场地与地基

第二章场地与地基

§2．1 场地划分与场地区划

2.1.1 场地及其地震效应

场地是指建筑物所在地，其范围大体相对于厂区、居民点和自然村的范围。历史震害资料表明，建筑物震害除与地震类型、结构类型等有关外，还与其下卧层的构成、覆盖层厚度密切相关。图2-1是1967年委内瑞拉加拉加斯地震的震害调查统计结果。从图中可以看出：在土层厚度为50m左右的场地上，3-5层的建筑物破坏相对较多；而在厚度为150-300m的冲积层上，10-24层的建筑物震害最为严重。对我国1975年海城地震、1976年唐山地震等大地震的宏观震害调查资料的分析也表明了类似的规律：房屋倒塌率随土层厚度的增加而加大；比较而言，软弱场地上的建筑物震害一般重于坚硬场地。

图2-1 房屋破坏率与土层厚度关系图2-2 基地压力验算

从原理上分析，在岩层中传播的地震波，本来就具有多种频率成分，其中，在振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期，称为地震动的卓越周期。在地震波通过覆盖土层传向地表的过程中，与土层固有周期相一致的一些频率波群将被放大，而另一些频率波群将被衰减甚至被完全过滤掉。这样，地震波通过土层后，由于土层的过滤特性与选择放大作用，地表地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有周期。当建筑物的固有周期与地震动的卓越周期相接近时，建筑物的振动会加大，相应地，震害也会加重。

进一步深入的理论分析证明，多层土的地震效应主要取决于三个基本因素：覆盖土层厚度、土层剪切波速、岩土阻抗比。在这三个因素中，岩土阻抗比主要影响共振放大效应，而其它两者则主要影响地震动的频谱特性。

2.1.2 覆盖层厚度

覆盖层厚度的原意是指从地表面至地下基岩面的距离。从地震波传播的观点看，基岩界面是地震波传波途径中的一个强烈的折射与反射面，此界面以下的岩层振动刚度要比上部土层的相应值大很多。根据这一背景，工程上常这样判定：当下部土层的剪切波速达到上部土

层剪切波速的2.5倍，且下部土层中没有剪切波速小于400m/s 的岩土层时，该下部土层就可以近似看作基岩。由于工程地质勘察手段往往难以取得深部土层的剪切波速数据，为了实用上的方便，我国建筑抗震设计规范进一步采用土层的绝对刚度定义覆盖层厚度，即：地下基岩或剪切波速大于500m/s 的坚硬土层至地表面的距离，称为“覆盖层厚度”。

2.1.3 场地的类别

前已述及，不同场地上的地震动，其频谱特征有明显的差别。为了反映这一特点，我国建筑设计规范将建筑场地划分为4个不同的类别，见表2-1。

从表2-1可见，场地类别是根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度两个指标综合确定的。场地覆盖层厚度已于上文作了解释。土层等效剪切波速se V 则应按下式计算。

∑==n

i si i o se V d d V 1)/(/ （2-1）

式中 0d ——计算深度，取覆盖层厚度和20m 两者的较小值；

n ——计算深度范围内土层的分层数； si V ——第i 层土的剪切波速； i d ——第i 层土的厚度。

对于10层和高度30m 以下的丙类建筑及丁类建筑，当无实测剪切波速时，也可以根据岩土性状按表2-2划分土的类型，并利用当地经验在该表所示的波速范围内估计各土层的剪切波速。

表2-1 各类建筑场地的覆盖层厚度(m)

表2-2 土的类型划分

表2-2中，

ak f 为由荷载试验等方法得到的地基土静承载力特征值，单位为Kpa 。

表2.1的分类标准主要适用于剪切波速随深度递增的一般情况。在实际工程中，层状土

夹层的影响比较复杂，很难用单一指标反映。地震反应分析的研究结果表明，硬土夹层的影响相对比较小，而埋藏深、厚度较大的软弱土夹层，虽能抑制基岩输入地震波的高频成分，但却能显著放大输入地震波中的低频成分。因此，当计算深度以下有明显的软弱土夹层时，一般应适当提高场地类别。

