4.4.1 當抗震設(shè)防地震動分檔為0.05g時，對標準設(shè)防類城市軌道交通結(jié)構(gòu)物可不進行場地地震液化判別和處理；對特殊設(shè)防類、重點設(shè)防類城市軌道交通結(jié)構(gòu)物可按抗震設(shè)防地震動分檔為0.10g的要求進行場地地震液化判別和處理。當抗震設(shè)防地震動分檔為0.10g及以上時，重點設(shè)防類、標準設(shè)防類城市軌道交通結(jié)構(gòu)物可按本地區(qū)的抗震設(shè)防地震動分檔的要求或采用經(jīng)主管部門批準的工程場地地震安全性評價的結(jié)果進行場地地震液化判別；特殊設(shè)防類軌道交通結(jié)構(gòu)物應(yīng)進行專門的場地液化和處理措施研究。對特殊設(shè)防類、重點設(shè)防類軌道交通結(jié)構(gòu)物，宜對遭遇E3地震作用時的場地液化效應(yīng)進行評價。
4.4.2 對礫粒含量較高的飽和砂土、飽和粉土、飽和粉細砂與粉質(zhì)黏土互層土、飽和混砂土，其液化可能性宜做專門研究。
4.4.3 液化判別宜采用有成熟經(jīng)驗的多種方法，綜合判定液化可能性和液化程度。
4.4.4 可液化土(不含黃土)的場地地震液化初步判別應(yīng)符合下列規(guī)定：
    1 當?shù)刭|(zhì)年代為第四紀晚更新世(Q3)及其以前，且抗震設(shè)防地震動分檔為0.10(0.15)g、0.20(0.30)g時，可判別為不液化。
    2 當粒徑小于0.005mm的粉土的黏粒含量百分率對應(yīng)抗震設(shè)防地震動分檔為0.10(0.15)g、0.20(0.30)g、0.40g分別不小于10、13和16時，可判為不液化土。
    3 對淺埋天然地基的結(jié)構(gòu)物，當上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液化影響：

    式中：d_u——上覆蓋非液化土層厚度(m)，計算時宜將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除；
          d_b——基礎(chǔ)埋置深度(m)，不超過2m時應(yīng)采用2m；
          d_w——地下水位深度(m)；
          d₀——液化土特征深度(m)，可按表4.4.4采用。

表4.4.4 液化土特征深度(m)

  注：表中的0.10(0.15)g等表不抗震設(shè)防地震動分檔。
4.4.5 場地地震液化的進一步判別可采用標準貫入試驗判別法，并應(yīng)符合下列規(guī)定：
    1 液化判別的土層深度應(yīng)達到地面以下20m。當飽和土標準貫入錘擊數(shù)(未經(jīng)桿長修正)小于或等于液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值時，應(yīng)判為可液化土。
    2 在地面下20m深度范圍內(nèi)，液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計算：

    式中：N_cr——判別標準貫入液化錘擊數(shù)臨界值；
          N₀——液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值；
          d_s——飽和土標準貫入點深度(m)；
          d_w——地下水位深度(m)；
          ρ_c——黏粒含量百分率，當小于3或為砂土?xí)r，應(yīng)采用3；
          η_m——與設(shè)防地震動加速度反應(yīng)譜特征周期分區(qū)相關(guān)的調(diào)整系數(shù)。
    3 液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值N₀應(yīng)按表4.4.5-1采用。

表4.4.5-1 液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值N₀

   4 與設(shè)防地震動加速度反應(yīng)譜特征周期分區(qū)相關(guān)的調(diào)整系數(shù)η_m應(yīng)按表4.4.5-2選用。

表4.4.5-2 調(diào)整系數(shù)η_m

4.4.6 對判定為發(fā)生液化的土層，應(yīng)根據(jù)土層的液化程度對地基的變形模量、地基的基床系數(shù)、地基承載力和樁周邊土的承載力等土層設(shè)計參數(shù)進行修正。
4.4.7 可液化土層的設(shè)計參數(shù)宜采用該土層在不發(fā)生液化時的土層設(shè)計參數(shù)乘以該土層的液化影響折減系數(shù)c_e進行修正。土層液化影響折減系數(shù)可按表4.4.7取值。折減系數(shù)為0的土層不應(yīng)計該土層的抗力作用。

