建筑场地、地基、基础

工程结构抗震设计盐城工学院尹红宇2010年3月15日

第3章

建筑场地、地基和基础（1)3.1建筑场地的选择

1场地即指建筑物所在地,场地土则是指场地范围内的地基土,即场地表层土的简称。

2地震对建筑物的破坏作用是通过场地、地基和基础传递给上部结构的;同时，场地与地基在地震时又支承着上部结构，因此具有双重作用。

3研究工程在地震作用下的震害形态、破坏机理以及抗震设计等问题,都离不开对场地土和地基的研究,而研究场地和地基在地震作用下的反应及其对上部结构影响,正是场地抗震评价的重要任务。

1.场地及场地土场地抗震评价抗震设计规范中场地抗震评价,就是通过对工程地质、地形地貌以及岩土工程环境等场地条件的分析,研究场地条件对基础和上部结构震害的影响,从而合理地选择有利建筑场地以及地基或结构抗震措施,避免和减轻地震对建筑物或工程设施的破坏。

从破坏性质和工程对策角度，地震对结构的破坏作用可分为两种类型:场地、地基的破坏作用场地的震动作用。

场地地震破坏作用场地和地基的破坏作用一般是指:造成建筑物和构筑物破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性引起的,也就是说地震时首先是场地和地基破坏从而产生建筑物和构筑物破损并引起其他灾害。

场地和地基破坏作用大致有地面破裂、滑坡和坍塌,地基失效等几种类型。

场地和地基的破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害的。（1)场地和地基的破坏作用01场地的地震动作用是指:02由于强烈地面运动引起地面设施振动而产生的破坏作用。03场地的地震动作用引起的结构破坏和倒塌是造成大量生命财产损失的最普遍和最主要的原因,也是其他地震破坏作用如地基失效、滑坡等的外部条件。

04影响范围广大的场地的地震动作用是所有地震破坏作用中最重要的。05减轻场地地震动作用所产生的地震灾害的主要途径是合理地进行抗震和减震设计和采取抗震和减震措施。（2)场地的地震动作用3.场地条件对建筑物震害影响的

主要因素场地土的刚性大小（坚硬程度)；01场地覆盖层厚度;02场地土土层的组成深厚软弱土层上的长周期柔性建筑物的震害最为严重03（1)场地土的刚性大小（坚硬程度)影响1一般说来，在软弱地基上，柔性结构物较容易遭受破坏，而刚性结构物表现较好;在坚硬地基上，柔性结构物震害较轻，而刚性结构物有时(如土层浅薄)破坏会加重。

2在软弱地基上,建筑物的破坏有时是结构破坏所造成,有时是由于沙土液化、软土震陷和地基不均匀沉降等造成的地基失效所致。

3就地面建筑物总的破坏现象来说,在软弱地基上的比坚硬地基上的要严重。

场地覆盖层厚度的影响场地覆盖层厚度是指从地面至剪切波速大于500m／s土层或坚硬土顶面的距离。

房屋的破坏率随着场地覆盖层厚度的增加而升高,覆盖层厚度超出一定范围后破坏率变化不大。

0102关于场地覆盖层厚度的定义:震害一般随场地覆盖层厚度的增加而加重。从理论上讲,当下层波速比上层波速大得多时,下层可以当作基岩,这时从地表反射回来的地震波到达岩土界面时将向上反射,只有很小一部分能量向下透射,这个分界面的埋深就是所谓覆盖层厚度或土层厚度。但是实际地层的刚度往往是逐渐变化的,如果要求岩土波速比很大时才能当做基岩,覆盖层厚度势必定得很大,这对一般工程是难以行得通的。另一方面,由于对建筑物破坏作用最大的主要是地震波中的中短周期成分,而深层介质对这些成分的影响并不很显著。

场地土土层的组成不同对震害的影响也不同。01如唐山地震时,天津某区地表下l0m左右处有低剪切波速的淤泥质亚粘土夹层,与地质条件大体相同的区域相比,其震害就轻得多。

