液化与基础抗震设计

第4讲地基抗震验算&地基土土液化及防治治地基基础抗震震>天然地基的震震害特点高压缩性饱和和软粘土和承承载力较低的的淤泥质土在在地震中产生不同程程度的震陷，，造成上部结结构的倾斜或或破坏；杂填土、回填填土和冲填土土等松软填土土地基，土质质松软且承载力较低低，易产生沉沉陷，使结构构开裂；沟、坑、古河河道、坡地办办挖半填等非非匀质地基在在地震中的不均匀沉沉降或地裂缝缝引起上部结结构破坏。地基基础抗震震>一般要求同一结构单元元不宜设置在在性质截然不不同的地基土土层上;同一结构单元元不宜部分采采用天然地基基而另外部分分采用桩基；地基有软弱粘粘性土、可液液化土、新近近填土或严重重不均匀土层层时，宜加强基础的整整体性和刚性性；根据具体情况况，选择对抗抗震有利的基基础类型，在在抗震验算时应尽量考虑结构、基基础和地基的的相互作用影影响，使之能能反映地基基基础在不同阶段上的工工作状态。地基基础抗震震>抗震验算范围围砌体房屋；下列建筑可不不进行天然地地基及基础的的抗震承载力力验算：地基主要受力力层范围内不不存在软弱粘粘性土层的下下列建筑：(1)一般般的单层厂房房和单层空旷旷房屋；(2)不超超过8层且高高度在25m以下的一般般民用框架房房屋；(3)基础础荷载与(2)项相当的的多层框架厂厂房。规范规定可不不进行上部结结构抗震验算算的建筑。地基基础抗震震>天然地基基础础抗震验算采用“拟静力力法”进行验验算。规范规定：基基础底面平均均压力和边缘缘最大压力应应符合下式要要求：式中p----基础底面平均压力（kPa)pmax—基础底面边缘最大压力(kPa)faE---地基土抗震允许承载力高宽比大于4的高层建筑筑，在地震作作用下基础底底面不宜出现现拉应力；其其它建筑，基基础底面与地地基土之间零零应力区面积积不应超过基基础底面面积积的15%。。地基基础抗震震>地基土抗震承承载力地基抗震承载载力在静力设设计承载力基基础上调整。。调整的出发点点：地震是偶发事事件，地基抗抗震承载力安安全系数可比比静载时降低低；多数土在有限限次的动载下下，强度较静静载下稍高。。地基基础抗震震>地基土抗震承承载力式中faE---调整后的地基抗震承载力设计值---地基抗震承载力调整系数fa---深宽修正后的地基承载力特征值，按《建筑地基基础设计规范》GB50007采用1.0淤泥，淤泥质土，松散的砂，杂填土，新近堆积黄土及流塑黄土稍密的细、粉砂，的粘性土和粉土，可塑黄土1.3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，的粘性土和粉土，坚硬黄土1.5岩石，稍密的碎石土，密实的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土

