第2章場地與地基

Tel-mail:gyhlhl@163.comQQ:329953890管友海中國石油大學（華東）儲建學院土木工程系

結構抗震專題研討（一）建房如何選擇宅基地？32.1場地劃分與場地區(qū)劃

建筑物震害除與地震類型、結構類型等有關外，還與其下臥層的構成、覆蓋層厚度密切相關：房屋倒塌率隨土層厚度的增加而加大；比較而言，軟弱場地上的建筑物震害一般重于堅硬場地。第二章場地與地基42.1.1場地的地震效應場地土對于從基巖傳來的地震波具有放大和濾波作用：在地震波通過覆蓋土層傳向地表的過程中，與土層固有周期相一致的一些頻率波群將被放大，而另一些頻率波群將被衰減甚至被完全過濾掉。建筑物的固有周期與地震動的卓越周期相接近時震害加重。地震動的卓越周期：地震波中，振幅譜幅值最大的頻率分量所對應的周期。堅硬土層上的剛性建筑、軟弱土上的柔性建筑破壞嚴重。多層土的地震效應主要取決于三個基本因素：覆蓋土層厚度、土層剪切波速、巖土阻抗比。52.1.1覆蓋層厚度《抗震規(guī)范》第4.1.4條規(guī)定：

1）一般情況下，應按地面至剪切波速大于500m/s且其下臥各層巖土的剪切波速均不小于500m／s的土層頂面的距離確定。

2）當地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土層剪切波速2.5倍的土層，且該層及其下臥各層巖土的剪切波速均不小于400m/s時，可按地面至該土層頂面的距離確定。

3）剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應視同周圍土層。4）土層中的火山巖硬夾層，應視為剛體，其厚度應從覆蓋土層中扣除。

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場地覆蓋層厚度的影響

震害一般隨場地覆蓋層厚度的增加而加重；房屋的破壞率隨著場地覆蓋層厚度的增加而升高，覆蓋層厚度超出一定范圍后破壞率變化不大?！菊鸷嵗?/p>

1923年日本關東大地震中，木結構房屋的破壞率明顯隨著沖積層厚度的增加而加重；

1967年委內瑞拉地震，同一地區(qū)不同覆蓋層上的震害明顯差異，9～12層的房屋在沖積層上的破壞率高；

1976年唐山地震時，市區(qū)西南部基巖深度達500～800m，房屋倒塌率近100％，而市區(qū)東北部大城山一帶，則因覆蓋層較薄，多數廠房（如422水泥廠、唐山鋼廠、建筑陶瓷廠等）雖然也位于極震區(qū)，但房屋倒塌率僅為50％。7

場地影響的最典型實例——墨西哥地震

1985.9.19墨西哥地震，M＝8.1，震源位于海底40km，墨西哥城距震中400km，嚴重的震害主要集中在高層建筑（包括一些鋼結構房屋）和長周期結構，而低層砌體和填充墻框架的破壞較輕。

軟土場地的卓越周期與十幾層的高層建筑的自振周期比較接近，從而出現共振現象，使數百棟高層建筑遭到嚴重破壞或倒塌。

軟土上摩擦樁的損壞。此次地震中不少磨擦樁產生突然的不均勻沉降與傾斜、甚至傾覆。【概況】【原因】8圖2-2湖泊沉積層(1-3)和基巖(4-6)加速度反應譜圖2-3房屋毀壞92.1.3場地的類別《抗震規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定：

建筑的場地類別，應根據土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度按表2-1劃分為四類，其中Ⅰ類分為Ⅰ0、Ⅰ1兩個亞類。當有可靠的剪切波速和覆蓋層厚度且其值處于表2-1所列場地類別的分界線附近時，應允許按插值方法確定地震作用計算所用的特征周期。10巖石的剪切波速或土的等效剪切波速(m/s)場

地

類

別Ⅰ0Ⅰ1ⅡⅢⅣυS＞8000800≥υS＞5000500≥υS＞250＜5≥5250≥υS＞150＜33～50＞50υS≤150＜33～1515～50＞80表2-1各類建筑場地的覆蓋層厚度(m)11式中：υse——土層等效剪切波速(m/s)；

d0——計算深度(m)，取覆蓋層厚度和20m兩者的較小值；

t——剪切波在地面至計算深度之間的傳播時間；

di——計算深度范圍內第i土層的厚度(m)；

υsei—一計算深度范圍內第i土層的剪切波速(m／s)；

n——計算深度范圍內土層的分層數。12土的類型巖土名稱和性狀土層剪切波速范圍(m/s)巖石堅硬、較硬且完整的巖石υS＞800堅硬土或軟質巖石破碎和較破碎的巖石或軟和較軟的巖石，密實的碎石土800≥υS＞500中硬土中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂，fak>150的黏性土和粉土，堅硬黃土500≥υS＞250中軟土稍密的礫、粗、中砂，除松散外的細、粉砂，fak≤150的黏性土和粉土，fak＞130的填土，可塑新黃土250≥υS＞150軟弱土淤泥和淤泥質土，松散的砂，新近沉積的黏性土和粉土，fak≤130的填土，流塑黃土υS≤150

