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输电线路消除地基液化措施初探(3)

北极星电力网技术频道    作者:宁昭晔   2011/3/22 14:06:12   

 关键词:  砂土 输电线路 液化

1.4 液化土的判别方法

我国规范[1]根据1971年以前8次大地震的数据,参考美国、日本的有关研究成果,给出了以临界标准贯入击数为指标的粉土、砂土液化判别公式。现行规范[2]通过对海城、唐山地震的系统研究,结合国外大量资料,对原规范进行了修改,采用了两步评判原则,并对临界标贯击数公式进行了修改,使之更符合实际。在国标[3]中,对此又进行了补充,给出了液化比贯入阻力临界值和液化剪切波速临界值公式,用来进行液化判别。现阶段工程建设中,基本上沿用上术两步评判原则,采用了临界标贯击数判别方法,现行规范[2]给出了临界标贯击数的计算公式。这些规范在我国工程界得到了广泛应用。液化判别是指地基是否会发生液化,液化危害程度是指地基液化程度。传统液化判别和危害程度评价方法多是在宏观地震灾害现象资料、现场试验和室内试验基础上总结、分析、统计得出的规律。目前液化危害程度评价的量化公式较少,常用液化指数法、概率分析方法以及震陷值方法来综合评价液化等级。国内外用于砂土液化的判别方法种类繁多,但由于砂土液化问题的复杂性,每种方法都有一定的运用范围和局限性。

传统液化判别方法大致可归纳为现场实验、室内实验、经验对比、动力分析4大类。

1)现场试验法。其判别的基本原理是:在宏观地震液化和非液化区域,依据现场试验测得判别指标的数据,通过分析、统计和总结,建立与宏观地震灾害资料之间的关系,得出经验公式或液化分界线来判别液化与否。主要为标准贯入临界击数判别法(SPT),当饱和砂土或饱和粉土标准贯入锤击数N63.5实测值小于Ncr 确定的临界值时,应判定为液化土。Ncr =N0 [0.9+0.1(ds-dw)]姨3/籽c式中,Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值;N0为液化判别标准贯入锤击数基准值,按表5取值;ds为标准贯入实验点深度,m;dw为地下水位深度,m;籽c为黏粒含量百分率,当小于3或为砂土时,均应采用3。

此方法比较直观,且可以考虑多个影响饱和砂、土液化的因素,许多建筑物抗震设计规范都是采用此类方法,避免了室内试验中土样扰动等问题,具有较强的实用性和可靠性。

2)室内试验法。这类方法根据室内试验模拟现场条件,确定土体的抗液化强度,同时用设计地震资料计算地震动应力指标,比较两者大小,判别液化与否。研究人员采用的主要室内试验有:各种类型的循环三轴压缩试验、共振柱试验、循环剪切、循环扭剪、振动台、离心机模型试验。这类方法以Seed和Idriss提出的抗液化剪应力法为代表,还包括以后改进的一系列方法以及基于其基本思想提出的其他判别法。此类方法主要用于判别在大型建筑物地基中和土工结构物中的饱和砂土的液化。它可根据建筑物的具体形状、场地边界、排水条件等,在实验室中进行模拟,并根据实际经验对结果给予修正。此类方法存在取样困难、应力释放和试样应力状态与实际差异较大等缺陷。试验参数确定以及如何更好地模拟土体的现场情况是提高室内试验方法判别可靠度的关键。

3)经验对比法。根据宏观震害总结的经验,提出液化判别标准。例如Seed和水利水电工程地质勘察部门提出的相对密度判别法。

4)动力分析法。动力分析方法主要有等效线性总应力动力分析法和有效应力动力分析法2种。前者不考虑孔隙水压力的升高对土动力特性的影响,后者则反之。为了考虑土的非线性特性,主要采用有限元法评价土体的液化特性。动力分析方法适用于自由场地,也适用于判别重要建筑物地基中和土工结构中饱和土体液化(土体的受力状态和几何边界比较复杂,需要单独的试验研究和计算分析)。它综合考虑了地震动力特性、地形地质条件、荷载作用、边界条件等多种因素的影响,还可以研究地震过程中及以后液化区的发生、发展过程。动力分析方法需要由室内试验确定土的若干动力特性参数以及复杂的计算分析,因此在实际工程中应用较少,目前只在一些重大工程中适用。工程中多建议采用现场实验法,此种方法简便,且有操作性强,能够很好结合现有文献地震液化资料,通过现场试验、土动力试验以及经验公式得到液化指标。

2 土体液化地基处理措施

液化地基处理恰当与否,关系到整个工程的质量、投资和进度,其重要性已越来越多地被人们所认识。根据液化地基的影响,改善建、构筑物抗液化能力的方法也分为2类:一是处理地基,使其不液化;二是提高结构强度,降低液化的影响,如采用深基础穿透可液化土层等。在输电线路工程中,除沙漠地区外,一般线路可液化地基分布并不广,杆塔位不多,考虑工程外部条件和施工条件,强夯法和干振碎石桩法是首选的地基处理手段,当基础外缘较近范围内无重要构筑物且运输方便时,强夯法是最理想的地基处理方法。

2.1 强夯法

强夯法处理地基是20世纪60年代末Menard技术公司首先创立的,该方法将80~400 kN重锤从落距6耀40 m处自由落下(见图1),给地基以冲击和振动,从而提高地基土的强度并降低其压缩性。强夯法常用来加固碎石、砂土、粘性土、杂填土、湿隐性黄土等各类地基土。由于其具有设备简单、施工速度快、适用范围广、节约三材、效果显著等优点,经过20多年来的应用与发展,强夯法处理地基受到各国工程界的重视,并得以迅速推广,取得了较好的经济效益和社会效益。

由于强夯处理的对象(即地基土)非常复杂,一般认为不可能建立对各类地基土均适合的具有普遍意义的理论,但对地基处理中经常遇到的几种类型土,还是有规律可循的。实践证明,用强夯法加固地基,一定要根据现场的地质条件和工程要求,正确选用强夯参数,一般通过试验来确定以下强夯参数。

来源:电网与清洁能源
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