第5章 地基基础抗震设计

关注）
地震时会全部或部分丧失承载力，或产生不均匀沉陷； 无法用加宽基础，加强上部结构等措施克服其失效； 可用措施：地基处理（置换、加密、强夯等）或采用桩基。
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5.2.1 天然地基的震害特点（续）
地基震害包括滑坡、地裂、液化及震陷等。
滑坡：
（a）北川县城两侧山体大面积滑坡
Ni、Ncri——i点标准贯入锤击数的实测值和临界 值，当实测大于临界时取临界值；
抗震规范关于地基、基础的设计原则：
（1）同一结构单元基础不宜落在性质不同的地基土； （2）同一结构单元基础不宜采用不同基础型式；
（ 3 ）存在不利地基土时，应考虑不均匀沉降、倾覆、滑移等
不利影响，并采取加强整体性和刚度措施。
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5.2 地基抗震验算
1. 地基－－建筑物基础以下受力层范围内的岩/土层。
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5.1 地基基础抗震设计原则及要求
地基及基础的概念设计要求： 1）选择对抗震有利的建筑场地
表 5-1 有利、不利和危险地段的划分
地段类别 有利地段 一般地段 不利地段 地质、地形、地貌 稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等 不属于有利、不利和危险的地段 软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和边坡 的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（含故河道、疏松的断 层破碎带、暗埋的塘滨沟谷和半填半挖地基） ，高含水量的可塑黄土，地表存在 结构性裂缝等 地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地 表位错的部位
2. 宏观标志：地表喷砂冒水。
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3. 液化地表震害。
彰化县员林镇古井堵塞（液化喷砂）
地震中的地面塌陷现象
•
•
唐山地震，喷水高达8米，厂房沉降达1米。
天津地震，海河故道及新近沉积土地区有近3000个喷水冒砂口成群出现， 一般冒砂量0.1～1m3，最多可达5m3。地面运动停止后，喷水现象还持
式中：p——基础底面平均压力值； pmax——基础边缘最大压力值。
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5.3 不良地基抗震设计及其防治
5.3.1 液化土地基
1. 砂土液化/地基土液化－－饱和松散的砂土或粉土(不
含黄土 ) ，地震时因孔隙水压力增高，导致颗粒间 抗剪能力消失，从而使地基承载力丧失或减弱的现 象。
（b）汶川县城山体大面积滑坡
（c）北川中学新校区被滑坡体掩埋
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5.2.1 天然地基的震害特点（续）
地裂：构造性地裂和非构造性地裂
（a）构造性地裂，百花小学教学楼后（b）非构造性地裂，河岸，汉旺镇
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5.2.1 天然地基的震害特点（续）
式中：dw——地下水位深度（m）； d0——液化土特征深度； db——基础埋置深度，小于2m时应采用2m； du——上覆非液化土层厚度，扣除淤泥和淤泥质土层。 GB50011-2010表4.3.3 液化土特征深度d0（m）
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土类别 粉土 砂土
7度 6 7
8度 7 8
9度 8 9
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强烈振动——土压密——孔隙水受到挤压 ——水压力急剧增加——孔隙水压力＝土 颗粒受到的正压力——土颗粒悬浮——抗 剪能力消失
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1） 液化的影响因素
①地质年代： 年代越久远，越不容易液化
②砂土的类型，密实程度，粉土的粘粒含量rc
细沙更易液化；松散的砂更易液化，黏粒含量越低，越容易液化
续30分钟。
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4. 液化对建筑物造成的震害： ①下沉或整体倾斜；
②不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏；
③室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。
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5. 地基土液化机理：
需要考虑液化影响。
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dw=6m
按判别式确定
饱和土类别 粉土 砂土
7度 6 7
8度 7 8
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db=2m
9度 8 9
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（2） 标准贯入试验判别－－进一步判别
①判别深度范围
一般20m，对可不进行天然地基及基础的抗震承载 力验算的各类基础，可只判别15m。
③土层的埋置深度，即上覆非液化土层厚度
埋深越大，越不容易液化
④地下水位深度
水位越深，越不容易液化
⑤历史地震情况
跟历史地震的强弱程度有关
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⑥地震强度和地震持续时间
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2）液化的判别 步骤：初步判别
（1） 初步判别
符合下列条件之一时，可判别为不液化或可以不考虑液化 影响：
标准贯入锤击数基准值N0
地面 加速 度 N0 抗震设防烈度（设计基本地震加速度） 7度 7度 8度 8度 9度 （0.10g） （0.15g） （0.20g） （0.30g） （0.40g） 7 10 12 16 19
调整系数β
设计地震分组
第一组 第二组 第三组
调整系数β
0.80 0.95 1.05
（b）汶川县漩口镇某建筑地面震陷
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基础底面下深度为 3b （ b 为基 础底面宽度），独立基础下为 1） 不需验算建筑：一般天然土质上地基极少在地震作用下失效。 1.5b ，且厚度均不小于 5m的范 围（二层以下一般的民用建筑 规范规定下列建筑可不进行天然地基抗震承载力验算： 除外）。
注：地基主要受力层系指条形 5.2.2 地基抗震验算
1) 规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑; 2) 地基主要受力层范围不存在软弱粘性土层的下列建筑：
a. 一般单层厂房或单层空旷房屋； b. 砌体房屋；
软弱粘性土层指 7、8、9度 时 fa<80 、 100 、 120kPa 的土层。
c. 不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架-抗震墙 房屋；
液化：饱和松散的沙土或粉土，地震时呈悬浮状态。
地面喷水冒砂，地面下陷，地基发生不均匀沉降
（a）唐山地震时的液化现象
（b）台湾集集地震中的液化喷砂
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5.2.1 天然地基的震害特点（续）
震陷 ：地面沉陷 多发于软土、松散砂类土、不均匀地基及人工填土中
（a）道路震陷
②判别依据：标准贯入试验
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标准贯入试验
吊环 通常使用1英寸 （25mm）麻绳 动力 旋转头 63.5kg穿心锤 导杆 锤垫 触探杆 地表 76cm 落差 1 、先钻至试验土 层标高以上 15cm； 2 、将标准贯入器 打至试验土层 标高； 3 、在锤的落距为 76cm的条件下， 连续打入土层 30cm ，记录所 得锤击数为 N63.5 。
标准贯入试验判别。
①地质年代为第四纪晚更新世（ Q3 ）及其以前时，且烈度 为7、8度时； ②粉土的粘粒含量百分率 rc，7 、8和9度区≥10、13、16％时；
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③浅埋天然地基，当地下水位深度，上覆土层厚度，符合三式之一：
d w d0 db 3 du d0 db 2 d u d w 1 .5 d 0 2 d b 4 . 5
贯入器 30cm
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锤击数记为N63.5
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（2） 标准贯入试验判别（续）
③判别准则：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
N63.5 Ncr 判定为液化土。 N63.5 Ncr 判定为不液化土。
式中：N63.5——标准贯入锤击数。 Ncr ——液化判别标准贯入锤击数下限值。
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Ncr N0 ln(0.6ds 1.5) 0.1d w
Ncr ——液化判别标准贯入锤击数下限值； N0 ——液化判别标准锤击数基准值；
3 c
β——与设计地震分组相关的调整系数；
ds——饱和土标准贯入点深度（m）； ρc——饱和土的粘粒含量百分率，当ρc小于3或为砂土时取3。
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5.1 地基基础抗震设计原则及要求（续）
3）加强地基基础的抗震性能
（1）合理加大基础的埋置深度
（2）选择合理的基础类型


