1、2 場地、地基和基礎(chǔ) 2.1 概述 場地：即工程群體所在地，其范圍相當于廠區(qū)、居民小區(qū)和自然村或不小于1km2的平面面積。 場地作用：地震波傳播介質(zhì) 結(jié)構(gòu)物地基,建筑物震害,建筑物震害破壞：一是振動破壞引起,承載力不足加強結(jié)構(gòu)抗震能力,通過場地選擇和地基處理來減輕,由于地震時，會造成嚴重的地表破壞，如山石崩裂、滑坡、地面裂縫、地陷和噴水冒沙等。這種破壞會使得位于這類地段上的建筑物產(chǎn)生嚴重的震害，而且這種破壞單靠工程措施是難以預(yù)防的，或者要花費太大的代價。因此，在工程選址時，就應(yīng)盡可能避開對建筑抗震不利的地段，任何情況下，都不應(yīng)在抗震危險地段上，建造可能造成人員傷亡或較大經(jīng)濟損失的建筑物。,二是

2、地基失效引起,2.2 工程地質(zhì)條件對震害的影響 2.2.1 局部地形的影響,山梁頂部，容易滑落,位于局部孤立突出的地形，如孤立的小山包上的建筑，其震害一般較平地同類建筑嚴重。位于非巖質(zhì)地基的建筑又較巖質(zhì)地基的震害嚴重。,烈度為9度,烈度為8度,烈度為7度,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。,局部突出地形對地震的放大作用：,局部突出地形的影響,1.高突地形距離基準面的高度愈大，高處的反應(yīng)愈大； 2.離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離大，反應(yīng)相

3、對減?。?3.在同樣地形條件下，土質(zhì)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)比巖質(zhì)結(jié)構(gòu)大； 4.高突地形頂面愈開闊，遠離邊緣的中心部位的反應(yīng)明 顯減小; 5.邊坡愈陡，其頂部的放大效應(yīng)相應(yīng)加大。,局部突出地形頂部的地震影響系數(shù)的放大系數(shù),-局部突出地形頂部的地震影響系數(shù)的放大系數(shù),-局部突出地形地震動參數(shù)的增大幅度,-附加調(diào)整系數(shù),2010抗震規(guī)范：,2.2.2 局部地質(zhì)構(gòu)造的影響 局部地質(zhì)構(gòu)造：主要是指斷裂。斷裂是地質(zhì)構(gòu)造上的薄弱環(huán)節(jié)，分為發(fā)震斷裂和非發(fā)震斷裂。,與地下斷裂構(gòu)造直接相關(guān)的地裂,與發(fā)震斷裂間接相關(guān)的受應(yīng)力場控制所產(chǎn)生的地裂,斷裂帶是地質(zhì)上的薄弱環(huán)節(jié)，淺源地震多與斷裂活動有關(guān)。,發(fā)震斷裂帶附近地表，在地震時可

4、能產(chǎn)生新的錯動，使建筑物遭受較大的破壞，屬于地震危險地段。,建設(shè)時應(yīng)避開。,發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯位的地段主要在高烈度區(qū)，全新世以來經(jīng)?；顒拥臄嗔焉厦?。,場地內(nèi)存在發(fā)震斷裂時，應(yīng)對斷裂的工程影響進行評價，并應(yīng)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(shè)防烈度小于8度；（因在小于8度的地震區(qū)，地面一般不產(chǎn)生斷裂錯動。） 2）非全新世（1.0萬年以前）活動斷裂； 3）抗震設(shè)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。,避讓距離是斷層面在地面上的投影或到斷層破裂線的距離，不是指到斷裂帶的距離。,2. 對不符合本條1款規(guī)定的情況

5、，應(yīng)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。,抗規(guī)4.1.7第2款：在避讓距離的范圍內(nèi)確有需要建造分散的、低于三層的丙、丁類建筑時，應(yīng)按提高一度采取抗震措施，并提高基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體性，且不得跨越斷層線。,2.2.3 地下水位的影響,2.3 場地 2.3.1 場地條件對震害的影響 兩個影響因素： 場地土的剛度： 同一地震和同一震中距時，軟弱地基地面的自振周期長，振幅大，振動持續(xù)時間長，震害更重。 軟弱地基上，柔性結(jié)構(gòu)更容易遭受破壞。,海城地震房屋破壞程度與場地土剛度的關(guān)系,場地土剛度，一般以土體的綜合剪切變形模量 或剪切波速 來表征。表給出了1975年海城地震現(xiàn)場調(diào)

