2場地、地基和基礎教程

地質(zhì)年月表〔附〕相對年代絕對年齡（萬年）生物宙代紀世顯生宙新生代第四紀全新世（統(tǒng)）Q4

1.1

12.8

73

250

6500

22500

57000

250000

400000460000

更新世晚更新世（統(tǒng)）Q3中更新世（統(tǒng)）Q2早更新世（統(tǒng)）Q1第三紀（系）中生代（界）古生代（界）隱生宙元古代（界）太古代（界）地球天文時期地質(zhì)年月是指從最老的地層到最新的地層所代表的時代。分為相對地質(zhì)年月和確定地質(zhì)年月。整個歷史時期地質(zhì)作用在不停息地進展著。各個地質(zhì)歷史階段，既有巖石、礦物和生物的形成與進展，也有它們的破壞和消亡。把各個地質(zhì)歷史時期形成的巖石，結合埋藏在巖石中能反映生物演化程序的化石和地質(zhì)構造，按先后挨次確定下來，呈現(xiàn)巖石的新老關系，這就是相對年月。國際上又將地質(zhì)年月劃分為大小不同等級的單位，如宙、代、紀、世等。與此相對應的是地層單位宇、界、系、統(tǒng)等。工程活動涉及的土體大都是在第四紀形成，第四紀是指約250萬年至今這段地質(zhì)時期。重點把握2.1場地2.2自然地基與根底的抗震驗算2.3液化土了解內(nèi)容2.3軟土地基2.4樁基的抗震設計

抗震結構設計2場地、地基和根底地震破壞作用：從破壞性質(zhì)和工程對策角度，地震對構造的破壞作用可分為兩種類型：場地、地基的破壞作用和場地的震驚作用。場地和地基的破壞作用一般是指造成建筑破壞的直接緣由是由于場地和地基穩(wěn)定性引起的。場地和地基的破壞作用大致有地面裂開、滑坡、坍塌等。場地：建筑物的所在地，其在平面上大體相當于廠區(qū)、居民區(qū)或自然村的區(qū)域范圍。2.1場地這種破壞作用一般是通過場地選擇和地基處理來減輕地震災難的。場地的地震驚作用是指由于猛烈地面運動引起地面設施振動而產(chǎn)生的破壞作用。減輕它所產(chǎn)生的地震災難的主要途徑是合理的進展抗震和減震設計和實行減震措施。地段類別地質(zhì)、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（如故河道、疏松的斷破裂帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基）等危險地段地震時可能發(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)生地表錯位的部位建筑地段的選擇工程地質(zhì)條件對地震破壞的影響很大。常有地震烈度特殊現(xiàn)象，即“重災區(qū)里有輕災，輕災區(qū)里由重災”產(chǎn)生的緣由是局部地區(qū)的工程地質(zhì)條件不同。地段劃分水邊地的地下水位較高，土質(zhì)也較松軟，簡潔在地震時產(chǎn)生土壤滑動或地層液化。

用另外的土石來填補地基，常有土壤密實度缺乏情形，導致建筑物在地震時產(chǎn)生傾斜、沉陷。山坡地在地震時會產(chǎn)生土壤滑動沖積地的土質(zhì)松軟，地震時簡潔塌陷，假設此處有地下水層，還簡潔發(fā)生液化。接近陡崖，簡潔滑落谷地或低地，這里的建筑物簡潔在地震發(fā)生時，受土石倒塌破壞。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地裂發(fā)震斷裂的影響與地下斷裂構造直接相關的地裂與發(fā)震斷裂間接相關的受應力場把握所產(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。發(fā)震斷裂帶四周地表，在地震時可能產(chǎn)生新的錯動，使建筑物患病較大的破壞，屬于地震危急地段。建設時應避開。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)，全新世以來常常活動的斷裂面上。

