第2章場(chǎng)地與地基

第二章場(chǎng)地、地基和基礎(chǔ)內(nèi)容： 場(chǎng)地的地震影響、場(chǎng)地的分類、地基抗震措施、地基抗震驗(yàn)算、液化問題。§2.1場(chǎng)地一、場(chǎng)地及其地震效應(yīng) 場(chǎng)地：工程群體所在地，其范圍相當(dāng)于一個(gè)廠區(qū)、住宅小區(qū)、一個(gè)自然村落或不小于1km2的范圍。不同場(chǎng)地上的建筑的震害不同。因地震的大小和工程地質(zhì)條件不同而不同。1、震害表現(xiàn)：

在軟弱的地基上，柔性結(jié)構(gòu)（長(zhǎng)周期）破壞較重，剛性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好； 在堅(jiān)硬的地基上，柔性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好，而剛性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)不一。在堅(jiān)硬的地基上，一般是結(jié)構(gòu)破壞，在軟弱的地基上有結(jié)構(gòu)破壞，也有地基破壞。2、原因分析：這與地基的動(dòng)力特性有關(guān)。

地震波在地殼內(nèi)部傳播，地震波傳至地表時(shí)的振動(dòng)強(qiáng)烈程度，與地震的震級(jí)、震中距、振動(dòng)的頻率組成、場(chǎng)地土層的組成（動(dòng)力參數(shù)——自振周期）有關(guān)。震害表明，不同的建筑形式在不同的場(chǎng)地上的破壞程度是不一樣的。這就有必要研究建筑的場(chǎng)地對(duì)建筑物的地震作用的影響，以便根據(jù)不同的場(chǎng)地類別采用相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。

3、場(chǎng)地的固有周期模型i層土的剪切剛度當(dāng)為單一土質(zhì)時(shí)，固有周期

H—土層厚度

vs—剪切波速解多質(zhì)點(diǎn)體系振動(dòng)方程。土層的剪切摸量多層土的固有周期

當(dāng)大時(shí)（堅(jiān)硬土）T小，當(dāng)h大時(shí)，T大，場(chǎng)地土的固有周期與土層的堅(jiān)硬程度和土層覆蓋厚度有關(guān)。4、場(chǎng)地的地震效應(yīng)場(chǎng)地的土層相當(dāng)于一個(gè)放大器和濾波器。地震波由各種周期的諧波分量組成。地震波經(jīng)過土層時(shí)，將放大那些與場(chǎng)地固有周期相近的諧波分量，而使其它諧波分量衰減減小。

地震波軟弱地基以長(zhǎng)周期為主，放大。堅(jiān)硬地基以短周期為主，放大。當(dāng)建筑的自振周期與場(chǎng)地的周期相近時(shí)，振動(dòng)會(huì)放大，使破壞更大，相反則小。

場(chǎng)地（放大器，濾波器）關(guān)于上次課的問題：什么是次生災(zāi)害？地震對(duì)建筑物會(huì)造成哪些危害？有何相應(yīng)對(duì)策？什么是設(shè)防烈度？多遇烈度？罕遇烈度？什么是“三水準(zhǔn)、兩階段設(shè)計(jì)法”？建筑抗震設(shè)防類別分幾類？相應(yīng)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)如何？軟弱地基上建筑震害較重的原因1）建筑的破壞有一個(gè)過程，當(dāng)建筑開裂后結(jié)構(gòu)的自振周期將加大，對(duì)于堅(jiān)硬場(chǎng)地上的建筑來說，由于結(jié)構(gòu)的周期將遠(yuǎn)離場(chǎng)地的周期，故結(jié)構(gòu)的地震作用將減小。2）而軟弱場(chǎng)地上的建筑開裂后，自振周期將靠近場(chǎng)地的周期，使結(jié)構(gòu)的地震作用進(jìn)一步加大，故破壞嚴(yán)重。二、***場(chǎng)地的類別

建筑場(chǎng)地的類別與場(chǎng)地土的類型和場(chǎng)地土的覆蓋層厚度有關(guān)1、*場(chǎng)地土的類型：場(chǎng)地土的類型根據(jù)場(chǎng)地土的堅(jiān)硬程度劃分為四類。

a、實(shí)測(cè)剪切波速法：實(shí)測(cè)地面下20m（但不深于覆蓋層厚度）土層的等效剪切波速。Vs500m/s堅(jiān)硬場(chǎng)地土

250Vs≤500中硬場(chǎng)地土

140Vs≤250中軟場(chǎng)地土

Vs≤140軟弱場(chǎng)地土b、近似劃分法：根據(jù)土層的性狀近似劃分，見P15表2-1。2、*場(chǎng)地覆蓋層厚度： 當(dāng)剪切波Vs500時(shí)，即認(rèn)為是基巖，其上部到地表的厚度為場(chǎng)地覆蓋層厚度。

