1、基基 礎礎 工工 程程第第 8 章章地地 基基 基基 礎礎 抗抗 震震內容提要 地震成因地震成因 地震是地球內部構造運動的產物，是一種自然現象，是地殼內部或外部地震是地球內部構造運動的產物，是一種自然現象，是地殼內部或外部因素作用下產生強烈震動的地質現象。全世界每年大約發(fā)生因素作用下產生強烈震動的地質現象。全世界每年大約發(fā)生500多次地震，多次地震，絕大多數地震都很小，小地震約占一年中地震總數的絕大多數地震都很小，小地震約占一年中地震總數的99%，剩下的，剩下的1%才才是人們感覺到的，而現在造成嚴重破壞的大地震，全世界平均每年大約發(fā)是人們感覺到的，而現在造成嚴重破壞的大地震，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，即構造地震，變形，各板塊之間發(fā)生頂撞、插入等突變、形成地殼振動，即構造地震，多發(fā)生在各板塊的邊緣或沿海的島嶼。我國的臺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。我國的臺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以波的形式從震源向各個方向傳播并釋放能量，這就是地震波。它包含在地球內部傳播的體波和只限于在地球表面?zhèn)鞑サ拿娌?，是一種彈性波。 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，質點的震動方向與波的前進方向一致，從而使得介質不斷的壓縮和疏松，也稱為壓縮波或疏密波。在空氣里縱波就是聲波。其特點表現為周期較短，振幅較小。橫波是由震源向外傳播的剪切波，介質質點的震動方向與波的前進方向相垂直，也稱剪切波。其周期較長，振幅較大。還應指出，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，在儀器觀測到的記錄圖上，縱波要先于橫波到達。一般也把縱波叫P波（即初波），把橫波叫S波（即次波）。體波在地球內部的傳播速度隨深度的增加而增大。由于地球的層狀結構，因此體波通過分層介質，在界面上將產生折射和反射；當一個P波入射到一個界面時，不但產生折射和反射的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)出的震動首先通過巖層傳到基巖表面，然后再經基巖以上的地層傳到地表面，在此過程中由于重復反射，地表面的震動常常得到放大。地震的震級和烈度 1震級 地震強度通常用震級和烈度來反映。地震震級是地震固有的屬性，表示地震本身能量

5、大小的尺度，用符號M表示，其數值是根據地震儀記錄的地震波圖確定的。目前，國際上比較通用的是里氏震級，原始定義是在1935年由里克特（C. F. Richter）給出 震級表示一次地震釋放能量的多少，也是表示地震強度大小的指標，所以一次地震只有一個震級。烈度 地震烈度是指地震時某一地區(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條件的因素不同，則對地面和建筑物的破壞也不相同。這時，若僅用地震震級來表示地震動的強度，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震級，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、來說，離震中越近，地震影響越大，地震烈度越高；離震中越遠，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)場地特性1地震震害地震發(fā)生時及發(fā)生后，將引起人們有震動的感覺、自然和人工環(huán)境的變化，通常稱之為地震后的宏觀現象，?？筛爬樗念悾喝藗兊母杏X、人工結構物的損壞、物體的反應和自然狀態(tài)的變化。研究這些現象不僅可以理解地震作用本質，更主要的是防止或減少地震所產生的破壞與人民生命財產的損失。所以人工結構物的損壞，應該說是最值得研究的宏觀現象。通過它的研究不僅能定性地理解地震現象，而且可以總結經驗教訓，為制定和改進抗震設計規(guī)范以及制定抗震防災對策措施提供依據。地震所帶來的破壞活動主要表現在：

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、地裂等現象。在地下水位較高地區(qū)，地震時的強烈震動會使飽和粉細砂、細砂和粉土層液化，地下水夾著砂子往往經裂隙或其他通道蹦出地面，形成噴砂冒水現象。產生液化的原因是由于地層短暫時間里，孔隙水壓力驟然上升來不及消散，有效應力降至零，土體呈現出近乎液體的狀態(tài)，強度完全喪失，即所謂液化。地基液化能使建筑物產生大量的沉降、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上浮。地震使地面產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生過大沉降，而且產生較大的差異沉降和傾斜，影響建筑物的安全使用。地震時出現的地裂縫的數量