岩土名称和性状地基土抗震承载力调整系数1.1场地土液化>液化现象处于地下水位位以下的饱和和砂土和粉土土的土颗粒结结构受到地震震作用时将趋趋于密实，使使空隙水压力力急剧上升，，而在地震作作用的短暂时时间内，这种种急剧上升的的空隙水压力力来不及消散散，使原有土土颗粒通过接接触点传递的的压力减小，，当有效压力力完全消失时时，土颗粒处处于悬浮状态态之中。这时时，土体完全全失去抗剪强强度而显示出出近于液体的的特性。这种种现象称为液化。液化的宏观标标志是在地表表出现喷砂冒冒水。场地土液化>液化现象唐山地震时，，严重液化地区喷喷水高度可达8米，厂厂房沉降可达1米。天津地震时，，海河故道及新近近沉积土地区有近3000个喷水水冒砂口成群出出现，一般冒砂量0.1-1立方方米，最多可达达5立方米。有时地面面运动停止后，喷水现现象可持续30分钟。。液化的震害：：喷水冒砂淹淹没农田，淤淤塞渠道，淘淘空路基；沿沿河岸出现裂裂缝、滑移，，造成桥梁破破坏，等等。。场地土液化>液化危害液化使建筑物物产生下列震震害：地面开裂下沉沉使建筑物产产生过渡下沉沉或整体倾斜斜；不均匀沉降引引起建筑物上上部结构破坏坏，使梁板等等水平构件及及其节点破坏，使墙墙体开裂和建建筑物体形变变化处开裂；；室内地坪上鼓鼓、开裂，设设备基础上浮浮或下沉。影响场地土液液化的主要因因素：土层的地质年年代；土层的土粒的的组成和密实实程度；砂土层埋置深深度和地下水水位深度；地震烈度和地地震持续时间间。场地土液化>液化判别液化判别和处处理的一般原原则：对存在饱和砂砂土和粉土（（不含黄土））的地基，除除6度外，应应进行液化判别。对对6度区一般般情况下可不不进行判别和和处理，但对对液化敏感的乙类建建筑可按7度度的要求进行行判别和处理理。存在液化土层层的地基，应应根据建筑的的抗震设防类类别、地基的的液化等级结合具体体情况采取相相应的措施。。场地土液化>判别方法对一般工程项项目砂土或粉粉土液化判别别及危害程度度估计可按以以下步骤进行行：初判以地质年代、、粘粒含量、、地下水位及及上覆非液化化土层厚度等等作为判断条条件。（1））地地质质年年代代为为第第四四纪纪晚晚更更新新世世（（Q3））及及以以前前时时，，7、、8度度可可判判为为不不液液化化；；（2））当当粉粉土土的的粘粘粒粒（（粒粒径径小小于于0.005mm的的颗颗粒粒)含含量量百百分分率率在在7、、8和和9度度时时分分别别大大于于10、、13和和16可可判判为为不不液液化化；；场地地土土液液化化>判别别方方法法（3））采采用用天天然然地地基基的的建建筑筑，，当当上上覆覆非非液液化化土土层层厚厚度度和和地地下下水水位位深深度度符符合合下下列列条条件件之之一一时时，，可可不不考考虑虑液液化化影影响响。。9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度饱和土类别---上覆非液化土层厚度（m)，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；---基础埋置深度(m),不超过2m时采用2m；---地下水位深度（m)，宜按建筑使用期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；---液化土特征深度（m)，按右表采用。上面面判判别别式式（（db=2)亦亦可可用用下下图图表表示示：：db>2时，，在在du、dw中减减去去（（db-2)后再再查查图图确确定定。。砂土1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区du(m)7度8度9度1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区粉土du(m)7度9度8度---上覆非液化土层厚度（m)；---基础埋置深度(m)；---地下水位深度（m)；---液化土特征深度(m).查液液化化土土特特征征深深度度表表例1图图示示为为某某场场地地地地基基剖剖面面图图。。上上覆覆非非液液化化土土层层厚厚度度du=5.5m，，其其下下为为砂砂土土，，地地下下水水位位深深度度为为dw=6m.基基础础埋埋深深db=2m,该该场场地地为为8度度区区。。确确定定是是否否考考虑虑液液化化影影响响。。解：：按判判别别式式确确定定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度饱和土类别结论论：：需需要要考考虑虑液液化化影影响响。。dw=6mdu=5.5mdb=2m例1图图示示为为某某场场地地地地基基剖剖面面图图。。上上覆覆非非液液化化土土层层厚厚度度du=5.5m，，其其下下为为砂砂土土，，地地下下水水位位深深度度为为dw=6m.基基础础埋埋深深db=2m,该该场场地地为为8度度区区。。确确定定是是否否考考虑虑液液化化影影响响。。dw=6mdu=5.5mdb=2m解：：按按土土层层液液化化判判别别图图确确定定结论论：：需需要要考考虑虑液液化化影影响响。。1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区砂土7度8度9度du=5.5mdw=6m查液液化化土土特特征征深深度度表表解：：按按判判别别式式确确定定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度饱和土类别结论论：：不不满满足足判判别别式式，，需需要要进进一一步步判判别别是是否否考考虑虑液液化化影影响响。。例2图示为某场地地基剖面图上覆非液化土层厚度du=5.5m其下为沙土，地下水位深度为dw=6m.基础埋深db=2.5m,该场地为8度区。确定是否考虑液化影响。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m例2图示为某场地地基剖面图上覆非液化土层厚度du=5.5m其下为沙土，地下水位深度为dw=6m.基础埋深db=2.5m,该场地为8度区。确定是否考虑液化影响。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m解：：按按土土层层液液化化判判别别图图确确定定结论论：：需需要要进进一一步步判判别别是是否否考考虑虑液液化化影影响响。。1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区砂土7度8度9度场地地土土液液化化>判别别方方法法细判判采用用标标准准贯贯入入试试验验判判别别钻孔孔至至试试验验土土层层上上15cm处处,用用63.5公公斤斤穿穿心心锤锤，，落落距距为为76cm，，打打击击土土层层，，打打入入30cm所所用用的的锤锤击击数数记记作作N63.5，称称为为标标贯贯击击数数。。用N63.5与规规范范规规定定的的临临界界值值Ncr比较较来来确确定定是是否否会会液液化化。1---穿穿心心锤锤；；2---锤锤垫垫；；3---触触探探杆杆；；4---贯贯入入器器头头5---出出水水孔孔；；6---贯贯入入器器身身；；7---贯贯入入器器靴靴规范范规规定定当饱饱和和可可液液化化土土的的标标贯贯击击数数N63.5的值值小小于于Ncr值时时，，判判为为液液化化，，否否则则判判为为不不液液化化。。---地下水位深度（m)---饱和土标准贯入试验点深度（m)---液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表采用。---粘粒含量百分率，当小于3或是砂土时，均应取3。括号号内内数数值值用用于于设设计计基基本本地地震震加加速速度度为为0.15和和0.3g的的地地区区12(15)---8（10)第二、三组1610(13)6（8）第一组987设计地震分组烈度液化化场场地地危危害害程程度度采用用土土层层柱柱状状液液化化等等级级判判定定。。---判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；---分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时取临界值的取值；---第i点所代表的土层厚度（m)；---第i层考虑单位土层厚度的层位影响权系数。若判别深度为15m，当该层中点深度zi不大于5m时采用10，等于15m时应取零值,5—15m时应按线性内插值法取值;若判别深度为20m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于20m时应取零值，5—20m时应按线性内插值法取值。液化化指指数数液化化场场地地危危害害程程度度由液液化化指指数数，，按按下下表表确确定定液液化化等等级级判别深度20m时的液化指标判别深度15m时的液化指标