3、***建筑場(chǎng)地的類別：根據(jù)場(chǎng)地土的類型和場(chǎng)地覆蓋層厚度，分為I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類。Vse見P15式（2-1）。等效剪切波速（m/s)場(chǎng)地類別ⅠⅡⅢⅣVse>5000---500≥Vse>250<5≥5--250≥Vse>140<33~50>50-Vse≤140<33~15>15~80>80例：已知某建筑場(chǎng)地的鉆孔土層資料如下表所示，試確定該建筑場(chǎng)地的類別。層底深度（m）土層厚度（m）土的名稱土層剪切波速vsi（m/s）

9.509.50砂17037.8028.30淤泥質(zhì)粘土13043.605.80砂24060.1016.50淤泥質(zhì)粘土20063.002.90細(xì)砂31069.506.50礫混粗砂520解：（1）確定地面下20m表層土的場(chǎng)地土類型vse值位于250vse>140m/s之間，故表層土屬于中軟場(chǎng)地土。（2）確定覆蓋層厚度dov由表中數(shù)據(jù)知，63m以下的vsi=520m/s>500m/s，故dov=63m。（3）確定建筑場(chǎng)地的類別由于表層土為中軟場(chǎng)地土，以及dov>50m，查規(guī)范表4.1.6知，該建筑場(chǎng)地類別為III類。§2-2天然地基與基礎(chǔ)的抗震驗(yàn)算

一般情況下，地基發(fā)生震害的情況很少。但高壓縮性飽和軟粘土和強(qiáng)度較低的淤泥質(zhì)土，在地震中發(fā)生不同程度的震陷、傾斜。雜填土、回填土，在地震中也會(huì)發(fā)生震陷。還有較嚴(yán)重的是地基的液化?？拐鸫胧簩?duì)軟弱粘性土采用樁基和地基加固。天然地基抗震驗(yàn)算

一、不驗(yàn)算的范圍：抗震規(guī)范建議了不需進(jìn)行抗震驗(yàn)算的范圍。（1）砌體房屋；（2）地基主要持力層內(nèi)不存在軟弱粘性土層的一般單層廠房和單層空曠房屋、不超過8層且高度在25m以下的民用框架及基礎(chǔ)荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房；（3）可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的建筑?？拐痱?yàn)算的范圍軟弱地基上采用天然地基的單廠、單層空曠房屋、7層及以上的民用框架及荷載相應(yīng)的多層廠房，超過規(guī)范規(guī)定的不驗(yàn)算范圍的建筑均需進(jìn)行地基和基礎(chǔ)的抗震驗(yàn)算。二、地基土抗震承載能力的調(diào)整

除十分軟弱土之外，地震作用下一般土的動(dòng)強(qiáng)度皆比靜強(qiáng)度高。地基抗震承載力:faE=s?fas—

抗震承載力調(diào)整系數(shù)≥1.0

根據(jù)巖土的性質(zhì)不同，s在1-1.5之間

fa—深寬修正后的地基承載力特征值。三、驗(yàn)算

地基平均壓力P≤faE

地基最大壓力Pmax≤1.2faE

一般建筑零應(yīng)力區(qū)不大于底面積的15%?！?.3液化土與軟土地基一、場(chǎng)地土的液化現(xiàn)象處于地下水位以下的飽和砂土和粉土，在地震時(shí)容易發(fā)生液化現(xiàn)象。砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到地震作用時(shí)將趨于密實(shí)。這種趨于密實(shí)的作用使孔隙水壓力急劇上升，在地震作用的短暫時(shí)間內(nèi)，孔隙水壓力來不及消散，使土顆粒處于懸浮狀態(tài)。

當(dāng)砂土和粉土液化時(shí)，其強(qiáng)度完全喪失從而導(dǎo)致地基失效。場(chǎng)地液化將使建筑整體傾斜，下沉，墻體開裂，地面噴水、冒砂、裂縫等。阪神地震淡路島砂土液化砂土液化試驗(yàn)液化導(dǎo)致地基失效的條件、砂土或粉土的密實(shí)度低、地振動(dòng)劇烈、土的微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性差、地下水位高、高壓水不易滲透、上覆非液化土層較薄，或者有薄弱部位 （前5條是導(dǎo)致液化的條件，后一條是導(dǎo)致地基失效的條件）影響液化的因素1，土層的地質(zhì)年代：古老的不易液化，新近的易液化。2，土層土粒的組成和密實(shí)度，細(xì)砂比粗砂易液化，松散的比密實(shí)的易液化。3，可液化土的埋深和地下水位深度，埋深越深、地下水越深越不易液化。4，地震烈度和地震持續(xù)時(shí)間。二、場(chǎng)地土液化的判別方法分兩步：“初判”

“標(biāo)貫”

