第2章場地與地基

第二章場地、地基和基礎內(nèi)容： 場地的地震影響、場地的分類、地基抗震措施、地基抗震驗算、液化問題。§2.1場地一、場地及其地震效應 場地：工程群體所在地，其范圍相當于一個廠區(qū)、住宅小區(qū)、一個自然村落或不小于1km2的范圍。不同場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)（長周期）破壞較重，剛性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好； 在堅硬的地基上，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，地震波傳至地表時的振動強烈程度，與地震的震級、震中距、振動的頻率組成、場地土層的組成（動力參數(shù)——自振周期）有關(guān)。震害表明，不同的建筑形式在不同的場地上的破壞程度是不一樣的。這就有必要研究建筑的場地對建筑物的地震作用的影響，以便根據(jù)不同的場地類別采用相應的設計參數(shù)。

3、場地的固有周期模型i層土的剪切剛度當為單一土質(zhì)時，固有周期

H—土層厚度

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

當大時（堅硬土）T小，當h大時，T大，場地土的固有周期與土層的堅硬程度和土層覆蓋厚度有關(guān)。4、場地的地震效應場地的土層相當于一個放大器和濾波器。地震波由各種周期的諧波分量組成。地震波經(jīng)過土層時，將放大那些與場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周期為主，放大。堅硬地基以短周期為主，放大。當建筑的自振周期與場地的周期相近時，振動會放大，使破壞更大，相反則小。

場地（放大器，濾波器）關(guān)于上次課的問題：什么是次生災害？地震對建筑物會造成哪些危害？有何相應對策？什么是設防烈度？多遇烈度？罕遇烈度？什么是“三水準、兩階段設計法”？建筑抗震設防類別分幾類？相應的設防標準如何？軟弱地基上建筑震害較重的原因1）建筑的破壞有一個過程，當建筑開裂后結(jié)構(gòu)的自振周期將加大，對于堅硬場地上的建筑來說，由于結(jié)構(gòu)的周期將遠離場地的周期，故結(jié)構(gòu)的地震作用將減小。2）而軟弱場地上的建筑開裂后，自振周期將靠近場地的周期，使結(jié)構(gòu)的地震作用進一步加大，故破壞嚴重。二、***場地的類別

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

a、實測剪切波速法：實測地面下20m（但不深于覆蓋層厚度）土層的等效剪切波速。Vs500m/s堅硬場地土

250Vs≤500中硬場地土

140Vs≤250中軟場地土

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

3、***建筑場地的類別：根據(jù)場地土的類型和場地覆蓋層厚度，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：已知某建筑場地的鉆孔土層資料如下表所示，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細砂31069.506.50礫混粗砂520解：（1）確定地面下20m表層土的場地土類型vse值位于250vse>140m/s之間，故表層土屬于中軟場地土。（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）確定建筑場地的類別由于表層土為中軟場地土，以及dov>50m，查規(guī)范表4.1.6知，該建筑場地類別為III類?！?-2天然地基與基礎的抗震驗算

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，在地震中也會發(fā)生震陷。還有較嚴重的是地基的液化?？拐鸫胧簩浫跽承酝敛捎脴痘偷鼗庸獭Ｌ烊坏鼗拐痱炈?/p>

一、不驗算的范圍：抗震規(guī)范建議了不需進行抗震驗算的范圍。（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荷載相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房；（3）可不進行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的建筑?？拐痱炈愕姆秶浫醯鼗喜捎锰烊坏鼗膯螐S、單層空曠房屋、7層及以上的民用框架及荷載相應的多層廠房，超過規(guī)范規(guī)定的不驗算范圍的建筑均需進行地基和基礎的抗震驗算。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強度皆比靜強度高。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、驗算

地基平均壓力P≤faE

地基最大壓力Pmax≤1.2faE

一般建筑零應力區(qū)不大于底面積的15%。§2.3液化土與軟土地基一、場地土的液化現(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)受到地震作用時將趨于密實。這種趨于密實的作用使孔隙水壓力急劇上升，在地震作用的短暫時間內(nèi)，孔隙水壓力來不及消散，使土顆粒處于懸浮狀態(tài)。

當砂土和粉土液化時，其強度完全喪失從而導致地基失效。場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液化導致地基失效的條件、砂土或粉土的密實度低、地振動劇烈、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條是導致液化的條件，后一條是導致地基失效的條件）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度，細砂比粗砂易液化，松散的比密實的易液化。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)時間。二、場地土液化的判別方法分兩步：“初判”

“標貫”

1、初步判別1）土的年代：早于第四紀晚更新世以前

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，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—

基礎埋置深度，小于2m時取2m do--液化土特征深度表

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

以上的公式和表格為《建筑抗震設計規(guī)范》的表達方式，與《公路工程抗震設計規(guī)范》的圖2.2.2是完全等效的。 當不滿足上述所有條件時，需進一步判別。（若滿足上述判別條件，無須進行下述工作。）判別式返回2、標準貫入試驗判別

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

標準貫入錘擊數(shù)實測值（未經(jīng)桿長修正）

N0

—

標準貫入錘擊數(shù)基準值

三、液化場地的危害性分析與抗液化措施

1、用相對貫入錘擊數(shù)之比F來表示液化的沉降比。

標準貫入錘擊數(shù)基準值Nods—飽和砂土或粉土的標準貫入點深度

rc—

粘粒含量的百分率，小于3時取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)每一個鉆孔標準貫入試驗點的總數(shù)

Ni，Ncri—

實測值與臨界值

di

—i點代表的土層厚度（m），只考慮15m深。

wi

—

第i層土的影響權(quán)函數(shù)值

液化等級的判別：

IlE5（6）輕微液化

5(6)<IlE15（18）中度液化

IlE15（18）嚴重液化

（）中數(shù)字用于判別深度

為20M。10m0Wi105m（15m）關(guān)于上次課的問題場地土分幾類？根據(jù)什么劃分？為什么要劃分場地類別？依據(jù)什么劃分？場地覆蓋層厚度是怎定義的？地基抗震承載力驗算時，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？液化導致地基失效的條件是什么？液化“初判”包括哪幾方面？“標貫”試驗的目的？3、抗液化措施《規(guī)范》將處理措施分為三個檔次，根據(jù)液化等級和建筑類別選取。這三個檔次為：全部消除地基液化沉降的措施 樁基、深基礎、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)大于臨界值通過對基礎和上部結(jié)構(gòu)處理，減輕液化沉降的影響?？挂夯胧┑倪x?。?/p>

當液化土層較平坦且均勻時，可按《規(guī)范》中表4.3.6選用；不應將未經(jīng)處理的液化土層作為天然地基的持力層。抗液化措施表4.3.6

地基的液化等級建筑類別輕微中等嚴重

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、樁基可不進行抗震承載力驗算的條件： 承受豎向荷載為主的低承臺樁基，當?shù)孛嫦聼o液化土層，且樁承臺周圍無淤泥、淤泥質(zhì)土和地基承載力特征值不大于100kPa的填土時，下列建筑可不進行樁基抗震承載力驗算：砌體房屋和可不進行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的建筑。7度和8度時，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荷載相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房。（構(gòu)筑物的要求稍有不同）§2.4樁基的抗震設計2、非液化土中低承臺樁基的抗震驗算：

單樁的豎向和水平向抗震承載力特征值可均比非抗震設計時提高25%。 當承臺周圍的回填土夯實至干密度不小于《建筑地基基礎設計規(guī)范》對填土的要求時，可由承臺正面填土與樁共同承擔水平地震作