對丁類建筑及丙類建筑中層數不超過10層、高度不超過24m的多層建筑，當無實測剪切波速時，可根據巖土名稱和性狀，按表2-2劃分土的類型，再利用當地經驗在表2-2的剪切波速范圍內估算各土層的剪切波速。

表2-2土的類型劃分和剪切波速范圍13

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15

162.1.4場地區(qū)劃與綜合評價場地區(qū)劃的基本方法與過程是：(1)收集城區(qū)范圍內的工程地質、水文地質、地震地質資料；(2)依據上述資料做出所考慮區(qū)域的控制剖面圖，視具體情況適當補充進行工程地質勘探和剪切波速測試工作；(3)按照鉆孔地質資料統(tǒng)計，給出不同類別土的剪切波速隨深度變化的經驗關系；(4)依據控制剖面圖和剪切波速經驗關系，計算控制點的淺層巖土（地表下20m）等效剪切波速，并決定各控制點覆蓋層厚度；(5)根據等效剪切波速和覆蓋層厚度對城區(qū)范圍內的場地做出小區(qū)劃分。17地段類別地質、地形、地貌有利地段穩(wěn)定基巖，堅硬土，開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等一般地段不屬于有利、不利和危險的地段不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（含故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黃土，地表存在結構性裂縫等危險地段地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地箔、地裂、混石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表位錯的部位《抗震規(guī)范》第3.3.1條規(guī)定：選擇建筑場地時，應根據工程需要和地震活動情況、工程地質和地震地質的有關資料，對抗震有利、一般、不利和危險地段做出綜合評價。對不利地段，應提出避開要求；當無法避開時應采取有效的措施。對危險地段，嚴禁建造甲、乙類的建筑，不應建造丙類的建筑。表2-3有利、一般、不利和危險地段的劃分18

場地內存在發(fā)震斷裂時，應對斷裂的工程影響進行評價，并應符合下列要求：對符合下列規(guī)定之一的情況，可忽略發(fā)震斷裂錯動對地面建筑的影響：1）抗震設防烈度小于8度；

2）非全新世活動斷裂；

3）抗震設防烈度為8度和9度時，隱伏斷裂的土層覆蓋厚度分別大于60m和90m。2.對不符合本條1款規(guī)定的情況，應避開主斷裂帶。其避讓距離不宜小于下表對發(fā)震斷裂最小避讓距離的規(guī)定。__200m400m

專門研究9__100m200m

專門研究8

丁

丙

乙

甲建筑抗震設防類別烈度表2-4發(fā)震斷裂的最小避讓距離(m)19地段選擇1.選擇有利地段；2.避開不利地段，當無法避開時，應采取適當的抗震措施；3.不在危險地段建設。局部突出地形的影響1994年云南昭通地震，蘆家灣某村坐落于山梁上，山梁長150m，頂部最寬15m，最窄5m，高60m.距震中18km。突出端部的最大加速度為0.632g,鞍部為0.257g，大山根部為0.431g。烈度為9度烈度為8度烈度為7度202.2地基抗震驗算

地基在地震作用下的穩(wěn)定性對基礎及上部結構的內力分布是比較敏感的，因此確保地震時地基基礎能夠承受上部結構傳下來的豎向和水平地震作用以及傾覆力矩而不發(fā)生過大變形和不均勻沉降是地基基礎抗震設計的基本要求。一、天然地基的震害特點1.高壓縮性飽和軟粘土和承載力較低的淤泥質土在地震中產生不同程度的震陷，造成上部結構的傾斜或破壞；2.雜填土、回填土和沖填土等松軟填土地基，土質松軟且承載力較低，易產生沉陷，使結構開裂；3.溝、坑、古河道、坡地半挖半填等非勻質地基在地震中的不均勻沉降或地裂縫引起上部結構破壞。21二.天然地基的抗震措施1.軟弱粘性土地基采用樁基，地基加固；2.雜填土地基換土夯實；地基加固；3.不均勻地基綜合建筑體型、荷載、烈度、結構類型等采取合理的結構布局、地基抗震措施。地基加固處理方法換土墊層法重錘夯實法擠密樁法沉井預壓法22三、地基基礎抗震設計1）同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土層上；2)同一結構單元不宜部分采用天然地基部分采用樁基；當采用不同基礎類型或基礎埋深顯著不同時，應根據地震時兩部分地基基礎的沉降差異，在基礎、上部結構的相關部位采取相應措施。3)地基為軟弱黏性土、液化土、新近填土成嚴重不均勻土時，應根據地震時地基不均勻沉降和其他不利影響，采取相應的措施。

