第三章場地、地基和基礎(chǔ)

第三章場地、地基和基礎(chǔ)日本新瀉地基液化3.1建筑場地的選擇工程地質(zhì)條件對地震破壞的影響很大。常有地震烈度異常現(xiàn)象，即“重災(zāi)區(qū)里有輕災(zāi)，輕災(zāi)區(qū)里有重災(zāi)”產(chǎn)生的原因是局部地區(qū)的工程地質(zhì)條件不同。地段類別地質(zhì)、地形、地貌有利地段穩(wěn)定基巖，堅(jiān)硬土，開闊、平坦、密實(shí)、均勻的中硬土等不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質(zhì)的陡坡，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（如古河道、疏松的斷破裂帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基）等危險(xiǎn)地段地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯(cuò)位的部位水邊地的地下水位較高，土質(zhì)也較松軟，容易在地震時(shí)產(chǎn)生土壤滑動(dòng)或地層液化。

山坡地在地震時(shí)會產(chǎn)生土壤滑動(dòng)

用另外的土石來填補(bǔ)地基，常有土壤密實(shí)度不足情形，導(dǎo)致建筑物在地震時(shí)產(chǎn)生傾斜、沉陷。

3.1建筑場地的選擇臨近懸崖，容易滑落谷地或低地，這里的建筑物容易在地震發(fā)生時(shí)，受土石崩塌破壞。

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(jì)有1200多人遇難地裂一、地段選擇1.選擇有利地段；2.避開不利地段，當(dāng)無法避開時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?.不在危險(xiǎn)地段建設(shè)。3.1建筑場地的選擇二、局部突出地形的影響1.高突地形距離基準(zhǔn)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(yuǎn)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。3.1建筑場地的選擇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(dòng)參數(shù)的增大幅度---附加調(diào)整系數(shù)

0.3

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1.03.1建筑場地的選擇

0.6

0.5

0.4

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0.10巖質(zhì)地層非巖質(zhì)地層突出地形的高度(m)局部突出臺地邊緣的側(cè)向平均坡降(H/L)局部突出地形地震影響系數(shù)的增大幅度4.1.8當(dāng)需要在條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石和強(qiáng)風(fēng)化巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣等不利地段建造丙類及丙類以上建筑時(shí)，除保證其在地震作用下的穩(wěn)定性外，尚應(yīng)估計(jì)不利地段對設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)可能產(chǎn)生的放大作用，其水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)乘以增大系數(shù)。其值應(yīng)根據(jù)不利地段的具體情況確定，在1.1—1.6范圍內(nèi)采用。3.1建筑場地的選擇與地下斷裂構(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3.1建筑場地的選擇斷裂帶是地質(zhì)上的薄弱環(huán)節(jié)，淺源地震多與斷裂活動(dòng)有關(guān)。建設(shè)時(shí)應(yīng)避開。發(fā)震斷裂帶附近地表，在地震時(shí)可能產(chǎn)生新的錯(cuò)動(dòng)，使建筑物遭受較大的破壞，屬于地震危險(xiǎn)地段。

發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯(cuò)位的地段主要在高烈度區(qū)，全新世以來經(jīng)?；顒?dòng)的斷裂上面。3.1建筑場地的選擇場地內(nèi)存在發(fā)震斷裂時(shí)，應(yīng)對斷裂的工程影響進(jìn)行評價(jià)，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(cuò)動(dòng)對地面建筑的影響：

1）抗震設(shè)防烈度小于8度；

2）非全新世活動(dòng)斷裂；

3）抗震設(shè)防烈度為8度和9度時(shí)，隱伏斷裂的土層覆蓋厚度分別大于60m和90m。3.1建筑場地的選擇2.對不符合本條1款規(guī)定的情況，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。