表4.4.7 土層液化影響折減系數(shù)c_e

4.4.8 當采用標準貫入錘擊數(shù)表征土的液化抗力時，土層的液化抵抗率可按下式計算：

    式中：F_L——土層的液化抵抗率；
          N₁——場地土標準貫入錘擊數(shù)實測值；
          N_cr——液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值。
4.4.9 地基液化等級應(yīng)按下列方法判別：
    1 對存在可液化土層的地基，應(yīng)探明各可液化土層的深度和厚度，按下式計算每個鉆孔的液化指數(shù)，且應(yīng)按表4.4.9-1綜合劃分：

    式中：I_IE——液化指數(shù)；
          n——在判別深度范圍內(nèi)每一個鉆孔標準貫入試驗點的總數(shù)；
          N_i——i點標準貫入錘擊數(shù)實測值；
          N_cri——i點液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值，當實測值大于臨界值時應(yīng)取臨界值的數(shù)值；
          d_i——i點所代表的土層厚度(m)，可采用與該標準貫入試驗點相鄰的上、下兩標準貫入試驗點深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度；
          W_i——i土層單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值(m^-1)。

表4.4.9-1 地基液化等級與液化指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系

    2 W_i應(yīng)按表4.4.9-2取值，但當只需考慮深度在15m以內(nèi)的液化時，15m(不包括15m)以下的W_i值可視為零。

表4.4.9-2 液化判別的單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值W_i(1／m)

4.4.10 當可液化土層比較平坦且均勻時，宜按表4.4.10的要求選用地基抗液化措施；尚可計入上部結(jié)構(gòu)重力荷載對液化危害的影響，根據(jù)液化震陷量的估計適當調(diào)整抗液化措施。不宜將未經(jīng)處理的可液化土層作為天然地基持力層。

表4.4.10 抗液化措施

4.4.11 全部消除地基液化沉陷的措施應(yīng)符合下列規(guī)定：
    1 采用樁基時，樁端伸入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長度(不包括樁尖部分)，應(yīng)按計算確定，且對碎石土，礫、粗、中砂，堅硬黏性土和密實粉土尚不應(yīng)小于0.5m，對其他非巖石土尚不宜小于1.5m。
    2 區(qū)間隧道、地下車站結(jié)構(gòu)以及特殊設(shè)防類、重點設(shè)防類的其他結(jié)構(gòu)物的深基礎(chǔ)，其底面應(yīng)埋入液化深度以下的穩(wěn)定土層中，其深度不應(yīng)小于0.5m。
    3 當采用振沖、振動加密、擠密碎石樁或強夯等加密法加固時，應(yīng)處理至液化深度下界；振沖或擠密碎石樁加固后，樁間土的標準貫入錘擊數(shù)不宜小于本規(guī)范第4.4.5條規(guī)定的液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值。
    4 采用非液化土替換液化土層。
    5 當采用加密法或換土法處理時，在基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)超過基礎(chǔ)底面下處理深度的1／2且不應(yīng)小于基礎(chǔ)寬度的1／5。當區(qū)間隧道、地下車站結(jié)構(gòu)處于液化土層中并采用加密法或換土法處理時，其處理寬度不宜小于液化土層厚度。
    6 當采用注漿、旋噴或深層攪拌等方法進行基底土加固時，處理深度應(yīng)達到可液化土層的下界。當區(qū)間隧道、地下車站結(jié)構(gòu)處于液化土層中并采用注漿方法加固時，注漿厚度不宜小于液化土層厚度。
    7 將永久性圍護結(jié)構(gòu)嵌入非液化土層。
4.4.12 部分消除地基液化沉陷的措施，應(yīng)符合下列規(guī)定：
    1 處理深度應(yīng)使處理后的地基液化指數(shù)減小，當液化判別深度為15m時，其值不宜大于4；當液化判別深度為20m時，其值不宜大于5。對獨立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)，尚不應(yīng)小于基礎(chǔ)底面下液化土特征深度和基礎(chǔ)寬度的最大值。
    2 采用振沖或擠密碎石樁加固后，樁間土的標準貫入錘擊數(shù)不宜小于本規(guī)范第4.4.5條規(guī)定的液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值。
    3 基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)符合本規(guī)范第4.4.11條第5款的規(guī)定。
4.4.13 減輕液化影響的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，可綜合采用下列各項措施：
    1 選擇合適的基礎(chǔ)埋置深度；
    2 調(diào)整基礎(chǔ)底面積，減少基礎(chǔ)偏心；
    3 加強基礎(chǔ)的整體性和剛度；
    4 減輕荷載，增強上部結(jié)構(gòu)的整體剛度和均勻?qū)ΨQ性，避免采用對不均勻沉降敏感的結(jié)構(gòu)形式等；
    5 在管道穿過結(jié)構(gòu)物處預(yù)留足夠尺寸或采用柔性接頭等。