地基基礎抗震設計是通過選擇合理的基礎體系和抗震驗算來保證其抗震能力的。1.地基基礎抗震設計的一般要求232.可不進行地基基礎抗震驗算的范圍《抗震規(guī)范》第4.2.1條規(guī)定：下列建筑可不進行天然地基及基礎的抗震承載力驗算：

1）《抗震規(guī)范》規(guī)定可不進行上部結構抗震驗算的建筑。

2）地基主要受力層范圍內不存在軟弱黏性土層的下列建筑：（1)-般的單層廠房和單層空曠房屋；（2)砌體房屋；（3)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；（4)基礎荷載與（3）項相當的多層框架廠房和多層混凝土抗震墻房屋。24式中faE---調整后的地基抗震承載力設計值

---地基抗震承載力調整系數fa-----深寬修正后的地基承載力特征值，按《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007采用2.2.2地基土抗震承載力專題研討（二）地基抗震承載力調整系數應該>1還是<1?為什么地基的抗震承載力大于靜承載力？如何修正地基承載力特征值？26式中faE---調整后的地基抗震承載力設計值

---地基抗震承載力調整系數fa-----深寬修正后的地基承載力特征值，按《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007采用1.0淤泥，淤泥質土，松散的砂，雜填土，新近堆積黃土及流塑黃土1.1稍密的細、粉砂，lOOkPa≤fak＜150kPa的黏性土和粉土，可塑黃土1.3中密、稍密的碎石土，中密和稍密的礫、粗、中砂，密實和中密的細、粉砂，150kPa≤，fak＜300kPa的黏性土和粉土，堅硬黃土1.5巖石，密實的碎石土，密實的礫、粗、中砂，fak≥300的黏性土和粉土

巖土名稱和性狀表2-5地基土抗震承載力調整系數2.2.2地基土抗震承載力27地基抗震承載力在靜力設計承載力基礎上調整。

調整的出發(fā)點：1）地震作用下只考慮地基土的彈性變形而不考慮永久變形2）多數土在有限次的動載下強度較靜載下較高。2.2.2地基土抗震承載力282.2.3地基抗震驗算采用“擬靜力法”

規(guī)范規(guī)定：基礎底面平均壓力和邊緣最大壓力應符合下式要求式中p----基礎底面平均壓力（kPa)pmax—基礎底面邊緣最大壓力(kPa)faE---地基土抗震允許承載力

高寬比大于4的高層建筑，在地震作用下基礎底面不宜出現脫離區(qū)（零應力區(qū)）；其他建筑，基礎底面與地基土之間脫離區(qū)（零應力區(qū)）面積不應超過基礎底面面積的15%。292.3地基土液化及其防治一.場地土的液化現象與震害

地震時，飽和砂土和粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移，顆粒結構趨于壓密，顆粒間孔隙水來不及排泄而受到擠壓，因而使孔隙水壓力急劇增加。當孔隙水壓力上升到與土顆粒所受到的總的正壓應力接近或相等時，土粒之間因摩擦產生的抗剪能力消失，土顆粒便形同“液體”一樣處于懸浮狀態(tài)，形成所謂液化現象。液化的宏觀標志是在地表出現噴砂冒水。30液化使建筑物產生下列震害：1.地面開裂下沉使建筑物產生過度下沉或整體傾斜；2.不均勻沉降引起建筑物上部結構破壞，使梁板等水平構件及其節(jié)點破壞，使墻體開裂和建筑物體形變化處開裂；3.室內地坪上鼓、開裂，設備基礎上浮或下沉。影響場地土液化的主要因素：1.土層的地質年代；2.土層的土粒的組成和密實程度；3.砂土層埋置深度和地下水位深度；4.地震烈度和地震持續(xù)時間。31二.液化判別與危害程度估計1、液化判別和處理的一般原則：

《抗震規(guī)范》第4.3.1條規(guī)定：飽和砂土和飽和粉土（不含黃土）的液化判別和地基處理，6度時，一般情況下可不進行判別和處理，但對液化沉陷敏感的乙類建筑可按7度的要求進行判別和處理，7～9度時，乙類建筑可按本地區(qū)抗震設防烈度的要求進行判別和處理。

