場地、地基和基礎(chǔ)課件

地質(zhì)年代表（附）相對年代絕對年齡（萬年）生物宙代紀(jì)世顯生宙新生代第四紀(jì)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(jì)（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)年代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)年代和絕對地質(zhì)年代。整個歷史時期地質(zhì)作用在不停息地進行著。各個地質(zhì)歷史階段，既有巖石、礦物和生物的形成與發(fā)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(jié)合埋藏在巖石中能反映生物演化程式的化石和地質(zhì)構(gòu)造，按先後順序確定下來，展示巖石的新老關(guān)係，這就是相對年代。國際上又將地質(zhì)年代劃分為大小不同等級的單位，如宙、代、紀(jì)、世等。與此相對應(yīng)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(jì)形成，第四紀(jì)是指約250萬年至今這段地質(zhì)時期。

重點掌握2.1場地2.2天然地基與基礎(chǔ)的抗震驗算2.3液化土瞭解內(nèi)容2.3軟土地基2.4樁基的抗震設(shè)計

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計2場地、地基和基礎(chǔ)地震破壞作用：從破壞性質(zhì)和工程對策角度，地震對結(jié)構(gòu)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動作用。

場地和地基的破壞作用一般是指造成建築破壞的直接原因是由於場地和地基穩(wěn)定性引起的。

場地和地基的破壞作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。場地：建築物的所在地，其在平面上大體相當(dāng)於廠區(qū)、居民區(qū)或自然村的區(qū)域範(fàn)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(zāi)害的。

場地的地震動作用是指由於強烈地面運動引起地面設(shè)施振動而產(chǎn)生的破壞作用。

減輕它所產(chǎn)生的地震災(zāi)害的主要途徑是合理的進行抗震和減震設(shè)計和採取減震措施。

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，平面分佈上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（如故河道、疏鬆的斷破裂帶、暗埋的塘浜溝穀和半填半挖地基）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築地段的選擇工程地質(zhì)條件對地震破壞的影響很大。常有地震烈度異?，F(xiàn)象，即“重災(zāi)區(qū)裏有輕災(zāi)，輕災(zāi)區(qū)裏由重災(zāi)”產(chǎn)生的原因是局部地區(qū)的工程地質(zhì)條件不同。地段劃分

水邊地的地下水位較高，土質(zhì)也較鬆軟，容易在地震時產(chǎn)生土壤滑動或地層液化。

用另外的土石來填補地基，常有土壤密實度不足情形，導(dǎo)致建築物在地震時產(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)鬆軟，地震時容易塌陷，如果此處有地下水層，還容易發(fā)生液化。

臨近懸崖，容易滑落

谷地或低地，這裏的建築物容易在地震發(fā)生時，受土石崩塌破壞。

地震引發(fā)了一巨大的泥石流，數(shù)百戶人家被埋在泥石裏地裂發(fā)震斷裂的影響與地下斷裂構(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，在地震時可能產(chǎn)生新的錯動，使建築物遭受較大的破壞，屬於地震危險地段。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)?；顒拥臄嗔衙嫔稀?/p>

局部地形的影響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。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，應(yīng)採取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?.不在危險地段建設(shè)。

2.1.1場地土及場地覆蓋層厚度1、場地土：場地範(fàn)圍內(nèi)的地基土。場地土對建築物的震害，主要與場地土的堅硬程度和土層的組成有關(guān)。在同一地震和同一震中距離時，軟弱地基地面的自震週期長，振幅大，震動持續(xù)時間長，震害也重(地基的震害)。軟弱地基上的建築物震害比堅硬地基上的嚴(yán)重(上部結(jié)構(gòu)的震害)。堅硬土層上的剛性建築、軟弱土上的柔性建築破壞嚴(yán)重。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場地覆蓋層厚度的確定：一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速大於500m/s的土層頂面；2.當(dāng)?shù)孛?m以下存在剪切波速大於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於400m/s時，可按地面至該下臥土層頂面的距離確定；3.剪切波速大於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。一般震害隨覆蓋層厚度的增加而加重。