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200m

400m專門研究9

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100m

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專門研究8丁丙乙甲建筑抗震設(shè)防類別烈度發(fā)震斷裂的最小避讓距離(m)3.1建筑場地的選擇3.2建筑場地的類別劃分建筑場地指建筑所在地。大體相當(dāng)于廠區(qū)、居民點(diǎn)和自然村的區(qū)域范圍。建筑場地按地震對建筑的影響劃分為四類，其中Ⅰ類分Ⅰ0和Ⅰ1兩個(gè)亞類。建筑場地分類的指標(biāo)是以場地等效剪切波速和覆蓋層的厚度確定。新書P593.2建筑場地的類別劃分場地土層的固有周期的簡化計(jì)算公式為單一土層時(shí)多層土?xí)r---覆蓋層厚度---土的剪切波速---土層總數(shù)----i層厚度----i層剪切波速一、場地土層的固有周期與場地的地震效應(yīng)1.場地土層的固有周期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且其下臥各層巖石的剪切波速均不小于500m/s的土層頂面的距離確定；2.當(dāng)?shù)孛?m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(shí)，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(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。3.2建筑場地的類別劃分土層的等效剪切波速----土層的等效剪切波速----計(jì)算深度（m)，取覆蓋層厚度和20m二者較小值----剪切波在地面至計(jì)算深度之間的傳播時(shí)間----計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的厚度(m)----計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的剪切波速(m/s)----計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)二、場地類別3.2建筑場地的類別劃分巖石的剪切波速或土的等效剪切波速（m/s）場地類別Ⅰ0Ⅰ1ⅡⅢⅣVse>8000800≥Vse>5000500≥Vse>250<5≥5250≥Vse>150<33-50>50Vse≤150<33-1515-80>80表4.1.6各類建筑場地的覆蓋層厚度（m）3.2建筑場地的類別劃分例：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。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥質(zhì)粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥質(zhì)粘土200632.9細(xì)砂31069.56.5礫混粗砂520解：（1）確定地面下20m表層土的場地土類型（2）確定覆蓋層厚度3.2建筑場地的類別劃分例：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）確定地面下20m表層土的場地土類型（2）確定覆蓋層厚度（3）確定建筑場地類別屬于Ⅲ類場地巖石的剪切波速或土的等效剪切波速（m/s）場地類別Ⅰ0Ⅰ1ⅡⅢⅣVse>8000800≥Vse>5000500≥Vse>250<5≥5250≥Vse>150<33-50>50Vse≤150<33-1515-80>803.2建筑場地的類別劃分土層底部深度/m土層厚度/m巖土名稱剪切波速/(m/s)2.52.5素填土1605.53.0粉質(zhì)黏土21019.013.5粉細(xì)砂24327.58.5礫石350例：某場地鉆孔地質(zhì)資料見表，礫石層以下為基巖，試確定該場地類別。3.2建筑場地的類別劃分解：(1)確定場地覆蓋層厚度。由于礫石以下巖層>500m/s的條件，所以基巖以上的土層總厚度就是覆蓋層厚度，即27.5m。(2)計(jì)算等效剪切波速。計(jì)算深度取覆蓋層厚度和20m兩者的較小值，即=20m，則根據(jù)覆蓋層厚度和等效剪切波速，查表可知場地類別為Ⅱ類。3.2建筑場地的類別劃分巖石的剪切波速或土的等效剪切波速（m/s）場地類別Ⅰ0Ⅰ1ⅡⅢⅣVse>8000800≥Vse>5000500≥Vse>250<5≥5250≥Vse>150<33-50>50Vse≤150<33-1515-80>80表4.1.6各類建筑場地的覆蓋層厚度（m）3.2建筑場地的類別劃分3.3天然地基和基礎(chǔ)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(shí)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和基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)的基本要求。一、天然地基的震害特點(diǎn)1.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；2.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；3.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。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(shí)；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(shí)法擠密樁法沉井預(yù)壓法三、地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)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(yán)重不均勻土層時(shí)，宜加強(qiáng)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(yàn)算時(shí)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(jì)是通過選擇合理的基礎(chǔ)體系和抗震驗(yàn)算來保證其抗震能力的。1.地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)的一般要求三、地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)三、地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)四可不進(jìn)行地基基礎(chǔ)抗震驗(yàn)算的范圍1)本規(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)不存在軟弱粘性土層的下列建筑：

1）一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(chǔ)荷載與3）項(xiàng)相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房和多層混凝土抗震墻房屋。五、天然地基地震作用下的承載力驗(yàn)算采用“擬靜力法”規(guī)范規(guī)定：基礎(chǔ)底面平均壓力和邊緣最大壓力應(yīng)符合下式要求式中p----基礎(chǔ)底面平均壓力（kPa)pmax—基礎(chǔ)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(chǔ)底面不宜出現(xiàn)脫離區(qū)（零應(yīng)力區(qū)）；其它建筑，基礎(chǔ)底面與地基土之間脫離區(qū)（零應(yīng)力區(qū)）面積不應(yīng)超過基礎(chǔ)底面面積的15%。五、天然地基地震作用下的承載力驗(yàn)算式中faE---調(diào)整后的地基抗震承載力設(shè)計(jì)值

---地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)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(jì)規(guī)范》GB50007采用巖土名稱和性狀ζa巖石，密實(shí)的碎石土，密實(shí)的礫、粗、中砂，fak≥300kPa的黏性土和粉土1.5中密、稍密的碎石土，中密和稍密的礫、粗、中砂，密實(shí)和中密的細(xì)、粉砂，150kPa≤fak<300kPa的粘性土和粉土,堅(jiān)硬黃土。1.3稍密的細(xì)、粉砂，100kPa≤fak<150kPa的粘性土和粉土，可塑黃土1.1淤泥，淤泥質(zhì)土，松散的砂，雜填土，新近堆積黃土及流塑黃土1.0五、天然地基地震作用下的承載力驗(yàn)算六、地基土抗震承載力確定地基抗震承載力在靜力設(shè)計(jì)承載力基礎(chǔ)上調(diào)整。調(diào)整的出發(fā)點(diǎn)：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(shí)降低；