8、、長短和深淺等與地震強度、受力特征有關，如唐山地震時，地面出現一條長10km、水平錯動1.25m、垂直錯動0.6m的大地裂，錯動帶寬約2.5m，致使在該斷裂段內的房屋、道路、地下管道等遭到及其嚴重的破壞，民用建筑幾乎全部倒塌。強烈的地震往往造成地面錯動、山體崩塌和滑坡泥石流等，嚴重時還會堵塞河流，形成地震堰塞湖而使山河改觀。地震區(qū)場地特性 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)點破壞，柱子上混凝土保護層脫落，鋼筋外崩，呈燈籠狀，在箍筋數量不足時這種情況更加常見。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。場地因素建筑場地的地形條件、地質構造、地下水位等對地震災害的程度有顯著的影響。我國多次地震災害調查表明，局部地形條件對地震時建筑物的破壞有較大的影響。一般當局部地形高差大于30-50m時，震害就會有明顯的差異，位于高處的建筑物震害加重。1920年寧夏海原發(fā)生8.5級地震時，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、高差較大的臺地、陡坡等，均對建筑物的抗震不利。 斷層是地質構造的薄弱環(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的斷層，后者在地震作用下不會

10、產生新的錯動。地震時，發(fā)震斷層附件地表可能發(fā)生新的錯動，若在其上修建建筑物必招致嚴重破壞。因此在具體進行場地布置時，不宜將建筑物橫跨在斷層上，以免可能發(fā)生的錯動和不均勻沉降帶來危害。 地震對建筑物的危害程度與地下水位有明顯關系，水位越淺震害越重。地下水位深度在5m以內時，對震害影響最明顯，當地下水位較深時影響較小。對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、細砂、淤泥質土等）影響程度最大，對粘性土影響次之，對碎石、角礫等影響較小。場地類別和場地選擇場地選擇 工程地質條件不同，建筑物在地震中的破壞程度也明顯不同。合理選擇建筑場地將會大大減輕地震災害。影響建筑震害的地震動

11、參數的場地因素很多，其中包括局部地形、地質構造、地基土質等，影響的方式也各不相同。一般認為，對抗震有利的地段系指地震時地面無殘余變形的堅硬土或開闊平坦密實均勻的中硬土范圍或地區(qū)；而不利地段為可能產生明顯的地基變形或失效的某一范圍或地區(qū)；危險地段指可能發(fā)生嚴重的地面殘余變形的某一范圍或地區(qū)?？拐鹨?guī)范中將場地劃分為有利、不利和危險地段的具體標準如表8-5所示。地基基礎抗震設計基本原則抗震設計應貫徹“預防為主”的方針，并力爭做到“小震不壞，中震可修、大震不倒”的設防要求。當遭受低于本地區(qū)設防烈度的多遇地震影響時，建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用；當遭受相當于本地區(qū)設防烈度的地震影響時，建筑物

12、可受損壞，但經一般修理即可恢復正常使用；當遭受高于本地區(qū)設防烈度的罕遇地震影響時，建筑物不致倒塌或發(fā)生危及生命安全的嚴重破壞。為了提高建筑物的抗震能力，在建筑規(guī)劃上應合理布局，上部結構設計應遵循“簡、勻、輕、牢”的原則，同時地基基礎設計應符合下列要求。 盡量選擇有利地段，如開闊平坦的堅硬場地土或密實均勻的中硬場地土等地段；避開不利地段，如軟弱場地土、易液化場地土等，如無法避開時宜采用適當的抗震措施；而不得在危險地段進行建設。 地基基礎抗震設計 基礎在整個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，故基礎本身受到的震害總是較輕的。加強基礎的防震性能

