第三章場地、地基和基礎

第三章場地、地基和基礎日本新瀉地基液化3.1建筑場地的選擇工程地質條件對地震破壞的影響很大。常有地震烈度異?，F(xiàn)象，即“重災區(qū)里有輕災，輕災區(qū)里有重災”產生的原因是局部地區(qū)的工程地質條件不同。地段類別地質、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)生地表錯位的部位水邊地的地下水位較高，土質也較松軟，容易在地震時產生土壤滑動或地層液化。

山坡地在地震時會產生土壤滑動

用另外的土石來填補地基，常有土壤密實度不足情形，導致建筑物在地震時產生傾斜、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，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，當無法避開時，應采取適當?shù)目拐鸫胧?.不在危險地段建設。3.1建筑場地的選擇二、局部突出地形的影響1.高突地形距離基準面的高度愈大，高處的反應愈大；2.離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離大，反應相對減??；3.在同樣地形條件下，土質結構的反應比巖質結構大；4.高突地形頂面愈開闊，遠離邊緣的中心部位的反應明顯減小;5.邊坡愈陡，其頂部的放大效應相應加大。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參數(shù)的增大幅度---附加調整系數(shù)

0.3

0.6

1.03.1建筑場地的選擇

0.6

0.5

0.4

0.3

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0.2

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0.10巖質地層非巖質地層突出地形的高度(m)局部突出臺地邊緣的側向平均坡降(H/L)局部突出地形地震影響系數(shù)的增大幅度4.1.8當需要在條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石和強風化巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣等不利地段建造丙類及丙類以上建筑時，除保證其在地震作用下的穩(wěn)定性外，尚應估計不利地段對設計地震動參數(shù)可能產生的放大作用，其水平地震影響系數(shù)最大值應乘以增大系數(shù)。其值應根據(jù)不利地段的具體情況確定，在1.1—1.6范圍內采用。3.1建筑場地的選擇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控制所產生的地裂3.1建筑場地的選擇斷裂帶是地質上的薄弱環(huán)節(jié)，淺源地震多與斷裂活動有關。建設時應避開。發(fā)震斷裂帶附近地表，在地震時可能產生新的錯動，使建筑物遭受較大的破壞，屬于地震危險地段。

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?。3.1建筑場地的選擇場地內存在發(fā)震斷裂時，應對斷裂的工程影響進行評價，并應符合下列要求：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

200m

專門研究8丁丙乙甲建筑抗震設防類別烈度發(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。大體相當于廠區(qū)、居民點和自然村的區(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Ⅰ1兩個亞類。建筑場地分類的指標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算公式為單一土層時多層土時---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?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，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----剪切波在地面至計算深度之間的傳播時間----計算深度范圍內第i土層的厚度(m)----計算深度范圍內第i土層的剪切波速(m/s)----計算深度范圍內土層的分層數(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淤泥質粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥質粘土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粉質黏土21019.013.5粉細砂24327.58.5礫石350例：某場地鉆孔地質資料見表，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)計算等效剪切波速。計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天然地基和基礎地基在地震作用下的穩(wěn)定性對基礎及上部結構的內力分布是比較敏感的，因此確保地震時基礎能夠承受上部結構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抗震設計的基本要求。一、天然地基的震害特點1.高壓縮性飽和軟粘土和承載力較低的淤泥質土在地震中產生不同程度的震陷，造成上部結構的傾斜或破壞；2.雜填土、回填土和沖填土等松軟填土地基，土質松軟且承載力較低，易產生沉陷，使結構開裂；3.溝、坑、古河道、坡地半挖半填等非勻質地基在地震中的不均勻沉降或地裂縫引起上部結構破壞。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；地基加固；3.不均勻地基綜合建筑體型、荷載、烈度、結構類型等采取合理的結構布局、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壓法三、地基基礎抗震設計1）同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土層上；2)同一結構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類型，在抗震驗算時應盡量考慮結構、基礎和地基的相互作用影響，使之能反映地基基礎在不同階段上的工作狀態(tài)。地基基礎抗震設計是通過選擇合理的基礎體系和抗震驗算來保證其抗震能力的。1.地基基礎抗震設計的一般要求三、地基基礎抗震設計三、地基基礎抗震設計四可不進行地基基礎抗震驗算的范圍1)本規(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）基礎荷載與3）項相當?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算采用“擬靜力法”規(guī)范規(guī)定：基礎底面平均壓力和邊緣最大壓力應符合下式要求式中p----基礎底面平均壓力（kPa)pmax—基礎底面邊緣最大壓力(kPa)faE---地基土抗震允許承載力高寬比大于4的高層建筑，在地震作用下基礎底面不宜出現(xiàn)脫離區(qū)（零應力區(qū)）；其它建筑，基礎底面與地基土之間脫離區(qū)（零應力區(qū)）面積不應超過基礎底面面積的15%。五、天然地基地震作用下的承載力驗算式中faE---調整后的地基抗震承載力設計值

---地基抗震承載力調整系數(shù)fa-----深寬修正后的地基承載力特征值，按《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007采用巖土名稱和性狀ζa巖石，密實的碎石土，密實的礫、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，密實和中密的細、粉砂，150kPa≤fak<300kPa的粘性土和粉土,堅硬黃土。1.3稍密的細、粉砂，100kPa≤fak<150kPa的粘性土和粉土，可塑黃土1.1淤泥，淤泥質土，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算六、地基土抗震承載力確定地基抗震承載力在靜力設計承載力基礎上調整。調整的出發(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）多數(shù)土在有限次的動載下，強度較靜載下稍高。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構受到地震作用時將發(fā)生液化。液化的宏觀標志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水。原因：砂土和粉土的土顆粒結構受到地震作用時將趨于密實。這種趨于密實的作用使空隙水壓力急劇上升，在地震作用的短暫時間內，孔隙水壓力來不及消散，使土顆粒處于懸浮狀態(tài)。P102砂土液化機理地震飽和砂土、粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移顆粒結構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力土粒之間因摩擦產生的抗剪能力消失砂土液化的危害使土體的抗震強度喪失，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，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，海河古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致開裂及下陷圖發(fā)生時間為1999年9月21日凌晨1時47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達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生土壤液化情形液化噴沙現(xiàn)象圖發(fā)生時間為1999年9月21日凌晨1時47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達7.3級的大地震。3.4場地土的液化與抗液化措施一、液化使建筑物產生下列震害：

1.地面開裂下沉使建筑物產生過度下沉或整體傾斜；

2.不均勻沉降引起建筑物上部結構破壞，使梁板等水平構件及其節(jié)點破壞，使墻體開裂和建筑物體形變化處開裂；

3.室內地坪上鼓、開裂，設備基礎上浮或下沉。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.土層的地質年代；

2.土層的土粒的組成和密實程度；

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

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時，除6度外，應進行液化判別。存在液化土層的地基，應根據(jù)建筑的抗震設防類別、地基的液化等級，結合具體情況采取相應的措施。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方法4.3.3飽和的砂土或粉土（不含黃土），當符合下列條件之一時，可初步判別為不液化或可不考慮液化影響。1）初判（1）地質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）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：（3）采用天然地基的建筑，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土層扣除；---基礎埋置深度(m),不超過2m時采用2m；---地下水位深度（m)，宜按建筑使用期內年平均最高水位采用，也可按近期內年最高水位采用；---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)須進一步判別區(qū)砂土1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)粉土7度9度8度7度8度9度db>2時，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