 

條文說明
 

4.4 可液化場地

4.4.1 本條規(guī)定主要依據(jù)液化場地的震害調(diào)查結(jié)果。多數(shù)資料表明抗震設(shè)防地震動分檔0.05g區(qū)的液化對一般城市軌道交通結(jié)構(gòu)物所造成的震害是比較輕的。所以規(guī)定抗震設(shè)防地震動分檔0.05g時，一般情況下可不進行液化判別和處理。但對液化沉陷敏感的城市軌道交通結(jié)構(gòu)物可按抗震設(shè)防地震動分檔0.10(0.15)g的要求進行判別和處理。
4.4.2 飽和松砂和飽和粉土屬于可液化土層，這已經(jīng)被歷次地震的震害調(diào)查結(jié)果所證實。汶川地震砂土液化現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)10余處液化地點有砂礫石噴出，最大直徑為3cm～10cm，并通過勘察驗證了砂礫層液化現(xiàn)象的存在；分析現(xiàn)場考察資料發(fā)現(xiàn)，液化砂礫土的平均粒徑0.4mm～10mm，不均勻系數(shù)3～20，曲率系數(shù)0.3～1.2；汶川地震液化噴水持續(xù)時間明顯比唐山地震短，說明地下液化層不同于以往的純砂層，地震時的超孔隙水壓力消散較快，使砂礫層液化的可能性較大。較早的震害調(diào)查也發(fā)現(xiàn)砂礫料發(fā)生液化破壞的實例，如：1975年海城7.3級地震時遼寧省營口市石門嶺水庫心墻土石壩上游砂礫料壩殼水下部分發(fā)生液化、滑坡；1976年唐山7.8級地震時北京密云水庫白河主壩黏土斜墻上游保護層砂礫料發(fā)生液化、滑坡。
    含礫粒砂土、粉質(zhì)黏土與粉砂互層土、混砂土可以發(fā)生液化，但目前對其液化性能的研究尚不充分，對其液化問題作為砂土或粉土處理，也是不合適的，應(yīng)進行專門的研究。
4.4.3 現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011中給出的判別方法是根據(jù)實際液化與非液化資料的統(tǒng)計分析給出的。它主要以地表是否已噴水冒砂和液化引起的滑移等宏觀震害現(xiàn)象而確定的。另外這種情況所定義的液化不完全等同于由取土樣并進行三軸試驗而確定的“初始液化”、“完全液化”、“固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)”等液化的概念。本規(guī)范強調(diào)以震害調(diào)查為基礎(chǔ)的宏觀判別和以原位測試及室內(nèi)試驗為主要依據(jù)的進一步判別相結(jié)合的方法。先從宏觀判別入手，經(jīng)宏觀判別認為有液化可能性時，再做進一步判別；而宏觀判別認為沒有液化可能性時，則不再做進一步判別。
    地震液化是由多種復(fù)雜的內(nèi)因和外因綜合作用的結(jié)果。而“液化”或“不液化”這兩種復(fù)雜的現(xiàn)象絕非一個簡單的定值標準所能概括。工程設(shè)計中的“液化”概念，只能是一個概念性的、潛在的趨勢。因此，強調(diào)進一步判別時宜結(jié)合國內(nèi)外有代表性的研究成果，采用多種方法進行分析、比較和判斷，不宜采用單一方法做出判定。當多種方法判別有矛盾時，應(yīng)根據(jù)地震地質(zhì)條件以及具體工程情況，做出科學(xué)、合理的綜合判定。
4.4.4 液化初步判別方法取自現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011。此方法是根據(jù)對新中國成立以來歷次大地震的地震區(qū)可能液化的土層液化情況進行統(tǒng)計分析得出的，同時也借鑒了國外的研究成果和經(jīng)驗。
    根據(jù)對唐山地震區(qū)砂土液化的宏觀調(diào)查表明，震中區(qū)為灤河二級階地，地層年代為晚更新世(Q₃)地層，地下水位為3m～4m，表層為3.0m左右的黏性土，其下為飽和砂層，在地震烈度10度情況下沒有發(fā)生液化；而在一級階地及高河漫灘等地分布的地質(zhì)年代較新的地層，地震烈度雖然只有7度和8度卻發(fā)生了大面積的液化；其他震區(qū)的河流沖積地層在地質(zhì)年代較老的地層中也沒有發(fā)現(xiàn)液化實例。國外學(xué)者Youd和Perkins的研究結(jié)果表明，飽和松散的水力沖填土差不多總會液化，全新世的無黏性土對液化也是敏感的，更新世發(fā)生液化的情況很罕見，前更新世發(fā)生液化的情況更加罕見。這些結(jié)論雖然是根據(jù)1975年以前世界范圍的地震液化資料給出的，但在后來的1978年日本的兩次地震和1977年羅馬尼亞地震已經(jīng)獲得了證實。
