第八章地基基礎(chǔ)抗震

1、基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 工工 程程第第 8 章章地地 基基 基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 抗抗 震震內(nèi)容提要 地震成因地震成因 地震是地球內(nèi)部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，是一種自然現(xiàn)象，是地殼內(nèi)部或外部地震是地球內(nèi)部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，是一種自然現(xiàn)象，是地殼內(nèi)部或外部因素作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)的地質(zhì)現(xiàn)象。全世界每年大約發(fā)生因素作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)的地質(zhì)現(xiàn)象。全世界每年大約發(fā)生500多次地震，多次地震，絕大多數(shù)地震都很小，小地震約占一年中地震總數(shù)的絕大多數(shù)地震都很小，小地震約占一年中地震總數(shù)的99%，剩下的，剩下的1%才才是人們感覺到的，而現(xiàn)在造成嚴(yán)重破壞的大地震，全世界平均每年大約發(fā)是人們感覺到的，而現(xiàn)在造成嚴(yán)重破壞的大地震，全世界平均每年大約

2、發(fā)生生18次。地震按其成因可分為：構(gòu)造地震、火山地震、陷落地震和誘發(fā)地次。地震按其成因可分為：構(gòu)造地震、火山地震、陷落地震和誘發(fā)地震。震。 全球地殼由六大塊組成，即歐亞大陸、太平洋、美洲大陸、非洲大陸、全球地殼由六大塊組成，即歐亞大陸、太平洋、美洲大陸、非洲大陸、印澳與南極板塊。各大板塊內(nèi)還可以劃分為極小的板塊。由于地殼的緩慢印澳與南極板塊。各大板塊內(nèi)還可以劃分為極小的板塊。由于地殼的緩慢變形，各板塊之間發(fā)生頂撞、插入等突變、形成地殼振動(dòng)，即構(gòu)造地震，變形，各板塊之間發(fā)生頂撞、插入等突變、形成地殼振動(dòng)，即構(gòu)造地震，多發(fā)生在各板塊的邊緣或沿海的島嶼。我國(guó)的臺(tái)灣島和日本都位于大板塊多發(fā)生在各板塊的

3、邊緣或沿海的島嶼。我國(guó)的臺(tái)灣島和日本都位于大板塊的交接處，所以是多地震區(qū)域。的交接處，所以是多地震區(qū)域。地震波及其特征地震引起的震動(dòng)以波的形式從震源向各個(gè)方向傳播并釋放能量，這就是地震波。它包含在地球內(nèi)部傳播的體波和只限于在地球表面?zhèn)鞑サ拿娌ǎ且环N彈性波。 體波包括縱波與橫波兩種，縱波是由震源向外傳播的脹縮波，質(zhì)點(diǎn)的震動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向一致，從而使得介質(zhì)不斷的壓縮和疏松，也稱為壓縮波或疏密波。在空氣里縱波就是聲波。其特點(diǎn)表現(xiàn)為周期較短，振幅較小。橫波是由震源向外傳播的剪切波，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的震動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向相垂直，也稱剪切波。其周期較長(zhǎng)，振幅較大。還應(yīng)指出，橫波只能在固體里傳播，而縱波在固

4、體和液體里都能傳播。 地震波及其特征 縱波比橫波的傳播速度要快，在儀器觀測(cè)到的記錄圖上，縱波要先于橫波到達(dá)。一般也把縱波叫P波（即初波），把橫波叫S波（即次波）。體波在地球內(nèi)部的傳播速度隨深度的增加而增大。由于地球的層狀結(jié)構(gòu)，因此體波通過分層介質(zhì)，在界面上將產(chǎn)生折射和反射；當(dāng)一個(gè)P波入射到一個(gè)界面時(shí)，不但產(chǎn)生折射和反射的P波而且還發(fā)生折射和反射的S波，S波也是如此，此外，由震源發(fā)出的震動(dòng)首先通過巖層傳到基巖表面，然后再經(jīng)基巖以上的地層傳到地表面，在此過程中由于重復(fù)反射，地表面的震動(dòng)常常得到放大。地震的震級(jí)和烈度 1震級(jí) 地震強(qiáng)度通常用震級(jí)和烈度來(lái)反映。地震震級(jí)是地震固有的屬性，表示地震本身能量