2.1.3

場地類別《規(guī)範(fàn)）規(guī)定：建築場地類別應(yīng)根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度劃分為四類：根據(jù)場地覆土厚度及土的剪切波速確定建築物的場地類別，由場地類別和地震分組查表得場地特徵週期（P35表3.2），最後由特徵週期計算地震影響係數(shù)。

場地記憶體在發(fā)震斷裂時，應(yīng)對斷裂的工程影響進行評價，並應(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築的影響：

1）抗震設(shè)防烈度小於8度；

2）非全新世活動斷裂；

3）抗震設(shè)防烈度為8度和9度時隱伏斷裂，前第四紀(jì)基巖以上的土層覆蓋厚度分別大於60m和90m。2.對不符合本條1款規(guī)定的情況，應(yīng)避開主斷裂帶。其避讓距離不宜小於下表對發(fā)震斷裂最小避讓距離的規(guī)定。例：已知某建築場地的鑽孔土層資料如表所示，試確定該建築場地的類別。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）確定建築場地類別屬於中軟土屬於Ⅲ類場地

補充：天然地基的震害特點及其抗震措施由於地基一旦發(fā)生破壞，震後修復(fù)加固很難，有時甚至不可能加固修復(fù)。一、天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結(jié)構(gòu)的傾斜或破壞。雜填土、回填土和沖填土等鬆軟填土地基，由於多為舊水坑、窪地等，土質(zhì)稀散且強度較低，地震中易產(chǎn)生沉陷，使結(jié)構(gòu)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結(jié)構(gòu)破壞。

2.2天然地基與基礎(chǔ)的抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

二、天然地基的抗震措施

1、軟弱粘性土地基特點：壓縮性較大，抗剪強度小，承載能力低。震害特點：使建築物產(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基礎(chǔ)處理措施和上部結(jié)構(gòu)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，結(jié)構(gòu)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(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)開裂。處理：當(dāng)雜填土的上層較薄時，可全部挖除（換土）；雜填土較厚時，採用地基加固的方法（如擠密樁等）。

二、天然地基的抗震措施3、不均勻地基一般位於舊故河道邊，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，加劇上部結(jié)構(gòu)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：各種軟弱地基（但換土深度有限，處理後仍有變形）上部荷載較小，沉降要求不嚴(yán)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，若含水量過大，可換土；若含水量過小，可灑水，使之變?yōu)樽顑?yōu)含水量。）C、擠密裝法（運用廣泛）適用：鬆散土、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(yù)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(shè)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，到一定深度後，填5-40mm碎石邊振實，形成碎石樁。

2.2.1、可不進行天然地基及基礎(chǔ)抗震驗算的建築《規(guī)範(fàn)》4.2.1規(guī)定：1、砌體房屋2、地基主要受力層範(fàn)圍內(nèi)不存在軟弱粘性土層的下列建築：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基礎(chǔ)荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房。3、可不進行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的建築2.2天然地基與基礎(chǔ)的抗震驗算

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.2天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)整後的地基土抗震承載力：地基土抗震承載力調(diào)整係數(shù)：深度修正後的地基土靜承載力特徵值國內(nèi)外研究資料表明：除十分軟弱土之外，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。考慮地震作用的偶然性、短暫性及工程經(jīng)濟等因素，地基在地震作用下的可靠性應(yīng)比靜力作用下的可靠性有所降低。2、天然地基的抗震驗算認(rèn)為基底壓應(yīng)力呈直線分佈，則：：地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的基礎(chǔ)底面的平均壓應(yīng)力：地震作用效應(yīng)組合的基礎(chǔ)邊緣的最大壓應(yīng)力。高寬比大於4的高層建築，基底不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力其他基礎(chǔ)底面與地基土之間零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)超過基底面積的15%。2.3.1、地基土的液化

2液化土與軟土地基

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計液化的宏觀標(biāo)誌是在地表出現(xiàn)噴砂冒水。

處於地下水位以下的飽和砂土和粉土在地震時容易出現(xiàn)液化現(xiàn)象

處於地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到地震作用時將趨於密實，使空隙水壓力急劇上升，而在地震作用的短暫時間內(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(dāng)有效壓力完全消失時，土顆粒處於懸浮狀態(tài)之中。這時，土體完全失去抗剪強度而顯示出近於液體的特性。這種現(xiàn)象稱為液化。

