于仕达，张延军，李云峰

1.吉林大学 建设工程学院，长春 130026；2.中国地质调查局 南京地质调查中心，南京 210016

0 引言

砂土液化是指饱和松散粉、细砂土在振动作用下，孔隙水不能及时排除，水压瞬间升高，导致土体的有效应力迅速减小，当土体的有效应力降至0时，会丧失其原有的强度而转变为液体状态，继而发生液化[1]。在发生砂土液化时，通常会出现土体喷砂冒水、地面上浮、建筑物下陷甚至倒塌等现象。在20世纪六、七十年代发生的几次大地震中如美国阿拉斯加地震、日本新潟地震、中国唐山地震，均产生了大面积的砂土液化，造成大量的经济损失和人员伤亡。因此，砂土液化问题吸引了国内外学者的广泛关注[2--3]。

Seed et al.依据美国阿拉斯加和日本新潟地震的研究，认为颗粒大小处于0.02～2 mm范围内占50%以上的饱和土可能发生液化，提出了砂土液化判别方法，称为Seed判别法[4]。1996—1998年美国国家地震委员会分析总结近20年的研究成果，形成了NCEER法。该法考虑地方震级、基本地震加速度值和地下水位等因素，认为地方震级<5级、基本地震加速度值<0.1 g和地下水位以上的土体无需考虑液化。需要考虑液化的土体，通过比较砂土中由于振动产生的剪应力比CSR和产生液化的所需的剪应力比CRR的大小，当后者小时，将会发生液化，反之则不发生[5]。Iwasaki et al.等在这两种方法的基础上改进提出了LPI判别法，更好地评价土体总体的液化风险[6]。中国学者们借鉴了Seed判别法的思想，结合唐山、海城地震和国外大地震得到的液化数据，总结出标贯锤入法和静力触探法等经验公式的判别方法，称之为规范法[7--8]。

本文将对安庆市的宜秀区、迎江区、大观区和怀宁县面积为820余km2面积地表以下20 m浅深度以内存在的饱和砂土层、粉砂层和粉土层等可能液化的土层，综合采用标准贯入、静力触探等手段结合室内试验数据来进行砂土液化判别，并提出合理的工程建议。

1 研究区概况

研究区域属北亚热带季风湿润气候区，气候温和、日照充足、雨量充沛、四季分明,多年平均气温16.5℃，多年平均降水量1 419.0 mm。研究区位于安庆市中心西北，西至月山镇，北至高河镇。地貌属于江北低山丘陵平原区。以头坡大断裂、独秀山、郯庐断裂为界，区内地貌可划分为低山丘陵区、平原区及波状平原区，东南部主要为沿江冲积平原区，西北部为波状平原区，中部主要为低山丘陵。本次研究区域依据野外调查和现场试验，砂土和粉土主要分布在长江冲积平原上(图1)。

图1 研究区域位置示意图

研究区内第四纪全新世芜湖组工程地质层广泛分布，地层顶埋深 0～5.71 m，高程在-4.48～-5.26 m之间，地下水位埋深在0.5～3 m之间，地层由上至下为：杂填土、粉质黏土、粉土、粉砂、细砂、圆砾和角砾岩。目前钻孔已揭露的最大深度达到80 m，砂土、粉砂和粉土层最大厚度达到 32.47 m，平均 18.5 m，典型地质剖面图如图2所示。

2 研究区浅部液化土工程地质特性

为探明研究区工程地质情况、液化土层工程特性及分布规律，进行了大量钻探、静力触探、室内试验和现场原位试验，在研究区域选取27个钻探孔和15个静力触探孔，钻孔位置如图3、4所示。