桩基础
箱形基础、筏板基础、带地下室基础


钢筋混凝土柱下独立基础
砖石条形基础
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5.1 地基基础抗震设计原则及要求（续）
地基土 岩石，密实的碎石土，密实的砾、粗、中砂，fak≥300kPa的粘性土和粉土
ζa
1.5
中密、稍密的碎石土，中密和稍密的砾、粗、中砂，密实和中密的细、粉砂， 1.3 150kPa≤fak＜300kPa的粘性土和粉土，坚硬黄土 稍密的细、粉砂，100kPa≤fak＜150kPa的粘性土和粉土，可塑黄土 1.1
d. 基础荷载与c相当的多层框架厂房和多层混凝土抗震墙房屋。
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2） 地基土抗震承载力
1 地基土抗震承载力faE：
f aE a f a
式中：fa——深宽修正后的地基承载力特征值，见GB50007-。
ζa——地基土抗震承载力调整系数。 地基土抗震承载力调整系数ζ a
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5.3.1液化土地基——3）液化地基的评价
1. 地基液化指数IlE －－定量评价液化土的危害程度。
I lE

n
i 1
Ni (1 ) d iW i N c ri
越大，液化后果越严重
式中： n —— 在判别深度范围内每一个钻孔标准贯 入试验 点的总数；
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5.2.2 地基抗震验算
1 按静力设计要求确定基础尺寸， 验算地基强度和沉降量。
2 地基抗震强度验算。 1 ）将各类荷载效应和地震作用效应加以组合 （标准组合），直线分布。
2）验算要求：
p f aE
pmax 1.2 f aE
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例1：图示为某场地地基剖面图，上覆非液化土层厚度du=5.5m，其下为砂土， 地下水位深度为 dw=6m，基础埋深db=2m，该场地为8度区。确定是否 考虑液化影响。 解：
查液化土特征深度表
d 0 8m 1.5d0 2d b 4.5 11.5m
d u d w 11.5m
淤泥、淤泥质土，松散的砂，杂填土，新近堆积黄土及流塑黄土
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1.0
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地基抗震承载力为何可提高？
1）静载下地基土产生弹性变形和永久变形，地震作用下只考 虑弹性变形，变形较小；
2) 多数土在有限次的动载下，强度较静载下稍高； 3）地震是偶发事件，地基抗震承载力安全系数可比静载时降 低。
危险地段
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5.1 地基基础抗震设计原则及要求（续）
2）加强基础与上部结构的整体性
（1）钢筋混凝土结构、钢结构：
一般无需特殊的整体性措施 （2）砌体结构 油毡防潮层，砂浆防潮层？ 增设封闭基础圈梁加强基础同上部结构的整体性
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5 地基基础抗震设计
5.1 地基基础抗震设计原则及要求 5.2 地基抗震验算
5.2.1 天然地基的震害特点 5.2.2 地基抗震验算
5.3 不良地基抗震设计及其防治
5.3.1 液化土地基 5.3.2 其他不良地基
5.4 基础抗震验算
5.4.1 天然浅基础的抗震验算 5.4.2 桩基的抗震验算
地基与基础
2. 基础－－位于建筑底部，承担上部结构荷载并将其
传递到地基的结构部件。
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5.2.1 天然地基的震害特点
因地基失效造成的基础或上部结构震害，称为地基震害。
1. 一般土层地基－－在地震时很少发生问题。 2. 松软土和不均匀地基－－造成上部建筑物静力破坏。（重点