局部地形的影響1.高突地形距離基準面的高度愈大，高處的反響愈大；2.離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離大，反響相對減??；3.在同樣地形條件下，土質(zhì)構造的反響比巖質(zhì)構造大；4.高突地形頂面愈開闊，遠離邊緣的中心部位的反響明顯減小;5.邊坡愈陡，其頂部的放大效應相應加大。地段選擇1.選擇有利地段；2.避開不利地段，當無法避開時，應實行適當?shù)目拐鸫胧?.不在危急地段建設。2.1.1場地土及場地掩蓋層厚度1、場地土：場地范圍內(nèi)的地基土。場地土對建筑物的震害，主要與場地土的堅硬程度和土層的組成有關。在同一地震和同一震中距離時，脆弱地基地面的自震周期長，振幅大，震驚持續(xù)時間長，震害也重(地基的震害)。脆弱地基上的建筑物震害比堅硬地基上的嚴峻(上部構造的震害)。堅硬土層上的剛性建筑、脆弱土上的柔性建筑破壞嚴峻。2、場地土的類型按土層等效剪切波速，場地土分4類：2.1.2場地掩蓋層厚度確實定：一般狀況下，應按地面至剪切波速大于500m/s的土層頂面；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；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，其厚度應從掩蓋土層中扣除。一般震害隨掩蓋層厚度的增加而加重。2.1.3場地類別《標準〕規(guī)定：建筑場地類別應依據(jù)土層等效剪切波速和場地掩蓋層厚度劃分為四類：依據(jù)場地覆土厚度及土的剪切波速確定建筑物的場地類別，由場地類別和地震分組查表得場地特征周期〔P35表3.2〕，最終由特征周期計算地震影響系數(shù)。

場地內(nèi)存在發(fā)震斷裂時，應對斷裂的工程影響進展評價，并應符合以下要求：對符合以下規(guī)定之一的狀況，可無視發(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，前第四紀基巖以上的土層掩蓋厚度分別大于60m和90m。2.對不符合本條1款規(guī)定的狀況，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。例：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〕確定掩蓋層厚度〔3〕確定建筑場地類別屬于中軟土屬于Ⅲ類場地補充：自然地基的震害特點及其抗震措施由于地基一旦發(fā)生破壞，震后修復加固很難，有時甚至不行能加固修復。一、自然地基的震害特點高壓縮性飽和軟粘土和強度較低的淤泥質(zhì)土，在地震中產(chǎn)生不同程度的震陷，從而造成或加劇了上部構造的傾斜或破壞。雜填土、回填土和沖填土等松軟填土地基，由于多為舊水坑、凹地等，土質(zhì)稀散且強度較低，地震中易產(chǎn)生沉陷，使構造開裂。溝、坑、故河道，坡地中半挖半填等非均質(zhì)地基，在地基中的不均勻沉陷或地裂縫上會引起上部構造破壞。2.2自然地基與根底的抗震驗算

抗震結構設計二、自然地基的抗震措施1、脆弱粘性土地基特點：壓縮性較大，抗剪強度小，承載力氣低。震害特點：使建筑物產(chǎn)生較大的附加沉降和不均勻沉降。處理措施：樁基；地基加固處理；以及類似減輕液化影響的根底處理措施和上部構造的處理措施。2、雜填土地基〔一般是人類任意堆填而成)特點：組成物質(zhì)雜亂，構造疏散，厚薄不一，均勻性很差，強度低，壓縮性高。震害特點：不均勻沉降導致上部構造開裂。處理：當雜填土的上層較薄時，可全部挖除〔換土〕；雜填土較厚時，承受地基加固的方法〔如擠密樁等〕。二、自然地基的抗震措施3、不均勻地基一般位于舊故河道邊，暗藏溝坑邊緣，半挖半填的地帶，以及土質(zhì)明顯不均勻的其他地段。震害特點：易引起地基失效，加劇上部構造的破壞。處理措施：地基加固處理4、地基加固處理方法A、換土墊層法換土厚度<3m適用：各種脆弱地基〔但換土深度有限，處理后仍有變形〕上部荷載較小，沉降要求不嚴時用這種方法。B、重錘夯實法適用：壓實各種稍濕粘土、砂土、雜填土地基〔在最優(yōu)含水量時下錘，假設含水量過大，可換土；假設含水量過小，可灑水，使之變?yōu)樽顑?yōu)含水量?！矯、擠密裝法〔運用廣泛〕適用：松散土、雜填土、可液化土，對飽和軟粘土不適用。D、強夯振沖法適用：淺層飽和砂土〔可防止液化〕E、砂井預壓法〔是一種深層加固方法〕適用：深厚的粉土層，淤泥質(zhì)粘土層，淤泥質(zhì)薄軟土地基加固。F、振沖法〔用振沖設備，常用水沖〕工作時，先啟動電擊帶動偏心塊高速旋轉(zhuǎn)，同時噴射高壓水，使形成孔洞，到確定深度后，填5-40mm碎石邊振實，形成碎石樁。