    室內(nèi)試驗說明：土的液化強度是隨著黏粒含量的增加而提高的。海城、唐山地震現(xiàn)場勘察資料也表明，當黏粒含量達到一定的數(shù)值后，就很少發(fā)生液化。因此規(guī)定，對地震動峰值加速度分區(qū)0.10(0.15)g、0.20(0.30)g和0.40g的地區(qū)的粉土的黏粒(粒徑小于0．005mm的顆粒)含量百分率分別不小于10、13和16時，可判為不液化土。需要注意的是：黏粒含量必須嚴格遵守操作規(guī)程，采用六偏磷酸鈉作為分散劑測定，如果采用其他分散劑或者其他顆粒分析方法，則應(yīng)按有關(guān)規(guī)定換算。
    關(guān)于利用上覆非液化土層厚度和地下水位深度進行液化初判的界限值，是根據(jù)唐山、海城和日本新澙地震地震區(qū)的調(diào)查結(jié)果，并考慮一定的安全系數(shù)確定的。對以往的震害調(diào)查表明，地下水位較高的情況產(chǎn)生液化的例子較多，對地下水位較低的情況或當?shù)乇碛休^厚的非液化覆蓋層時，即使下覆可能液化的土層發(fā)生液化，由于上覆有效壓力比較大，可以抑制液化的土噴冒出地面，因此地基也不會產(chǎn)生大量的下沉和不均勻沉降。
4.4.5 本條文主要給出了場地地震液化的進一步判別方法。
    1 液化判別的深度。汶川地震砂土液化現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)4個不同地區(qū)的村莊均出現(xiàn)了液化噴水高度達10m以上的情況，勘察確認了20m以內(nèi)深處土層液化的真實性。過去的多次大地震中也發(fā)現(xiàn)，地面以下15m～20m的粉細砂層可能發(fā)生液化。另外，考慮到城市軌道交通高架區(qū)間結(jié)構(gòu)、高架車站結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)埋深很大，多采用樁基礎(chǔ)；且區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)、地下車站結(jié)構(gòu)是城市軌道交通結(jié)構(gòu)的主要組成部分，地下車站結(jié)構(gòu)為淺覆深埋結(jié)構(gòu)，二層～三層的地下車站結(jié)構(gòu)的底面埋深達15m～20m，甚至超過20m；單層區(qū)間隧道底面埋深可能達10m～15m，雙層或交叉區(qū)間隧道下層底面埋深可能達到甚至超過25m。因此，地面以下15m～20m范圍內(nèi)土層的液化，可能引起地下車站結(jié)構(gòu)和區(qū)間隧道的嚴重破壞或上浮，對地面以下20m土層進行液化判別是非常必要的。所以本條文關(guān)于液化判別的深度采用現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011中的規(guī)定，即對地面以下20m深度范圍的飽和砂土、粉土應(yīng)采用標準貫入試驗法判別。
    對超過20m深度土層的深層土液化問題，目前的研究還不夠深入，當?shù)叵萝囌窘Y(jié)構(gòu)和區(qū)間隧道的底面埋深超過20m時，對深層土層的液化問題，有必要進行專門的研究。
    2 進一步判別時宜采用多種方法進行分析、比較和判斷。當有成熟經(jīng)驗時，尚可采用其他液化判別方法。有代表性的方法：
        (1)NCEER法：即經(jīng)Youd等修改后的Seed簡化方法，是國外目前普遍接受的液化判別方法；
        (2)砂土液化概率判別法：陳國興等(2005)選取國內(nèi)外25次大地震中344個場地的實測資料，提出以地面峰值加速度為指標并具有概率意義的液化判別方法；
        (3)靜力觸探試驗判別法：此方法已納入現(xiàn)行國家標準《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50111；
        (4)剪切波速判別法；
        (5)動三軸試驗判別法。
4.4.6 土工試驗測得的土層設(shè)計參數(shù)是在一定的荷載條件下得到的，不一定完全符合結(jié)構(gòu)物真實的荷載條件。例如，飽和松散的砂土地基會因為地震時的液化而喪失承載力。因此，本條規(guī)定判定為發(fā)生液化的土層，相應(yīng)于其液化程度應(yīng)對土層設(shè)計參數(shù)進行修正。
4.4.7 確定土層液化影響的折減系數(shù)也可以采用其他成熟的方法。
4.4.8 本條文制定參考了現(xiàn)行國家標準《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50111的相關(guān)規(guī)定。
4.4.9 液化等級的劃分為液化危害的估計提供了一個簡單的方法，可以根據(jù)液化等級對場地的噴水冒砂程度、對地下結(jié)構(gòu)物和地面結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的可能損壞做粗略地預(yù)估。液化的等級為輕微、中等和嚴重三級；根據(jù)我國百余個液化震害資料，各級液化等級(判別深度15m)下，地面噴水冒砂情況以及對地面結(jié)構(gòu)物的危害程度，見表1。