图3 钻孔分布图

图4 静力触探孔分布图

经调查和实验发现研究区砂土主要以细砂、粉砂为主，灰黄色，松散饱和，矿物以石英、云母为主，分选好，级配差。现场砂土物理力学指标如表1所示。粉土呈灰黄色，以粉粒为主，天然含水率高，粉土的平均含水率31.1%，孔隙比高、天然密度低，孔隙比均值达0.9，天然密度分布范围为1.36～1.8 g/cm3，均值为1.59 g/cm3；压缩性高，压缩系数均值为0.86，属于高压缩性土；抗剪强度低，快剪黏聚力的均值为4.67 kPa，内摩擦角的均值为11.56°。粉土工程地质特性指标如表2所示。

表1 砂土基本物理力学特性指标

3 研究区砂土液化判别

3.1 砂土液化初步判别

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)[9]，利用地层年代、黏粒含量、地下水埋深对饱和土层进行初步判断。安庆市抗震设防烈度为7°，设计基本地震加速度值为0.10 g。土层地质年代为第四纪晚全新世(Q4)且黏粒中(粒径<0.005 mm的颗粒)百分含量<10%。满足需要进行液化判别的条件。上覆非液化土层为杂填土、粉质黏土，厚度为2.0～5.0 m，地下水位埋深在0.5～3 m之间。根据规范计算，也需要考虑液化影响。

表2 粉土工程地质特性指标

3.2 砂土液化复判

3.2.1 标准贯入试验判别

在地面下20 m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值计算公式为：

(1)

式中：Ncr为标准贯入锤击数临界值，N0为标准贯入锤击数基准值。

(2)

式中：IlE为液化指数；Ni和Ncri为标贯实测和标贯临界值。

根据研究区的现场钻探结果，对地表以下20 m内可能液化土层做标准贯入试验，按照式(1)、(2)计算结果显示，27个钻孔中的10个判定为液化。按照式(1)和(2)计算液化指数，并划分了液化等级，判别结果如表3所示。

表3 标准贯入试验法液化判别表

3.2.2 静力触探判别

依据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001,2009版)[10]，若静力触探实测锥尖阻力实测值小于液化锥尖阻力临界值qccr，则判定土层液化。具体计算公式为：

qccr=qc0αwαuαp

(3)

αw=1-0.065(dw-2)

(4)

αu=1-0.05(du-2)

(5)

式中：αw为地下水埋深影响系数；αu为上覆非液化土层修正系数；αp为阻摩比有关的土性修正系数；dw为地下水位深度；du为上覆非液化土层厚度。

根据研究区15个静力触探实验资料，对存在20 m深度以内的砂土层、粉砂层、粉土层，按式(3)～(5)计算判别，静力触探判别结果如表4所示，除试验点G01判定结果为不液化之外，其余14个试验点均为液化。

表4 静力触探判别结果表

4 处理措施建议

基于以上两种判别方法，分别判别出27个地质钻孔中10个孔液化，15个静力触探孔中14个孔液化，证实了研究区存在砂土液化现象。根据钻孔和静力触探孔的位置，可以发现研究区在靠长江沿岸一带的迎江区、宜秀区液化现象明显，怀宁县也存在轻微液化现象。砂土液化现象一旦发生极易造成地基液化沉陷，针对这种不良危害的影响程度应采用合理的抗液化措施，如换填法、桩基法、深基础法和加密法等措施可全面消除液化影响；而增加上覆非液化土层的厚度，改良周围的排水条件等措施可部分消除液化影响；最后，为减轻对基础和上部结构的液化影响，可提高基础整体性和刚度，基础埋置深度设置要合理，调整基础的底面积，尽量避免基础偏心。对于在施工过程中采用打桩的工程也应考虑振动荷载作用诱发砂土液化的影响。

5 结论

(1)在现有资料的条件下，通过标准贯入试验判别法判别出研究区的27个地质钻孔中10个孔液化，静力触探判别法判别出15个静力触探孔中14个孔液化，证实了研究区存在砂土液化现象，迎江区、大观区等长江沿岸地带浅部土层极易液化，怀宁县局部地区亦存在轻微液化现象。

(2)在实际工程中，应当根据砂土液化的严重程度选用合理的抗液化措施来完全消除、部分消除或减轻对基础和上部结构的液化影响，从而保证工程的推进与生命财产的安全。