、可不進展自然地基及根底抗震驗算的建筑《標準規(guī)定：1、砌體房屋2、地基主要受力層范圍內(nèi)不存在脆弱粘性土層的以下建筑：一般的單層廠房；單層空曠房屋；不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋及根底荷載相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房。3、可不進展上部構造抗震驗算的建筑2.2自然地基與根底的抗震驗算

抗震結構設計2.2.2自然地基在地震作用下的抗震承載力驗算1、地基土的抗震承載力：調(diào)整后的地基土抗震承載力：地基土抗震承載力調(diào)整系數(shù)：深度修正后的地基土靜承載力特征值國內(nèi)外爭論資料說明：除特殊脆弱土之外，多數(shù)土在有限次的動載下，地震作用下一般土的動承載力皆比靜承載力高?？紤]地震作用的偶然性、短暫性及工程經(jīng)濟等因素，地基在地震作用下的牢靠性應比靜力作用下的牢靠性有所降低。2、自然地基的抗震驗算認為基底壓應力呈直線分布，則：：地震作用效應標準組合的根底底面的平均壓應力：地震作用效應組合的根底邊緣的最大壓應力。高寬比大于4的高層建筑，基底不宜消逝拉應力其他根底底面與地基土之間零應力區(qū)面積不應超過基底面積的15%。、地基土的液化