13、目的主要是減輕上部結構的震害。加大基礎埋深可以增加基礎側面土體對振動的抑制作用，從而減少建筑物的振幅，有條件時可建造地下室，地下室內易設置內橫墻，并應切實做好基槽的回填夯實工作。唐山地震后，凡有地下室的房屋，上部結構破壞均較輕，開灤煤礦地下車庫和地下水電系統(tǒng)在震后仍可照常使用，在救災工作中發(fā)揮了巨大作用。 軟土上的基礎以整體性較好的筏板基礎、箱型基礎或十字交叉條形基礎較為理想。對于內框架結構，柱下宜采用剛度較大的墻式條基。平面布置上應盡可能使基礎連續(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生的不均勻沉降。天然地基與基礎的抗震驗算1不進行天然地基與基礎抗

14、震驗算的建筑根據對我國多次強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生由于地基破壞而引起的結構破壞，故可不進行地基及基礎的抗震承載力驗算。1）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：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；基礎荷載與項相當的多層框架廠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，地基承載力特征值分別小于80、100和120kPa的土層。液化土地基抗震設計 液化的判別 當建筑物的地基有飽和砂土或飽和粉土時，也經過勘察試驗預測其

15、在未來地震時是否會出現液化，并確定是否需要采取相應的抗液化措施。規(guī)范規(guī)定當基本烈度為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，當基本烈度在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。液化指數和液化等級 為了衡量液化場地的危害程度，規(guī)范規(guī)定對于存在液化土層的地基，應在探明各液化土層的深度和厚度后，確定液化場地的液化指數，然后再根據液化指數來劃分場地的液化等級，以反映場地液化可能造成的危害程度。一般來說，液化指數越大，場地的噴水冒砂情況和建筑物的液化危害就越嚴重。其分級結果及相應震害情況見表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，應符合下列要求：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小于0.8m，對其他非巖石土尚不宜小于1.5m。采用深基礎時，基礎底面應埋入液化深度以下的穩(wěn)定土層中，其深度不應小于0.5m。采用加密法（如振沖、振動加密、擠密碎石樁、強夯等）加固時，應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不宜小于規(guī)范規(guī)定的液化判別標準貫入錘擊數臨界值。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，在基礎邊緣以外的處理寬度，應超過基礎底

17、面下處理深度的1/2且不小于基礎寬度的1/5。2）部分消除地基液化沉陷的措施，應符合下列要求：處理深度應使處理后的地基液化指數減少，其值不宜大于5；大面積筏基、箱基的中心區(qū)域，處理后的液化指數可比上述規(guī)定降低1；對獨立基礎和條形基礎，尚不應小于基礎底面下液化土特征深度和基礎寬度的較大值。（中心區(qū)域指位于基礎外邊界以內沿長寬方向距外邊界大于相應方向l/4長度的區(qū)域）采用振沖或擠密碎石樁加固后，樁間土的標準貫入錘擊數不宜小于按規(guī)范規(guī)定的液化判別標準貫入錘擊數臨界值。基礎邊緣以外的處理寬度，應符合規(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、響的基礎和上部結構處理，可綜合采用下列各項措施：選擇合適的基礎埋置深度。調整基礎底面積，減少基礎偏心。加強基礎的整體性和剛度，如采用箱基、筏基或鋼筋混凝土交叉條形基礎，加設基礎圈梁等。減輕荷載，增強上部結構的整體剛度和均勻對稱性，合理設置沉降縫，避免采用對不均勻沉降敏感的結構形式等。管道穿過建筑處應預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計1軟土地基的抗震設計當建筑物地基主要受力層范圍內存在軟弱粘性土層時，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。如設計不周，就會造成建筑物的大量下沉，從而引起上部結構的破壞和開裂，地震時這種破壞會更加嚴重，為了保證建筑物的安全，首先應做好靜力條件下的地基基礎設計，然后再結合場地土的具體情況，經過對軟土地基的綜合分析后，再考慮采取適當的抗震措施。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基礎和上部結構的影響，也可根據軟土震陷量的估算而采取相應的抗震措施。采用樁基，如軟弱粘性土層不厚時，樁基應穿過軟弱土層，進入