6、查所得的房屋震害指數(shù)i與地基土剪切變形模量間的關(guān)系。表中的數(shù)據(jù)表明，地基土 越大的場地，i越小，即房屋破壞越輕。,場地覆蓋層厚度： 建筑物的震害隨覆蓋層厚度的增加而加重。 地震動的卓越周期：在地震波振幅譜中幅值最大的頻率分量所對應(yīng)的周期。 土的卓越周期：地震波通過覆蓋土層傳向地表的過程中，與土層固有周期相近的一些頻率波群被放大，而另一些被衰減甚至濾掉，這樣，地震波通過土層后，由于土層的過濾特性與放大作用，地表地震動的卓越周期很大程度上取決于場地的固有周期，當場地的固有周期與地震動的卓越周期接近時，由于共振作用，地震動的幅值將被放大到最大，此時土層的周期就稱為土的卓越周期，或自振周期。,-第i層

7、土厚度,場地土層的卓越周期的簡化計算公式為：,單一土層時,多層土?xí)r,-土層總數(shù),-第i層土的剪切波速,場地土層卓越周期對結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)的影響：,堅硬土層上的剛性建筑、軟弱土上的柔性建筑破壞嚴重。,自振周期與場地的卓越周期相等或接近時地震時可能發(fā)生共振，震害比較嚴重，反之震害就小。 國內(nèi)外根據(jù)震害研究表明，在大地震時，由于土壤發(fā)生大變形或液化，土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為非線性，導(dǎo)致土層剪切波速Vs發(fā)生變化。因此，在同一地點，地震時場地的卓越周期將因震級大小、震源機制、震中距離的變化而變化。,2.3.2 場地土類型 土的類別主要取決于土的剛度。 土的剛度按土的剪切波速劃分，取地面下20m深度，且不大于覆蓋層

8、厚度范圍內(nèi)土層平均性質(zhì)分類。,2.3.3 場地覆蓋層厚度 它是指從地表到地下基巖面的距離。 建筑場地覆蓋層厚度的確定：,一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速大于500m/s的土層頂面； 注意：要求其下部所有土層的波速均大于500ms。,2. 當?shù)孛?m以下存在剪切波速大于相鄰上層土剪切波速2.5倍 的下臥土層，且下臥土層的剪切波速不小于400m/s時， 可按地面至該下臥土層頂面的距離確定； 注意：只有當波速不小于400ms且該土層以上的各土層的波速(不包括孤石和硬透鏡體)都滿足不大于該土層波速的40時才可按該土層確定覆蓋層厚度；而且這一規(guī)定只適用于當下臥層硬土層頂面的埋深大于5m時的情況。,3. 剪

9、切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應(yīng)視同周圍土層；,4. 土層中的火山巖硬夾層，應(yīng)視為剛體，其厚度應(yīng)從覆蓋土層中扣除。,透鏡體：透鏡體狀的地層應(yīng)該具有向四周尖滅的平面分布特性。泛指形似透鏡狀分布的砂層或巖體。它中間厚周邊薄，且被非滲透巖層封閉。一般厚度小于所處土層厚度，分布的范圍較小，且呈自然尖滅狀態(tài)。,例：一個工程土層的剪切波速及地層情況如下： 040米是淤泥，波速90110m/s之間，平均100m/s； 4050米是圓礫，波速400m/s；， 5060米是軟粘土地，波速200左右m/s； 60100米為卵石，波速600700m/s； 100140米，粘性土，波速平均370m/s； 14

10、0米以下為基巖。該場的覆蓋層厚度為多少呢？,2.3.4 場地類別劃分 建筑抗震規(guī)范根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度將建筑的場地劃分為四類。 目的：在地震作用計算中定量考慮場地條件對設(shè)計參數(shù)的影響，確定不同場地上的設(shè)計反應(yīng)譜，以采取合理的設(shè)計參數(shù)和抗震構(gòu)造措施。,例：已知某建筑場地的鉆孔土層資料如表所示，試確定該建筑場地的類別。,解：（1）確定剪切波速的計算深度。,確定覆蓋層厚度,（3）確定建筑場地類別：,屬于中軟土,屬于類場地,（2）確定地面下20m表層土的剪切波速。,2.3.5 場地選擇 建筑抗震規(guī)范把建筑場地劃分為對建筑物抗震有利、不利和危險的地段。,宜盡量選擇對結(jié)構(gòu)抗震有利的地段；盡