5、大小的尺度，用符號(hào)M表示，其數(shù)值是根據(jù)地震儀記錄的地震波圖確定的。目前，國(guó)際上比較通用的是里氏震級(jí)，原始定義是在1935年由里克特（C. F. Richter）給出 震級(jí)表示一次地震釋放能量的多少，也是表示地震強(qiáng)度大小的指標(biāo)，所以一次地震只有一個(gè)震級(jí)。烈度 地震烈度是指地震時(shí)某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受到一次地震影響的強(qiáng)弱程度。一次同樣大小的地震，若震源深度、離震中的距離和土質(zhì)條件的因素不同，則對(duì)地面和建筑物的破壞也不相同。這時(shí)，若僅用地震震級(jí)來(lái)表示地震動(dòng)的強(qiáng)度，還不足以區(qū)別地面和建筑物破壞輕重的程度。雖然一次地震只有一個(gè)震級(jí)，但距離震中不同的地方，地震的影響是不一樣的，及地震烈度不同。一般

6、來(lái)說，離震中越近，地震影響越大，地震烈度越高；離震中越遠(yuǎn)，地震烈度越低。震中區(qū)的烈度稱為震中烈度，用I0表示。地震區(qū)場(chǎng)地特性1地震震害地震發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，將引起人們有震動(dòng)的感覺、自然和人工環(huán)境的變化，通常稱之為地震后的宏觀現(xiàn)象，?？筛爬樗念悾喝藗兊母杏X、人工結(jié)構(gòu)物的損壞、物體的反應(yīng)和自然狀態(tài)的變化。研究這些現(xiàn)象不僅可以理解地震作用本質(zhì)，更主要的是防止或減少地震所產(chǎn)生的破壞與人民生命財(cái)產(chǎn)的損失。所以人工結(jié)構(gòu)物的損壞，應(yīng)該說是最值得研究的宏觀現(xiàn)象。通過它的研究不僅能定性地理解地震現(xiàn)象，而且可以總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為制定和改進(jìn)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范以及制定抗震防災(zāi)對(duì)策措施提供依據(jù)。地震所帶來(lái)的破壞活動(dòng)主要表現(xiàn)在：

7、1）地基震害地基的主要破壞有：地基液化、震陷、山體崩裂、滑坡、地裂等現(xiàn)象。在地下水位較高地區(qū)，地震時(shí)的強(qiáng)烈震動(dòng)會(huì)使飽和粉細(xì)砂、細(xì)砂和粉土層液化，地下水夾著砂子往往經(jīng)裂隙或其他通道蹦出地面，形成噴砂冒水現(xiàn)象。產(chǎn)生液化的原因是由于地層短暫時(shí)間里，孔隙水壓力驟然上升來(lái)不及消散，有效應(yīng)力降至零，土體呈現(xiàn)出近乎液體的狀態(tài)，強(qiáng)度完全喪失，即所謂液化。地基液化能使建筑物產(chǎn)生大量的沉降、不均勻沉降及傾斜，埋在液化土層中的管道及地下罐等則會(huì)上浮。地震使地面產(chǎn)生巨大的附加沉降稱為震陷，多發(fā)生在松砂和軟粘土中，震陷不僅使建筑物產(chǎn)生過大沉降，而且產(chǎn)生較大的差異沉降和傾斜，影響建筑物的安全使用。地震時(shí)出現(xiàn)的地裂縫的數(shù)量