唐山地震時，嚴(yán)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個噴水冒砂口成群出現(xiàn)，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達5立方米。有時地面運動停止後，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，淤塞管道，淘空路基；沿河岸出現(xiàn)裂縫、滑移，造成橋樑破壞，等等。

2、場地土液化產(chǎn)生的震害地面開裂、下沉使建築物產(chǎn)生過度下沉或整體傾斜。不均勻沉降引起建築物上部結(jié)構(gòu)破壞，使梁、板等水準(zhǔn)構(gòu)件及節(jié)點破壞，使?fàn)濗w開裂和建築物體形變化處開裂。地室內(nèi)地坪上鼓、開裂，設(shè)備基礎(chǔ)上浮或下沉3、影響場地土液化的因素土層的地質(zhì)年代和組成：地質(zhì)年代越古老，越不易液化；細(xì)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。2.3.2、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(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築應(yīng)按7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)建築的抗震設(shè)防類別、地基的液化等級結(jié)合具體情況採取相應(yīng)的措施。1、初步判別《規(guī)範(fàn)》規(guī)定：對飽和砂土或粉土，當(dāng)符合下列條件之一，可不考慮液化的影響。地質(zhì)年代為第四紀(jì)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於7度—10%；8度—13%；9度—16%。天然地基的建築，當(dāng)上覆非液化土層厚度和地下水位的深度符合下列條件之一：9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別液化土特徵深度d0查液化土特徵深度表例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.基礎(chǔ)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查液化土特徵深度表解：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(chǔ)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(xì)判經(jīng)初步判別認(rèn)為需進一步進行液化判別時，一般採用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗進一步判別。

鑽孔至試驗土層上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(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)。用N63.5與規(guī)範(fàn)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---貫入器靴規(guī)範(fàn)規(guī)定當(dāng)飽和可液化土的標(biāo)貫擊數(shù)N63.5的值小於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(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點深度（m)---液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，按下表採用。---飽和土粘粒含量百分率，當(dāng)小於3或是砂土?xí)r，均應(yīng)取3。括弧內(nèi)數(shù)值用於設(shè)計基本地震加速度為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(shè)計地震分組烈度3.液化指數(shù)與液化等級採用土層柱狀液化等級判定。---判別深度內(nèi)每一個鑽孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點總數(shù)；---分別為i點標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的實測值和臨界值，當(dāng)實測值大於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(quán)函數(shù)值。若判別深度為15m，當(dāng)該層中點深度不大於5m時採用10，等於15m時應(yīng)取零值,5～15m時應(yīng)按線性內(nèi)插值法取值;若判別深度為20m，當(dāng)該層中點深度不大於5m時採用10，等於20m時應(yīng)取零值，5～

20m時應(yīng)按線性內(nèi)插值法取值。液化指數(shù)

一般，液化指數(shù)越大，場地的噴水冒砂情況和建築物的液化震害就越嚴(yán)重，因此，可根據(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(biāo)判別深度15m時的液化指標(biāo)

嚴(yán)重

中等

輕微

液化等級液化等級

地面噴水冒砂情況

對建築物的危害情況輕微地面無噴水冒砂，或僅在窪地、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(yán)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(yán)重一般噴水冒砂都很嚴(yán)重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大於200～300mm，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不允許的傾斜2.3.3、可液化地基的抗震措施當(dāng)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(jié)構(gòu)處理，或其他經(jīng)濟的措施可不採取措施可不採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(jié)構(gòu)處理基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，或更高要求的措施基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，亦可不採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(jié)構(gòu)處理部分消除液化沉陷，或?qū)Φ鼗蜕喜拷Y(jié)構(gòu)處理乙類嚴(yán)重中等輕微地基的液化等級建築類別場地土的液化會給建築物造成一系列破壞，為保障建築物的安全，可根據(jù)建築的抗震設(shè)防類別和地基的液化等級，選擇適當(dāng)?shù)目挂夯胧?）採用深基礎(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)小於0.5m；3）採用加密法（如振沖、振動加密、砂樁擠密、強夯等）加固時，應(yīng)處理至液化深度下界，且處理後土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的實