11、可能避開對結(jié)構(gòu)抗震不利的地段；非特殊需要，不得在抗震危險地段上建造工程結(jié)構(gòu)。,水邊地的地下水位較高，土質(zhì)也較松軟，容易在地震時產(chǎn)生土壤滑動或地層液化。,山坡地在地震時會產(chǎn)生土壤滑動，沖積地的土質(zhì)松軟，地震時容易塌陷，如果此處有地下水層，還容易發(fā)生液化。,用另外的土石來填補地基，常有土壤密實度不足情形，導(dǎo)致建筑物在地震時產(chǎn)生傾斜、沉陷。,薩爾瓦多地震引發(fā)了一巨大的泥石流，數(shù)百戶人家被埋在泥石里，估計有1200多人遇難,2.4 地基基礎(chǔ)抗震驗算 2.4.1 地基不驗算的范圍,由震害調(diào)查得到下面結(jié)論：,只有少數(shù)房屋是由地基的原因而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的破壞。,導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)破壞,大量的一般性地基具有良好的抗震

12、性能，極少發(fā)現(xiàn)因地基承載力不夠而產(chǎn)生震害。,建筑抗震規(guī)范對于量大面廣的一般性地基和基礎(chǔ)不做抗震驗算，而對于容易產(chǎn)生地基基礎(chǔ)震害的液化地基、軟土地基和嚴重不均勻地基規(guī)定了相應(yīng)的抗震措施。,2),3),4),地基抗震承載力在靜力設(shè)計承載力基礎(chǔ)上調(diào)整。,調(diào)整的出發(fā)點：,1）地震是偶發(fā)事件，地基抗震承載力安全系數(shù)可 比靜載時降低；,2）地震持續(xù)時間短，只能使土層產(chǎn)生彈性變形而來不 及發(fā)生殘余變形，即地震作用引起的地基變形要比 建筑物由于靜荷載所引起的地基變形小，故一般土 的動承載力比其靜承載力大。,2.4.2 地基土抗震承載力調(diào)整,式中,faE-調(diào)整后的地基抗震承載力設(shè)計值 -地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)

13、fa -深寬修正后的地基承載力特征值，按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007采用,地基在地震作用下的穩(wěn)定性對基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布是比較敏感的，因此確保地震時地基基礎(chǔ)能夠承受上部結(jié)構(gòu)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(chǔ)抗震設(shè)計的基本要求。,高壓縮性飽和軟粘土和承載力較低的淤泥質(zhì)土在地震中產(chǎn)生不同程度的震陷，造成上部結(jié)構(gòu)的傾斜或破壞,一、天然地基的震害特點,2.4.3 天然地基抗震驗算,雜填土、回填土和沖填土等松軟填土地基，土質(zhì)松軟且承載力較低，易產(chǎn)生沉陷，使結(jié)構(gòu)開裂；,溝、坑、古河道、坡地、半挖半填等非勻質(zhì)地基在地震中的不均勻沉降或地裂縫引起上部結(jié)構(gòu)破壞

14、。,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(jié)構(gòu)類型等采取合理的結(jié)構(gòu)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(yù)壓法,三、 地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計,1）同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土層上；,2) 同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基而另外部分采用樁基；,3) 地基有軟弱土、可液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時，宜加強基礎(chǔ)的整體性和剛性；,4) 根據(jù)具體情況，選擇對抗震有利的基礎(chǔ)類型，在抗震驗算 時應(yīng)盡量考慮結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的相互作用影響，使之能 反映