1、初步判別1）土的年代：早于第四紀(jì)晚更新世以前

沉積的土，不液化。2）粉土的粘粒含量。7度、8度、9度分別

不小于10%、13%、16%時(shí)不液化。3）上覆非液化土層厚度和地下水位深度滿足下列條件之一時(shí)，可不考慮液化。dud0+db-2（上覆土越厚越不易液化）

dwd0+db-3（地下水位越深越不易液化）du+dw1.5d0+2db-4.5

du—

上覆非液化土層厚度

d0—

液化土特征深度

dw—

地下水位深度

db—

基礎(chǔ)埋置深度，小于2m時(shí)取2m do--液化土特征深度表

以基礎(chǔ)埋置深度為2m時(shí)可不考慮液化影響的上覆非液化土層厚度值為基準(zhǔn)值（此值稱為液化土特征深度），地下水位深度判別再減一，再加上基礎(chǔ)埋深不等于2m時(shí)的相對(duì)差值。

以上的公式和表格為《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的表達(dá)方式，與《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的圖2.2.2是完全等效的。 當(dāng)不滿足上述所有條件時(shí)，需進(jìn)一步判別。（若滿足上述判別條件，無須進(jìn)行下述工作。）判別式返回2、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別

貫入試驗(yàn)判別：在地面以下15m(20m)深度范圍內(nèi)，飽和砂土或粉土液化的標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)判別公式：（滿足該式可液化）N63.5—

標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值（未經(jīng)桿長(zhǎng)修正）

N0

—

標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值

三、液化場(chǎng)地的危害性分析與抗液化措施

1、用相對(duì)貫入錘擊數(shù)之比F來表示液化的沉降比。

標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值Nods—飽和砂土或粉土的標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度

rc—

粘粒含量的百分率，小于3時(shí)取3

由此公式可判斷每層土層是否液化

2、液化指數(shù)

n—15m深度范圍內(nèi)每一個(gè)鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)的總數(shù)

Ni，Ncri—

實(shí)測(cè)值與臨界值

di

—i點(diǎn)代表的土層厚度（m），只考慮15m深。

wi

—

第i層土的影響權(quán)函數(shù)值

液化等級(jí)的判別：

IlE5（6）輕微液化

5(6)<IlE15（18）中度液化

IlE15（18）嚴(yán)重液化

（）中數(shù)字用于判別深度

為20M。10m0Wi105m（15m）關(guān)于上次課的問題場(chǎng)地土分幾類？根據(jù)什么劃分？為什么要?jiǎng)澐謭?chǎng)地類別？依據(jù)什么劃分？場(chǎng)地覆蓋層厚度是怎定義的？地基抗震承載力驗(yàn)算時(shí)，地基承載力與靜荷載作用下相比是高還是低？發(fā)生地基液化的條件是什么？液化導(dǎo)致地基失效的條件是什么？液化“初判”包括哪幾方面？“標(biāo)貫”試驗(yàn)的目的？3、抗液化措施《規(guī)范》將處理措施分為三個(gè)檔次，根據(jù)液化等級(jí)和建筑類別選取。這三個(gè)檔次為：全部消除地基液化沉降的措施 樁基、深基礎(chǔ)、加密法、挖除液化層等。部分消除地基液化沉降的措施 一定深度范圍內(nèi)處理，使錘擊數(shù)大于臨界值通過對(duì)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，減輕液化沉降的影響?？挂夯胧┑倪x取：

當(dāng)液化土層較平坦且均勻時(shí)，可按《規(guī)范》中表4.3.6選用；不應(yīng)將未經(jīng)處理的液化土層作為天然地基的持力層?？挂夯胧┍?.3.6

地基的液化等級(jí)建筑類別輕微中等嚴(yán)重

乙類②或③

①或②+③

①

丙類③或無③或更高①或②+③

丁類

可不采取措施可不采取措施③或其他1、樁基可不進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算的條件： 承受豎向荷載為主的低承臺(tái)樁基，當(dāng)?shù)孛嫦聼o液化土層，且樁承臺(tái)周圍無淤泥、淤泥質(zhì)土和地基承載力特征值不大于100kPa的填土?xí)r，下列建筑可不進(jìn)行樁基抗震承載力驗(yàn)算：砌體房屋和可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的建筑。7度和8度時(shí)，一般單層廠房、單層空曠房屋和不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋及與其基礎(chǔ)荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房。（構(gòu)筑物的要求稍有不同）§2.4樁基的抗震設(shè)計(jì)2、非液化土中低承臺(tái)樁基的抗震驗(yàn)算：

單樁的豎向和水平向抗震承載力特征值可均比非抗震設(shè)計(jì)時(shí)提高25%。 當(dāng)承臺(tái)周圍的回填土夯實(shí)至干密度不小于《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)填土的要求時(shí)，可由承臺(tái)正面填土與樁共同承擔(dān)水平地震作