8、、長(zhǎng)短和深淺等與地震強(qiáng)度、受力特征有關(guān)，如唐山地震時(shí)，地面出現(xiàn)一條長(zhǎng)10km、水平錯(cuò)動(dòng)1.25m、垂直錯(cuò)動(dòng)0.6m的大地裂，錯(cuò)動(dòng)帶寬約2.5m，致使在該斷裂段內(nèi)的房屋、道路、地下管道等遭到及其嚴(yán)重的破壞，民用建筑幾乎全部倒塌。強(qiáng)烈的地震往往造成地面錯(cuò)動(dòng)、山體崩塌和滑坡泥石流等，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)堵塞河流，形成地震堰塞湖而使山河改觀。地震區(qū)場(chǎng)地特性 2）建筑物的典型震害 多層磚房的典型震害為外墻外閃、傾倒，縱橫墻墻面出現(xiàn)X裂縫，縱橫墻開裂和屋頂塌落等。 多高層鋼筋混凝土房屋的典型震害為梁柱節(jié)點(diǎn)破壞，柱子上混凝土保護(hù)層脫落，鋼筋外崩，呈燈籠狀，在箍筋數(shù)量不足時(shí)這種情況更加常見。鋼筋混凝土墻的破壞形態(tài)與磚墻

9、差不多，但其裂縫比較分散且寬度較窄。場(chǎng)地因素建筑場(chǎng)地的地形條件、地質(zhì)構(gòu)造、地下水位等對(duì)地震災(zāi)害的程度有顯著的影響。我國(guó)多次地震災(zāi)害調(diào)查表明，局部地形條件對(duì)地震時(shí)建筑物的破壞有較大的影響。一般當(dāng)局部地形高差大于30-50m時(shí)，震害就會(huì)有明顯的差異，位于高處的建筑物震害加重。1920年寧夏海原發(fā)生8.5級(jí)地震時(shí)，處于渭河谷地姚莊的烈度為7度，而2km外的牛家山莊因位于高出百米的黃土梁上，其烈度則達(dá)9度。綜上所述，孤立突出的山梁、山包、條狀山嘴、高差較大的臺(tái)地、陡坡等，均對(duì)建筑物的抗震不利。 斷層是地質(zhì)構(gòu)造的薄弱環(huán)節(jié)，可將其分為發(fā)震斷層和非發(fā)震斷層，前者為具有潛在地震活動(dòng)的斷層，后者在地震作用下不會(huì)

10、產(chǎn)生新的錯(cuò)動(dòng)。地震時(shí)，發(fā)震斷層附件地表可能發(fā)生新的錯(cuò)動(dòng)，若在其上修建建筑物必招致嚴(yán)重破壞。因此在具體進(jìn)行場(chǎng)地布置時(shí)，不宜將建筑物橫跨在斷層上，以免可能發(fā)生的錯(cuò)動(dòng)和不均勻沉降帶來(lái)危害。 地震對(duì)建筑物的危害程度與地下水位有明顯關(guān)系，水位越淺震害越重。地下水位深度在5m以內(nèi)時(shí)，對(duì)震害影響最明顯，當(dāng)?shù)叵滤惠^深時(shí)影響較小。對(duì)于不同類別的地基土，地下水位的影響程度也有差別。例如軟弱土層（粉砂、細(xì)砂、淤泥質(zhì)土等）影響程度最大，對(duì)粘性土影響次之，對(duì)碎石、角礫等影響較小。場(chǎng)地類別和場(chǎng)地選擇場(chǎng)地選擇 工程地質(zhì)條件不同，建筑物在地震中的破壞程度也明顯不同。合理選擇建筑場(chǎng)地將會(huì)大大減輕地震災(zāi)害。影響建筑震害的地震動(dòng)

11、參數(shù)的場(chǎng)地因素很多，其中包括局部地形、地質(zhì)構(gòu)造、地基土質(zhì)等，影響的方式也各不相同。一般認(rèn)為，對(duì)抗震有利的地段系指地震時(shí)地面無(wú)殘余變形的堅(jiān)硬土或開闊平坦密實(shí)均勻的中硬土范圍或地區(qū)；而不利地段為可能產(chǎn)生明顯的地基變形或失效的某一范圍或地區(qū)；危險(xiǎn)地段指可能發(fā)生嚴(yán)重的地面殘余變形的某一范圍或地區(qū)?？拐鹨?guī)范中將場(chǎng)地劃分為有利、不利和危險(xiǎn)地段的具體標(biāo)準(zhǔn)如表8-5所示。地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)基本原則抗震設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹“預(yù)防為主”的方針，并力爭(zhēng)做到“小震不壞，中震可修、大震不倒”的設(shè)防要求。當(dāng)遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，建筑物