15、地基基礎(chǔ)在不同階段上的工作狀態(tài)。,地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計是通過選擇合理的基礎(chǔ)體系和抗震驗算來保證其抗震能力的。,1. 地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計的一般要求,2. 天然地基地震作用下的承載力驗算,采用“擬靜力法”,規(guī)范規(guī)定：按地震作用效應(yīng)標準組合的基礎(chǔ)底面平均壓力和邊緣最大壓力應(yīng)符合下式要求,同時限制過大的偏心荷載：高寬比大于4的高層建筑，在地震作用下基礎(chǔ)底面不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力；其它建筑，基礎(chǔ)底面與地基土之間零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)超過基礎(chǔ)底面面積的15%。,2.5 地基液化 2.5.1 砂性土液化機理及影響液化的因素 1、液化概念：飽和砂土或粉土在強烈地震作用下，顆粒結(jié)構(gòu)趨于密實，孔隙水在短時間內(nèi)來不及排出而受到擠壓，孔

16、隙水壓力急劇上升，砂土或粉土受到的有效壓應(yīng)力下降以致消失，土體顆粒局部或全部處于懸浮狀態(tài)，土體喪失抗剪強度，形成猶如“液體”的現(xiàn)象。,液化的宏觀標志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水。,2、液化危害： 地面噴砂冒水、地基不均勻沉降、斜坡失穩(wěn)、滑移等。,噴砂冒水，地基不均勻沉降,滑移,斜坡失穩(wěn),液化對建筑的危害：,1.地面開裂下沉使建筑物產(chǎn)生過渡下沉或整體傾斜；,2.不均勻沉降引起建筑物上部結(jié)構(gòu)破壞，使梁板等 水平構(gòu)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(nèi)地坪上鼓、開裂，設(shè)備基礎(chǔ)上浮或下沉。,1964年，日本新潟地震時因地基液化而使樓房傾倒,阿拉斯加地震時，因場地不均勻沉降而造成的破壞現(xiàn)

17、象,3、影響液化的因素： （1）土層地質(zhì)年代：地質(zhì)年代越古老的土層，抵抗液化的能力越強。 （2）土的組成： 飽和砂土 ：細砂、粉砂更易液化 粉土：當其中粘粒含量超過某一限值時，就不會液化。 （3）土層相對密度：相對密度小，易液化 （4）土層埋深(上覆非液化土層厚度)：埋深越大，越不易液化 （5）地下水位深度：地下水越深，越不易液化 （6）地震烈度和地震持續(xù)時間：烈度越高，持續(xù)時間越長，越易液化,2.5.2 液化的判別,1、液化判別和處理的一般原則：,1）對存在飽和砂土和粉土（不含黃土）的地基， 除6度外，應(yīng)進行液化判別。對6度區(qū)一般情況 下可不進行判別和處理，但對液化敏感的乙類 建筑可按7度的

18、要求進行判別和處理。 6度的甲類建筑的液化問題也需要專門研究。 79度時，乙類建筑可按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度 的要求進行判別和處理。,2）存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類 別、地基的液化等級結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施。,2、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(zhì)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。,（1）地質(zhì)年代為第四紀晚更新世（Q3）及以前時，7、8 度可判為不液化；,（2）當粉土的粘粒（粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分 率在7、8和9度時分別大于10、13和16可判為不液化；,（3）淺

19、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(zhì)土層扣除；,-基礎(chǔ)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(nèi)年平均最 高水位采用，也可按近期內(nèi)年最高水位采用；,-液化土特征深度（m)， 按右表采用。,上面判別式（db=2)亦可用下圖表示：,砂土,db2時，在du 、dw中減去（db-2) 后再查圖確定。,查液化土特征深度表,例1 圖示為某場地地基剖面圖 上覆非液化土層厚度du=5.5m 其下為砂土，地下水位深度 為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2m,該 場地為8度

20、區(qū)。確定是否考 慮液化影響。,解：按判別式確定,需要考慮液化影響。,例1 圖示為某場地地基剖面圖 上覆非液化土層厚度du=5.5m 其下為砂土，地下水位深度 為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2m,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,需要考慮液化影響。,du=5.5m,dw=6m,查液化土特征深度表,解：按判別式確定,不滿足判別式，需要進一步判別是否考慮液化影響。,例2 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(chǔ)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