[例题2-1],已知某建筑场地的钻孔地质资料如表2-3所示，试确定该场地的类别。

[解] (1) 确定覆盖层厚度

因为地表下7.5m 以下土层的s V =520m/s>500m/s ，故0d =7.5m.。

(2)计算等效剪切波速，按式（2-1）有

6

.253)3100

.42400.21805.1/(5.7=++=se V

查表2-1，se V 位于250～500m/s 之间，且0d >5m ，故属于Ⅱ类场地。

2.1.4 场地区划

对于中等规模以上的城市，我国建筑抗震设计规范允许采用经过批准的抗震设防区划进行抗震设防。这就牵涉到了场地设计地震动的区域划分问题。这种区域划分一般给出城区范围内的场地类别区域划分（又称场地小区划）、设防地震动参数区划和场地地面破坏潜势区划等结果。这里，仅简单介绍场地小区划的基本内容。 场地区划的基本方法与过程是：

1． 收集城区范围内的工程地质、水文地质、地震地质资料；

2． 依据上述资料作出所考虑区域的控制地质剖面图，确立场地小区划的平面控制点； 3． 视具体情况适当进行补充的工程地质勘探和剪切波速测试工作；

4． 按照工程地质资料统计给出不同类别土的剪切波速随深度变化的经验关系；

5． 依据控制地质剖面图、剪切波速经验关系，计算各平面控制点的浅层岩土（地表下

20m ）等效剪切波速，并决定各控制点覆盖层厚度；

6e. 根据等效剪切波速和覆盖层厚度按照表2-1规定对城区范围内的场地作出小区划

分。

工作深入的场地区划还可以作出场地等效剪切波速等值线和场地固有周期等值线。场地固有周期T 可按照剪切波重复反射理论按下式计算：

∑

==n

i si

i

V d T

1

4 （2-2）

式中符号说明同（2-1）式。

细致的场地区划工作可以起到节约投入、一劳永逸的效果。建筑抗震设计人员应注意向当地抗震主管部门咨询有关资料，视具体情况应用于设计之中。

§2.2 地基抗震验算

2．2．1 地基抗震设计原则

地基是指建筑物基础下面受力层范围内的土层。对历史震害资料的统计分析表明，一般土地基在地震时很少发生问题。造成上部建筑物破坏的主要是松软土地基和不均匀地基。因此，设计地震区的建筑物，应根据土质的不同情况采用不同的处理方案。 1.松软土地基

在地震区，对饱和的淤泥和淤泥质土、冲填土和杂填土、不均匀地基土，不能不加处

理地直接用作建筑物的天然地基。工程实践已经证明，尽管这些地基土在静力条件下具有一定的承载能力，但在地震时，由于地面运动的影响，会全部或部分地丧失承载能力，或者产生不均匀沉陷和过量沉陷，造成建筑物的破坏或影响其正常使用。松软土地基的失效不能用加宽基础、加强上部结构等措施克服，而应采用地基处理措施（如置换、加密、强夯等）消除土的动力不稳定性，或者采用桩基等深基础避开可能失效的地基对上部建筑的不利影响。 2.一般土地基

房屋震害调查统计资料表明，建造于一般土质天然地基上的房屋，遭遇地震时，极少有因地基强度不足或较大沉陷导致的上部结构破坏。因此，我国建筑抗震设计规范规定，下述建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算： （1）砌体房屋；

（2）地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的一般厂房、单层空旷房屋、8层且高度在25m 以下的一般民用框架房屋及与其基础荷载相当的多层框架厂房。这里，软弱粘性土层是指设防烈度为7度、8度和9度时，地基土静承载能力特征值分别小于80、100和120Kpa 的土层； （3）规范中规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。 3.地裂危害的防治

当地震烈度为7度以上时，在软弱场地土及中软场地土地区，地面裂隙比较发育，建筑物特别是砖结构建筑物常因地裂通过面被撕裂。因此，对位于软弱场地土上的建筑物，当基本烈度为7度以上时，应采取防地裂措施。例如，对于砖结构房屋，可在承重砖墙的基础内设置现浇钢筋混凝土圈梁；对于单层钢筋混凝土柱厂房，可沿外墙一圈设置现浇整体基础墙梁或有现浇接头的装配整体式基础墙梁。位于中软场地土上的建筑物，当基本烈度为9度时，