《抗震規(guī)范》第4.3.2條規(guī)定：地面下存在飽和砂土和飽和粉土時，除6度外，應進行液化判別；存在液化土層的地基，應根據建筑的抗震設防類別、地基的液化等級，結合具體情況采取相應的措施。

地基土液化判別過程可以分為初步判別和標準貫入試驗判別兩大步驟。32332、液化判別和危害性估計方法

對一般工程項目砂土或粉土液化判別及危害程度估計可按以下步驟進行：1）初判

以地質年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土層厚度等作為判斷條件。

飽和的砂土或粉土（不含黃土）)當符合下列條件之一時，可初步判別為不液化或可以不考慮液化影響：(1)地質年代為第四紀晚更新世(Q3)及其以前且設防烈度為7、8度時可判為不液化。(2)粉土的黏粒（粒徑小于0.005mm的顆粒）含量百分率（%），當烈度為7度、8度、9度時分別大于10、13、16時，可判為不液化。34（3）淺埋天然地基的建筑，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：---上覆非液化土層厚度（m)，計算時宜將淤泥和淤泥質土層扣除；---基礎埋置深度(m),不超過2m時采用2m；---地下水位深度（m)，宜按建筑使用期內年平均最高水位采用，也可按近期內年最高水位采用；---液化土特征深度（m)，按右表采用。9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別35---上覆非液化土層厚度；---基礎埋置深度(m)；---地下水位深度（m)；---液化土特征深度(m).上面判別式（db=2)亦可用下圖表示：1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)砂土1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)粉土7度9度8度7度8度9度db>2時，在du、dw中減去（db-2)后再查圖確定。36查液化土特征深度表解：按判別式確定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別不滿足判別式，需要進一步判別是否考慮液化影響。例

圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為沙土，地下水位深度為dw=6m.基礎埋深db=2.5m,

該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m37例

圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為沙土，地下水位深度為dw=6m.基礎埋深db=2.5m,

該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：按土層液化判別圖確定

需要進一步判別是否考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)砂土7度8度9度382）細判采用標準貫入試驗判別

鉆孔至試驗土層上15cm處,用63.5公斤穿心錘，落距為76cm，打擊土層，打入30cm所用的錘擊數記作N63.5，稱為標貫擊數。用N63.5與規(guī)范規(guī)定的臨界值Ncr比較來確定是否會液化。1---穿心錘2---錘墊3---觸探桿4---貫入器頭5---出水孔6---貫入器身7---貫入器靴39規(guī)范規(guī)定當飽和可液化土的標貫擊數N63.5的值小于Ncr值時，判為液化，否則判為不液化。---地下水位深度（m)---飽和土標準貫入試驗點深度（m)---液化判別標準貫入錘擊數基準值，按下表采用。---粘粒含量百分率，當小于3或是砂土時，均應取3。

設計基本地震加速度(g)0.100.150.200.300.40液化判別標準貫人錘擊數基準值710121619403.液化場地危害程度的確定采用土層柱狀液化等級判定。---判別深度內每一個鉆孔標準貫入試驗點總數；---分別為i點標準貫入錘擊數的實測值和臨界值，當實測值大于臨界值時取臨界值的取值；---第i點所代表的土層厚度（m)；可采用與該標準貫入點相鄰的上、下兩標準貫入點深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度。---i土層單位土層厚度的層位影響權函數值。當該層中點深度不大于5m時應采用10，等于20m時應采用零值，5～20m時應按線性內插法取值。液化指數41由液化指數，按下表確定液化等級液化等級與相應的震害液化等級

地面噴水冒砂情況

對建筑物的危害情況輕微地面無噴水冒砂，或僅在洼地、訶邊有零星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明顯的震害中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重均有，多數屬中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有時不均勻沉陷可達200mm嚴重一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結構可能產生不允許的傾斜液化等級輕微中等嚴重液化指數IlE0＜IlE≤66＜IlE≤18IlE＞1842專題研討（三）何謂沙土液化？影響土層液化的主要因素是什么？如何進行地基土液化判別?上臺講解【例2-2】。44【例2-2】某工程按8度設防，其工程地質年代屬Q4，鉆孔資料自上向下為：砂土層至2.1m，砂礫層至4.4m，細砂層至8.0m，粉質粘土層至15m；砂土層及細砂層粘粒含量均低于8%；地下水位深度1.0m；基礎埋深1.5m；設計地震場地分組屬于