì)液化土的相關(guān)計(jì)算出現(xiàn)差異。這種差異不僅表現(xiàn)在Ncr的差異，還會(huì)表現(xiàn)在計(jì)算液化指數(shù)時(shí)該點(diǎn)標(biāo)貫擊數(shù)代表的層頂，層底深度的差異，最后就是液化指數(shù)計(jì)算結(jié)果的差異。

(1)

從概率的觀點(diǎn)看，ds應(yīng)該是穿越土層深度的代表值，那么哪一個(gè)深度更有代表性，顯然中點(diǎn)深度更具有代表性。那么用起始點(diǎn)深度計(jì)算和中點(diǎn)深度計(jì)算，差別究竟如何，因?yàn)檫@里二者有0.15 m的差距，相對(duì)ds本身來(lái)講，還是較小的，可以用微分公式(1)的辦法估計(jì)二者的差距，二者的差距約為式(2)，隨ds的增大而降低。具體計(jì)算，最大差距為0.97(取N0=19,β=1.05,ds=0.5),這個(gè)結(jié)果在大多數(shù)情況下對(duì)結(jié)果影響不太明顯，然而當(dāng)N與Ncr的差異確實(shí)在0.97之內(nèi)時(shí)，就需要注意這種影響了,它可能把本不液化的判別為液化，天壤之別。

(2)

不僅在計(jì)算Ncr時(shí)會(huì)遇到ds的取值問(wèn)題，用文獻(xiàn)[1]中式(3)計(jì)算液化指數(shù)IlE時(shí)，它還會(huì)涉及到計(jì)算分層厚度和土層厚度層位影響權(quán)函數(shù)的取值問(wèn)題。如果在二個(gè)標(biāo)貫點(diǎn)之間沒(méi)有土工分層界線時(shí)，計(jì)算di時(shí)，代表土層的下層界線以標(biāo)貫起始點(diǎn)深度計(jì)算將比標(biāo)貫穿越地層中點(diǎn)深度計(jì)算減少0.15 m(該代表二個(gè)標(biāo)貫點(diǎn)間下層土層的上層界線減小0.15 m)，Wi也會(huì)隨之而變；如果在二個(gè)標(biāo)貫點(diǎn)之間有土工分界線時(shí)，計(jì)算di時(shí)，代表土層的下界線不變(該代表土層下層土層的上層界線不變)，Wi是否變化取決于該土層的上界線是否會(huì)變。經(jīng)過(guò)仔細(xì)推導(dǎo)和驗(yàn)算，這個(gè)誤差一般不超過(guò)1.5。

(3)

2 有填挖方時(shí)的計(jì)算

一般情況下，地基總是有填挖方的，也就是說(shuō)：無(wú)論是初勘察還是詳勘察時(shí)測(cè)得的ds，dw在實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)數(shù)值變化了，并不是勘察時(shí)的數(shù)值。那么，在這種情況下，該如何進(jìn)行液化判別。

現(xiàn)在大多數(shù)勘察院在做勘察報(bào)告時(shí)就是把實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)的ds，dw數(shù)值代入Ncr判別：N≤Ncr時(shí)，液化；N>Ncr時(shí)，不液化。也即是修正Ncr，不修正N，做判別。如果原標(biāo)貫點(diǎn)在地下5 m，水位在地下1 m；現(xiàn)在需要填方2 m，原來(lái)水位不變。按經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該是更不容易液化了，因?yàn)槎嗔松厦娴膰鷫?；但是代入公式發(fā)現(xiàn)是Ncr增加了，更容易液化了。這到底是什么原因。

假定水位不變，只是簡(jiǎn)單的填方或是挖方，且填挖的厚度較小，可以對(duì)原來(lái)的判別式做微分，見(jiàn)式(4) (其中Δds=Δdw)，可以發(fā)現(xiàn)在ds=7.5 m處發(fā)生轉(zhuǎn)折,在ds>7.5 m時(shí)，公式與常理吻合，也與初判趨勢(shì)一致(ds,dw越大，越不容易液化)，但是在ds<7.5 m時(shí)，與常理相悖。這表明：直接用現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的式(1)判別填挖方后土的液化是有些問(wèn)題的(該規(guī)范也并沒(méi)有說(shuō)明公式是否適用于填挖方后土的液化判別，及如何使用公式)。其實(shí)文獻(xiàn)[2]中式(5)和式(6)提供了運(yùn)營(yíng)后的判別方法，該法僅適用于ds≤15 m的情況。其基本思路是：Ncr不變，修正N來(lái)解決運(yùn)營(yíng)后土的液化判別，而Ncr的算法與舊的GB 50011—2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范相同。

(4)

(5)

(6)

3 各勘探點(diǎn)判別液化等級(jí)不一致

在勘察中經(jīng)常會(huì)碰到各個(gè)勘探孔的液化等級(jí)判定不一致的情況，在這種情況下，如何判斷地基的液化等級(jí)就成了一個(gè)問(wèn)題，然而規(guī)范卻未給出相應(yīng)的辦法。筆者所在的公司一般采取如下措施：1)如果地塊面積較大，應(yīng)該分區(qū)評(píng)價(jià)；2)如果同一分區(qū)中液化點(diǎn)的液化判別等級(jí)差距為二級(jí)，重新核查數(shù)據(jù)；3)核查數(shù)據(jù)無(wú)誤：a.工程比較重要，建筑物為甲乙類建筑，或者有20%的勘探點(diǎn)液化等級(jí)較高，以較高的液化等級(jí)作為地基液化等級(jí)；b.建筑物為丙類建筑，等級(jí)較高的勘探點(diǎn)不超20%，則用各個(gè)勘探點(diǎn)的液化指數(shù)以控制面積為權(quán)重加權(quán)平均的辦法綜合研判，考慮的因素：液化指數(shù)的大小，液化指數(shù)的差異大小，建筑物的重要性，建筑物由于液化而導(dǎo)致的破壞后果，地基處理的經(jīng)濟(jì)性等。

4 結(jié)語(yǔ)

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的液化判別公式中由于ds的含義略有含糊，導(dǎo)致大多數(shù)人算出的Ncr存在差異，建議用標(biāo)貫起始點(diǎn)+0.15 m作為ds來(lái)算Ncr；并在計(jì)算IlE按相同原則確定di，Wi。

考慮填挖方的情況時(shí)，規(guī)范未明確給出判別公式。ds≤15 m時(shí)，可以采用規(guī)范的Ncr+修正N(修正系數(shù)用文獻(xiàn)[2]給出的公式)的辦法來(lái)判別液化。

各個(gè)勘探點(diǎn)判別出的液化等級(jí)存在差異時(shí)，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，綜合研判地基的液化等級(jí)：地塊面積較大，可以分塊判別；液化等級(jí)較高的勘探點(diǎn)較多時(shí)，按謹(jǐn)慎性原則，以較高的液化等級(jí)為地基液化等級(jí)；液化等級(jí)較高的點(diǎn)不多時(shí)，可以用各個(gè)勘探點(diǎn)的液化指數(shù)以控制面積為權(quán)重，加權(quán)評(píng)價(jià)的辦法綜合研判。