2）多數(shù)土在有限次的動(dòng)載下，強(qiáng)度較靜載下稍高。3.4場地土的液化與抗液化措施一.場地土的液化現(xiàn)象與震害處于地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到地震作用時(shí)將發(fā)生液化。液化的宏觀標(biāo)志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水。原因：砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到地震作用時(shí)將趨于密實(shí)。這種趨于密實(shí)的作用使空隙水壓力急劇上升，在地震作用的短暫時(shí)間內(nèi)，孔隙水壓力來不及消散，使土顆粒處于懸浮狀態(tài)。P102砂土液化機(jī)理地震飽和砂土、粉土顆粒在強(qiáng)烈振動(dòng)下發(fā)生相對位移顆粒結(jié)構(gòu)趨于壓密顆粒間孔隙水來不及排泄而受到擠壓孔隙水壓力急劇增加孔隙水壓力=土顆粒所受到的總的正壓應(yīng)力土粒之間因摩擦產(chǎn)生的抗剪能力消失砂土液化的危害使土體的抗震強(qiáng)度喪失，引起地基不均勻沉陷,引發(fā)建筑物的破壞甚至倒塌

土顆粒處于懸浮狀態(tài)形成液化現(xiàn)象3.4場地土的液化與抗液化措施唐山地震時(shí)，嚴(yán)重液化地區(qū)噴水高度可達(dá)8米，廠房沉降可達(dá)1米。

天津地震時(shí)，海河古道及新近沉積土地區(qū)有近3000個(gè)噴水冒砂口成群出現(xiàn)，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達(dá)5立方米。有時(shí)地面運(yùn)動(dòng)停止后，噴水現(xiàn)象可持續(xù)30分鐘。液化的震害：噴水冒砂淹沒農(nóng)田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出現(xiàn)裂縫、滑移，造成橋梁破壞。3.4場地土的液化與抗液化措施彰化縣社頭鄉(xiāng)三幢三層樓透天住宅，中間一幢有地下室，前后二幢皆無，液化使前后兩幢相對下沉40～70cm南投埔里鎮(zhèn)民富一街路面因土壤液化而導(dǎo)致開裂及下陷圖發(fā)生時(shí)間為1999年9月21日凌晨1時(shí)47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達(dá)7.3級的大地震。3.4場地土的液化與抗液化措施南投市公所社會科辦公大樓前之大草坪產(chǎn)生土壤液化情形液化噴沙現(xiàn)象圖發(fā)生時(shí)間為1999年9月21日凌晨1時(shí)47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達(dá)7.3級的大地震。3.4場地土的液化與抗液化措施一、液化使建筑物產(chǎn)生下列震害：

1.地面開裂下沉使建筑物產(chǎn)生過度下沉或整體傾斜；

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(diǎn)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。3.4場地土的液化與抗液化措施3.4場地土的液化與抗液化措施二、影響場地土液化的主要因素：

1.土層的地質(zhì)年代；

2.土層的土粒的組成和密實(shí)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(shí)間。3.4場地土的液化與抗液化措施三、液化判別與危害程度估計(jì)

1、液化判別和處理的一般原則：4.3.2地面下存在飽和砂土和飽和粉土?xí)r，除6度外，應(yīng)進(jìn)行液化判別。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。3.4場地土的液化與抗液化措施2、液化判別和危害性估計(jì)方法4.3.3飽和的砂土或粉土（不含黃土），當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，可初步判別為不液化或可不考慮液化影響。1）初判（1）地質(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世（Q3）及以前時(shí)，7、8度可判為不液化；（2）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(shí)分別不小于10%、13%和16%可判為不液化；3.4場地土的液化與抗液化措施初判和詳判（3）淺埋天然地基的建筑，當(dāng)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(shí)，可不考慮液化影響：（3）采用天然地基的建筑，當(dāng)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(shí)，可不考慮液化影響。---上覆非液化土層厚度（m)，計(jì)算時(shí)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(shí)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。9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別3.4場地土的液化與抗液化措施---上覆非液化土層厚（m)；---基礎(chǔ)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(jìn)一步判別區(qū)砂土1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進(jìn)一步判別區(qū)粉土7度9度8度7度8度9度db>2時(shí)，在du、dw中減去（db-2)后再查圖確定。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。dw=6mdu=5.5mdb=2m3.4場地土的液化與抗液化措施查液化土特征深度表解：按判別式確定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別需要考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2m3.4場地土的液化與抗液化措施例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。12345678