21、一步判別是否考慮液化影響。,2） 細判,采用標準貫入試驗判別,鉆孔至試驗土層標高以上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(shù)記作N63.5，稱為標貫擊數(shù)。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。 其實質(zhì)是評價土的密實程度。,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,規(guī)范規(guī)定:,高層及超高層建筑的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)埋深越來越大，判別深度為15m，已不能滿足這些工程的需要。,2.5.3 液化場地危害程度的確定,采用土層柱狀液化等級判定。,液化指數(shù),由液化指數(shù)，按下表確定液化等級,液化等級與相應(yīng)的

22、震害,2.5.4 地基抗液化措施,當液化土層較平坦、均勻時，可按下表選用抗液化措施,2）采用深基礎(chǔ)時，基礎(chǔ)底面埋入深度以下穩(wěn)定土層中的深度，不應(yīng)小于0.5m；,3）采用加密法（如振沖、振動加密、擠密碎石樁、強夯等）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)的實測值不宜大于相應(yīng)的臨界值；,4）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；,5）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且不小于基礎(chǔ)寬度的1/5。,1、全部消除地基液化沉陷的措施應(yīng)符合：,1）采用樁基時，樁端深入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長度（不包括

23、樁尖部分），應(yīng)按計算確定，且對碎石土，礫、粗、中砂，堅硬粘性土和密實粉土尚不應(yīng)小于0.8m，對其他非巖石尚不應(yīng)小于1.5m；,1)選擇合適的基礎(chǔ)埋置深度；,5)管道穿過建筑處應(yīng)預(yù)留足夠尺寸或采用柔性接頭等。,3.減輕液化影響的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，可綜合考慮采用下列措施：,2)調(diào)整基礎(chǔ)底面積，減少基礎(chǔ)偏心；,3)加強基礎(chǔ)的整體性和剛性，如采用箱基、筏基或鋼筋混凝土十字形基礎(chǔ)，加設(shè)基礎(chǔ)圈梁、基礎(chǔ)梁系等；,4)減輕荷載，增強上部結(jié)構(gòu)的整體剛度和均勻?qū)ΨQ性，合理設(shè)置沉降縫，避免采用對不均勻沉降敏感的結(jié)構(gòu)形式等；,2.5.5 軟土地基的抗震措施,天津港,特點：在地基的受力層范圍內(nèi)存在軟弱粘性土層，其容

24、許承載力降低，壓縮性大，故房屋不均勻沉降大。,抗震措施：,對液化等級較高的故河道、河濱、海濱、自然或人工邊坡，如有液化側(cè)向擴展或流滑可能時，應(yīng)采取防土體滑動措施或結(jié)構(gòu)抗裂措施：,1、宜考慮滑動土體的側(cè)向作用力對結(jié)構(gòu)的影響；,2、結(jié)構(gòu)抗地裂措施應(yīng)符合下列要求：建筑的主軸應(yīng)平行河 流放置；建筑的長高比宜小于 3；應(yīng)采用筏基或箱基，且基礎(chǔ)板內(nèi)應(yīng)根據(jù)需要加配抗拉裂鋼筋。,2.6 樁基的抗震設(shè)計,可不進行樁基抗震驗算的條件,由于下述采用樁基的建筑在地震中極少發(fā)生地基失效，故抗震規(guī)范規(guī)定，對于承受豎向荷載為主的低承臺樁基，當?shù)孛嫦聼o液化土層，且樁承臺周圍無淤泥、淤泥質(zhì)土和地基土靜承載力特征值不大于100k

25、Pa的填土?xí)r，下列建筑可不進行樁基抗震承載力驗算：,1、砌體房屋和可不進行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的建筑；,2、7度和8度時， 1）一般單層廠房、單層空曠房屋 2）不超過8層且高度在高度24m以下的一般民用框架房屋及與其基礎(chǔ)荷載相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗震墻房屋。,2.6.1 非液化土中樁基的抗震驗算,非液化土中低承臺樁基的抗震驗算，應(yīng)符合下列規(guī)定：,1、單樁的豎向和水平向抗震承載力特征值，可均比非抗震設(shè)計時提高25；,2、當承臺側(cè)面的回填土夯實至干重度不小于16.5kN/m3時，可考慮承臺正面填土與樁共同承擔(dān)水平地震作用，但不應(yīng)計入承臺底面與地基土間的摩擦力；,這部分摩擦力不可靠，軟弱黏性土有震陷問題，一般