12、可受損壞，但經(jīng)一般修理即可恢復(fù)正常使用；當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，建筑物不致倒塌或發(fā)生危及生命安全的嚴(yán)重破壞。為了提高建筑物的抗震能力，在建筑規(guī)劃上應(yīng)合理布局，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“簡(jiǎn)、勻、輕、牢”的原則，同時(shí)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求。 盡量選擇有利地段，如開闊平坦的堅(jiān)硬場(chǎng)地土或密實(shí)均勻的中硬場(chǎng)地土等地段；避開不利地段，如軟弱場(chǎng)地土、易液化場(chǎng)地土等，如無(wú)法避開時(shí)宜采用適當(dāng)?shù)目拐鸫胧欢坏迷谖ｋU(xiǎn)地段進(jìn)行建設(shè)。 地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)在整個(gè)建筑物中一般是剛性比較大的部分，又因處于建筑物的最低部位，周圍還有土層的限制，因而振幅較小，故基礎(chǔ)本身受到的震害總是較輕的。加強(qiáng)基礎(chǔ)的防震性能

13、目的主要是減輕上部結(jié)構(gòu)的震害。加大基礎(chǔ)埋深可以增加基礎(chǔ)側(cè)面土體對(duì)振動(dòng)的抑制作用，從而減少建筑物的振幅，有條件時(shí)可建造地下室，地下室內(nèi)易設(shè)置內(nèi)橫墻，并應(yīng)切實(shí)做好基槽的回填夯實(shí)工作。唐山地震后，凡有地下室的房屋，上部結(jié)構(gòu)破壞均較輕，開灤煤礦地下車庫(kù)和地下水電系統(tǒng)在震后仍可照常使用，在救災(zāi)工作中發(fā)揮了巨大作用。 軟土上的基礎(chǔ)以整體性較好的筏板基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)或十字交叉條形基礎(chǔ)較為理想。對(duì)于內(nèi)框架結(jié)構(gòu)，柱下宜采用剛度較大的墻式條基。平面布置上應(yīng)盡可能使基礎(chǔ)連續(xù)而不間斷，并力求取直以防扭斷。也可采取加固措施，消除或減少軟土的震陷或可液化地基產(chǎn)生的不均勻沉降。天然地基與基礎(chǔ)的抗震驗(yàn)算1不進(jìn)行天然地基與基礎(chǔ)抗

14、震驗(yàn)算的建筑根據(jù)對(duì)我國(guó)多次強(qiáng)地震中建筑遭受破壞資料的分析，下列在天然地基上的各類建筑極少產(chǎn)生由于地基破壞而引起的結(jié)構(gòu)破壞，故可不進(jìn)行地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算。1）規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的建筑。2）地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱黏性土層的下列建筑：一般的單層廠房和單層空曠房屋；砌體房屋；不超過8層且高度在24m以下的一般民用框架和框架-抗震墻房屋；基礎(chǔ)荷載與項(xiàng)相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗震墻房屋。注：軟弱黏性土層指7度、8度和9度時(shí)，地基承載力特征值分別小于80、100和120kPa的土層。液化土地基抗震設(shè)計(jì) 液化的判別 當(dāng)建筑物的地基有飽和砂土或飽和粉土?xí)r，也經(jīng)過勘察試驗(yàn)預(yù)測(cè)其