严重

中等

轻微

液化等级液化化等等级级与与相相应应的的震震害害液化等级

地面喷水冒砂情况

对建筑物的危害情况轻微地面无喷水冒砂，或仅在洼地、诃边有零星的喷水冒砂点危害性小，一般不致引起明显的震害中等喷水冒砂可能性大，从轻微到严重均有，多数属中等危害性较大，可造成不均匀沉陷和开裂，有时不均匀沉陷可达200mm严重一般喷水冒砂都很严重，地面变形很明显危害性大，不均匀沉陷可能大于200mm，高重心结构可能产生不允许的倾斜抗液液化化措措施施当液液化化土土层层较较平平坦坦、、均均匀匀时时，，可可按按下下表表选选用用抗抗液液化化措措施施地基和上部结构处理，或其它经济的措施可不采取措施可不采取措施丁类全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理基础和上部结构处理，或更高要求的措施基础和上部结构处理，亦可不采取措施丙类全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理部分消除液化沉陷，或对地基和上部结构处理乙类严重中等轻微地基的液化等级建筑类别采用用桩桩基基时时，，桩桩端端深深入入液液化化深深度度以以下下稳稳定定土土层层中中的的长长度度（（不不包包括括桩桩尖尖部部分分）），，应应按按计计算算确确定定，，且且对对碎碎石石土土，，砾砾、、粗粗、、中中砂砂，，坚坚硬硬粘粘性性土土和和密密实实粉粉土土尚尚不不应应小小于于0.5m，，对对其其他他非非岩岩石石尚尚不不应应小小于于1.5m；；采用深基基础时，，基础底底面埋入入深度以以下稳定定土层中中的深度度，不应应小于0.5m；采用加密密法（如如振冲、、振动加加密、砂砂桩挤密密、强夯夯等）加加固时，，应处理理至液化化深度下下界，且且处理后后土层的的标准贯贯入锤击击数的实实测值不不宜大于于相应的的临界值值m；挖除全部部液化土