于 卿

(1.北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068； 2.城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京市重点实验室，北京 100000)

1 概述

随着我国城市进程的加快，地下轨道交通已经成为越来越多城市拓展交通运输能力的首选，在地铁修建过程中对场地的抗震情况进行准确的评估是必不可少的程序，高烈度地区地震液化对地下结构的危害也尤为明显，因此在轨道交通建设前对建设场地的地震液化判别显得尤为重要。本文结合北京地铁新机场线某工点勘察成果，对该地区地基土剪切波速与地震液化的关系进行了简要的分析。

2 地震液化判别的主要方法

当前现行规范中，对地基土地震液化判别主要采用标准贯入试验进行，如现行GB 50909—2014城市轨道交通结构抗震设计规范规定中，液化判别标准贯入锤击数临界值可按式(1)进行计算：

(1)

其中，Ncr为判别标准贯入液化锤击数临界值；N0为液化判别标准贯入锤击数基准值；ds为饱和土标准贯入点深度,m；dw为地下水位,m；ρc为粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，取3；ηm为与设防地震动加速度反应谱特征周期分区相关的调整系数。

采用标准贯入试验成果作为地震液化判别的唯一依据存在很大的缺陷，在实际勘察过程中，仅会对某一层的数个点位进行测试，其试验成果不够连续，不能完整的反映出场地的地震液化趋势；标准贯入试验的实测击数基本靠钻机工人的记录，人为因素影响过大，其结果的准确、可靠性不易得到保证；因此需要一种可以在一定程度上替代标准贯入试验的可靠试验方法，以便对场地的地震液化判别提供准确、可靠的依据。

而在场地类别判定勘察过程中，土层的剪切波速是一个必须的指标，因此可以通过剪切波速作为场地液化判别的依据且采用该指标不增加勘察工作量。目前规范中，对于采用土层剪切波速对场地液化进行判别主要有以下2种计算方法：

1)《水利水电工程地质勘察规范》规定：当土层的剪切波速大于式(2)计算所得上限剪切波速时，可判为不液化。

(2)

其中，Vst为上限剪切波速度，m/s；KH为地震动峰值加速度；Z为土层深度，m；rd为深度折减系数；其计算方法为：

Z=0 m～10 m，rd=1.0-0.01Z；Z=10 m～20 m，

rd=1.1-0.02Z；Z=20 m～30 m，rd=0.9-0.01Z。

2)《岩土工程勘察规范》规定：利用剪切波速对地面下15 m范围内饱和砂土和粉土的地震液化性状进行判别时，可采用式(3)进行，当场地实测剪切波速Vs大于计算临界剪切波速时，可判为不液化。

(3)

其中，Vscr为饱和砂土或饱和粉土液化剪切波速临界值，m/s；Vs0为与烈度、土类有关的经验系数；ds为剪切波速测点深度,m；dw为地下水深度,m。

尽管上述规范所得公式是通过大量试验数据统计所得，有其一定的适用性和可靠性，但由于地层的差异性，各个地区地层性状区别很大，不加区分的对公式进行套用也存在着较大的问题。因此在单独工点的应用上还应对其特殊性进行把握，对场地进行实测并建立单独的统计规律以便提供更加可靠的指导性。

3 剪切波速对地震液化判别的应用

本工程拟建场地位于北京市大兴区，场地地形整体平坦，地貌上位于永定冲洪积扇中上部，属于第四纪冲洪积平原区。根据现场钻探、原位测试及室内土工试验成果综合分析，拟建场地沉积相地层从上至下依次为人工填土层、新近沉积层、第四纪冲洪积层及古近纪基岩。勘察期间钻探深度范围内观测到一层地下水，地下水类型为层间潜水～承压水，主要含水层为卵石圆砾层及其以下砂土、卵石地层，地下水水位稳定水位埋深为27 m～30 m，水位季节性变幅在2.0 m～3.0 m。根据GB 18306—2015中国地震动参数区划图，拟建场地基本地震动峰值加速度为0.20g，基本地震动加速度反应谱特征周期分区值为0.40 s，地震抗震设防烈度值为8度。

表1 水位以下场地土类型、剪切波速值及液化判别结果

在罕遇地震作用条件下，场地抗震设防烈度可增大1度按照9度进行抗震设防考虑，根据GB 50909—2014城市轨道交通结构抗震设计规范相关要求，地下水位按地面下5.0 m进行判别，抗震设防地震动分档0.40g，设防地震动加速度反应谱特征周期分区为0.40 s区时，采用标准贯入试验对场地土进行液化判别，判别结果显示，拟建场地地面下20 m深度范围内的部分饱和粉土及砂土存在地震液化，液化等级为轻微～中等。液化土层为②层砂质粉土黏质粉土、②3层粉细砂、③层砂质粉土黏质粉土、③3层粉细砂、④2层砂质粉土黏质粉土、④3层粉细砂。水位以下场地土类型、剪切波速值及液化判别结果见表1。

由表1可以看出，场地内粉土、砂土层当剪切波速大于300 m/s时，土层基本不发生液化，因此对于该工点附近场地，可采用剪切波速300 m/s作为液化与否的阈值。但需要注意的是，该值仅可作为该工点附近场地土液化判别使用，是否可推广至更大场地范围仍需对更多实测数据进行测试、统计后方可确定。

参考文献:

[1] GB 50487—2008，水利水电工程地质勘察规范[S].

[2] GB 50909—2014，城市轨道交通结构抗震设计规范[S].

[3] GB 50021—2001，岩土工程勘察规范(2009修订版)[S].