15、在未來(lái)地震時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)液化，并確定是否需要采取相應(yīng)的抗液化措施。規(guī)范規(guī)定當(dāng)基本烈度為6度時(shí)，一般情況下可不進(jìn)行判別和處理，但對(duì)液化沉陷敏感的乙類建筑可按7度的要求進(jìn)行判別和處理，當(dāng)基本烈度在7-9度時(shí)，乙類建筑可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求進(jìn)行判別和處理。液化指數(shù)和液化等級(jí) 為了衡量液化場(chǎng)地的危害程度，規(guī)范規(guī)定對(duì)于存在液化土層的地基，應(yīng)在探明各液化土層的深度和厚度后，確定液化場(chǎng)地的液化指數(shù)，然后再根據(jù)液化指數(shù)來(lái)劃分場(chǎng)地的液化等級(jí)，以反映場(chǎng)地液化可能造成的危害程度。一般來(lái)說，液化指數(shù)越大，場(chǎng)地的噴水冒砂情況和建筑物的液化危害就越嚴(yán)重。其分級(jí)結(jié)果及相應(yīng)震害情況見表8-7所示?？梢夯鼗目拐鸫胧?1

16、）全部消除地基液化沉陷的措施，應(yīng)符合下列要求：采用樁基時(shí)，樁端伸入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長(zhǎng)度（不包括樁尖部分），應(yīng)按計(jì)算確定，且對(duì)碎石土，礫、粗、中砂，堅(jiān)硬黏性土和密實(shí)粉土尚不應(yīng)小于0.8m，對(duì)其他非巖石土尚不宜小于1.5m。采用深基礎(chǔ)時(shí)，基礎(chǔ)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。采用加密法（如振沖、振動(dòng)加密、擠密碎石樁、強(qiáng)夯等）加固時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)不宜小于規(guī)范規(guī)定的液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值。用非液化土替換全部液化土層，或增加上覆非液化土層的厚度。采用加密法或換土法處理時(shí)，在基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)超過基礎(chǔ)底

17、面下處理深度的1/2且不小于基礎(chǔ)寬度的1/5。2）部分消除地基液化沉陷的措施，應(yīng)符合下列要求：處理深度應(yīng)使處理后的地基液化指數(shù)減少，其值不宜大于5；大面積筏基、箱基的中心區(qū)域，處理后的液化指數(shù)可比上述規(guī)定降低1；對(duì)獨(dú)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)寬度的較大值。（中心區(qū)域指位于基礎(chǔ)外邊界以內(nèi)沿長(zhǎng)寬方向距外邊界大于相應(yīng)方向l/4長(zhǎng)度的區(qū)域）采用振沖或擠密碎石樁加固后，樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)不宜小于按規(guī)范規(guī)定的液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值?；A(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)符合規(guī)范的要求。采取減小液化震陷的其他方法，如增厚上覆非液化土層的厚度和改善周邊的排水條件等。3）減輕液化影

18、響的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，可綜合采用下列各項(xiàng)措施：選擇合適的基礎(chǔ)埋置深度。調(diào)整基礎(chǔ)底面積，減少基礎(chǔ)偏心。加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛度，如采用箱基、筏基或鋼筋混凝土交叉條形基礎(chǔ)，加設(shè)基礎(chǔ)圈梁等。減輕荷載，增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體剛度和均勻?qū)ΨQ性，合理設(shè)置沉降縫，避免采用對(duì)不均勻沉降敏感的結(jié)構(gòu)形式等。管道穿過建筑處應(yīng)預(yù)留足夠尺寸或采用柔性接頭等。軟土地基與不均勻地基抗震設(shè)計(jì)1軟土地基的抗震設(shè)計(jì)當(dāng)建筑物地基主要受力層范圍內(nèi)存在軟弱粘性土層時(shí)，由于其允許承載力低，壓縮性大，因此房屋的不均勻沉降也大。如設(shè)計(jì)不周，就會(huì)造成建筑物的大量下沉，從而引起上部結(jié)構(gòu)的破壞和開裂，地震時(shí)這種破壞會(huì)更加嚴(yán)重，為了保證建筑物的安全，首先應(yīng)做好靜力條件下的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，然后再結(jié)合場(chǎng)地土的具體情況，經(jīng)過對(duì)軟土地基的綜合分析后，再考慮采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?。軟土地基可采用的抗震措施有樁基、地基加固處理或減輕液化對(duì)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的影響，也可根據(jù)軟土震陷量的估算而采取相應(yīng)的抗震措施。采用樁基，如軟弱粘性土層不厚時(shí)，樁基應(yīng)穿過軟弱土層，進(jìn)入