表1 液化等級和對建筑物相應(yīng)的危害程度

4.4.10 抗液化措施是對液化地基的綜合治理。要注意以下幾點：
    (1)判定為發(fā)生液化的土層，如果采取抗液化措施，則不必根據(jù)其液化程度對土的參數(shù)進行修正。因為土已經(jīng)過抗液化處理，不可能液化；其土性參數(shù)也不再是液化時的土性參數(shù)。
    (2)本條規(guī)定不宜將未經(jīng)處理的可液化土層作為天然地基持力層。理論分析和振動臺試驗均已證明液化的主要危害來自基礎(chǔ)外側(cè)，液化持力層范圍內(nèi)位于基礎(chǔ)正下方的部位其實最難液化，由于最先液化區(qū)域?qū)A(chǔ)正下方未液化部分的影響，使之失去側(cè)邊土壓力支持。在外側(cè)易液化區(qū)的影響得到控制的情況下，輕微液化的土層是可以作為基礎(chǔ)的持力層的。并且通過震害調(diào)查與有限元分析顯示，當基礎(chǔ)寬度與液化層厚之比大于3時，則液化震陷不超過液化層厚的1％，不致引起結(jié)構(gòu)嚴重破壞。所以將輕微和中等液化的土層作為持力層不是絕對不允許，但應(yīng)經(jīng)過嚴密的論證。
    (3)傾斜場地的土層液化往往帶來大面積土體滑動，造成嚴重后果，而水平場地土層液化的后果一般只造成建筑的不均勻下沉和傾斜，本條規(guī)定不適用于坡度大于10度的傾斜場地和液化土層嚴重不均的情況。
    (4)液化等級屬于輕微者，除特殊設(shè)防類、重點設(shè)防類結(jié)構(gòu)物由于其重要性需確保安全外，一般不作特殊處理，因為這類場地可能不發(fā)生噴水冒砂，即使發(fā)生也不致造成結(jié)構(gòu)物的嚴重危害。
    (5)對于液化等級屬于中等的場地，盡量多考慮采用較易實施的基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)物處理的構(gòu)造措施，不一定要加固處理液化土層。
    (6)在液化層深厚的情況下，消除部分液化沉陷的措施，處理深度不一定達到液化下界，可以殘留部分未經(jīng)處理的液化層。
    (7)強烈地震時軟土發(fā)生震陷，不僅被科學(xué)實驗和理論研究證實，而且在宏觀震害調(diào)查中，也證明存在軟土震陷。但研究成果尚不夠充分，因此本條只是給出了必要時可以根據(jù)液化震陷量的評價結(jié)果適當調(diào)整抗液化措施的原則規(guī)定。
4.4.11～4.4.13 這三條中規(guī)定了消除或部分消除液化震陷、減輕液化影響的具體措施，這些措施都是在震害調(diào)查和分析判斷的基礎(chǔ)上提出來的。條文的制定參考了現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011，特別強調(diào)了對區(qū)間隧道、地下車站結(jié)構(gòu)處于液化土層中的處理要求。