2液化土與軟土地基

抗震結構設計液化的宏觀標志是在地表消逝噴砂冒水。處于地下水位以下的飽和砂土和粉土在地震時簡潔消逝液化現(xiàn)象處于地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒構造受到地震作用時將趨于密實，使空隙水壓力急劇上升，而在地震作用的短臨時間內(nèi)，這種急劇上升的空隙水壓力來不及消散，使原有土顆粒通過接觸點傳遞的壓力減小，當有效壓力完全消逝時，土顆粒處于懸浮狀態(tài)之中。這時，土體完全失去抗剪強度而顯示出近于液體的特性。這種現(xiàn)象稱為液化。唐山地震時，嚴重液化地區(qū)噴水高度可達8米，廠房沉降可達1米。天津地震時，海河故道及新近沉積土地區(qū)有近3000個噴水冒砂口成群消逝，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達5立方米。有時地面運動停止后，噴水現(xiàn)象可持續(xù)30分鐘。液化的震害：噴水冒砂漂移農(nóng)田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸消逝裂縫、滑移，造成橋梁破壞，等等。2、場地土液化產(chǎn)生的震害地面開裂、下沉使建筑物產(chǎn)生過度下沉或整體傾斜。不均勻沉降引起建筑物上部構造破壞，使梁、板等水平構件及節(jié)點破壞，使墻體開裂和建筑物體形變化處開裂。地室內(nèi)地坪上鼓、開裂，設備根底上浮或下沉3、影響場地土液化的因素土層的地質(zhì)年月和組成：地質(zhì)年月越古老，越不易液化；細砂較粗砂易液化等。土層的相對密度：土的密實程度越大，越不易液化；土的粘性顆粒含量越高，越不易液化。土層的埋深和地下水位的深度：土的埋深越大，地下水位越深，越不易液化。地震烈度和地震持續(xù)時間：地震烈度越高，持續(xù)時間越長，飽和砂土越易液化。、液化的判別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，應進展液化判別。對6度區(qū)一般狀況下可不進展判別和處理，但對液化敏感的乙類建筑應按7度的要求進展判別和處理。2〕存在液化土層的地基，應依據(jù)建筑的抗震設防類別、地基的液化等級結合具體狀況實行相應的措施。1、初步判別《標準》規(guī)定：對飽和砂土或粉土，當符合以下條件之一，可不考慮液化的影響。地質(zhì)年月為第四紀晚更新世及其以前時，沖洪積形成的密實飽和砂土或粉土。粉土的粘粒含量不小于7度—10%；8度—13%；9度—16%。自然地基的建筑，當上覆非液化土層厚度和地下水位的深度符合以下條件之一：9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別液化土特征深度d0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=6.5m.根底埋深db=1.5m,該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：按判別式確定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別不需要考慮液化影響。dw=6.5mdu=5.5mdb=1.5m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其下為砂土，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=2.5m2、進一步判別細判經(jīng)初步判別認為需進一步進展液化判別時，一般承受標準貫入試驗進一步判別。鉆孔至試驗土層上15cm處,用63.5kg穿心錘，落距為76cm，打擊土層，打入土層30cm，所用的錘擊數(shù)記作N63.5，稱為標準貫入錘擊數(shù)。用N63.5與標準規(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---貫入器靴標準規(guī)定當飽和可液化土的標貫擊數(shù)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(shù)基準值，按下表采用。---飽和土粘粒含量百分率，當小于3或是砂土時，均應取3。括號內(nèi)數(shù)值用于設計根本地震加速度為0.15g和0.3g的地區(qū)12(15)---8（10)第二、三組1610(13)6（8）第一組987設計地震分組烈度3.液化指數(shù)與液化等級承受土層柱狀液化等級判定。---判別深度內(nèi)每一個鉆孔標準貫入試驗點總數(shù)；---分別為i點標準貫入錘擊數(shù)的實測值和臨界值，當實測值大于臨界值時取臨界值的數(shù)值；---第i點所代表的土層厚度（m)；---第i層考慮單位土層厚度的層位影響權函數(shù)值。若判別深度為15m，當該層中點深度不大于5m時采用10，等于15m時應取零值,5～15m時應按線性內(nèi)插值法取值;若判別深度為20m，當該層中點深度不大于5m時采用10，等于20m時應取零值，5～

20m時應按線性內(nèi)插值法取值。液化指數(shù)一般，液化指數(shù)越大，場地的噴水冒砂狀況和建筑物的液化震害就越嚴峻，因此，可依據(jù)液化指數(shù)的大小來區(qū)分液化危害程度，即地基的液化等級。見表2.7判別深度20m時的液化指標判別深度15m時的液化指標

嚴重

中等

輕微

液化等級液化等級

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、河邊有零星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明顯的沉降中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重均有，多數(shù)液化等級屬中等危害性較大，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200～300mm，高重心結構可能產(chǎn)生不允許的傾斜、可液化地基的抗震措施當液化土層較平坦、均勻時，可按下表選用抗液化措施地基和上部結構處理，或其它經(jīng)濟的措施可不采取措施可不采取措施丁類全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對地基和上部結構處理基礎和上部結構處理，或更高要求的措施基礎和上部結構處理，亦可不采取措施丙類全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對地基和上部結構處理部分消除液化沉陷，或?qū)Φ鼗蜕喜拷Y構處理乙類嚴重中等輕微地基的液化等級建筑類別場地土的液化會給建筑物造成一系列破壞，為保障建筑物的安全，可依據(jù)建筑的抗震設防類別和地基的液化等級，選擇適當?shù)目挂夯胧?〕承受深根底時，根底底面埋入深度以下穩(wěn)定土層中的深度，不應小于0.5m；3〕承受加密法〔如振沖、振動加密、砂樁擠密、強夯等〕加固時，應