02（3)、场地土土层组成的影响深厚软弱土层上长周期柔性建筑物的震害研究分析表明，在岩层中传播的地震波具有多种频率成分，地震波通过覆盖土层传向地表的过程中，若其中某一频率分量的周期与覆盖土层的自振周期(又称场地的卓越周期或固有周期)相等或相近，由于共振作用，该分量的幅值将得到明显放大;而其它频率分量则产生衰减或消失。

深厚软弱土层的自振周期较长,故地震波中的长周期分量得到明显放大加强。尤其是经过表层土的滤波放大作用,致使软弱地基的地面运动振幅大、周期长、持续时间长,震害也重。若建筑物的自振周期与场地的自振周期相等或接近时,由于共振现象,建筑物的震害都有加重的趋势。

在厚的软弱土层上建造的高层建筑,其地震反应比在硬土上的反应大3—4倍。

010302地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，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（如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等危险地段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错位的部位建筑地段的选择

工程地质条件对地震破坏的影响很大。

常有地震烈度异常现象，即"重灾区里有轻灾，轻灾区里有重灾”

产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。地段划分水边地的地下水位较高,土质也较松软,容易在地震时产生土壤滑动或地层液化。

用另外的土石來填补地基,常有土壤密实度不足情形,导致建筑物在地震时产生倾斜、沉陷。

山坡地在地震时会产生土壤滑动冲积地的土质松软,地震时容易塌陷,如果此处有地下水层,还容易发生液化。

临近悬崖,容易滑落谷地或低地,这里的建筑物容易在地震发生时,受土石崩塌破坏。

地震引发了一巨大的泥石流,数百户人家被埋在泥石里地裂断裂带是地质上的薄弱环节,浅源地震多与断裂活动有关。发震断裂带附近地表,在地震时可能产生新的错动,使建筑物遭受较大的破坏,属于地震危险地段。建设时应避开。发震断裂带上可能发生地表错位的地段主要在高烈度区,全新世以来经常活动的断裂面上。

发震断裂的影响地质年代表（附)相对年代绝对年龄（万年）生物宙代纪世显生宙新生代第四纪全新世（统）Q41.1

12.8

73

250

6500

22500

57000

250000

400000460000更新世晚更新世（统）Q3中更新世（统）Q2早更新世（统）Q1第三纪（系）中生代（界）古生代（界）隐生宙元古代（界）太古代（界）地球天文时期与地下断裂构造直接相关的地裂与发震断裂间接相关的受应力场控制所产生的地裂《抗震规范》提出场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响:01抗震设防烈度小于8度;02非全新世活动断裂;03抗震设防烈为8度和9度时,前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。

04对不符合上述规定的情况,应避开主断裂带。其避让距离不宜小于下表对发震断裂最小避让距离的规定。发震断裂的最小避让距离(m)烈度建筑抗震设防类别甲乙丙丁8专门研究300m200m—9专门研究500m300m—高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大;离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小;在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大;高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应明显减小;边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。

局部地形的影响选择有利地段;避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施;不在危险地段建设。

地段选择原则STEP4STEP3STEP2STEP1在软弱地基上，柔性结构最容易遭到破坏，刚性结构表现较好;建筑物的破坏有时是由于结构破坏，有时是由于地基破坏所产生。

在坚硬地基上，柔性结构表现较好，刚性结构表现不一;建筑物的破坏通常是由于地基破坏所产生。

就地面建筑物总的破坏现象来说,在软弱地基上的破坏比坚硬地基上的破坏要严重。

不同覆盖层厚度上的建筑物,其震害表现明显不同建筑场地的地震影响:3.2建筑场地的类别划分土层剪切波速（m/s)和等效剪切波速（m/s)010102030405土层等效剪切波速的计算场地土的类型划分场地覆盖层厚度的确定场地类别划分02030405场地条件划分（1)土层剪切波速（m/s)和

等效剪切波速（m/s)01场地土对建筑物震害的影响,主要取决于土的坚硬程度(刚性),因为剪切波速是最能反映场地土动力性能的重要动力参数,所以土的刚性一般用土的剪切波速vs来表示。

02地表土层的组成通常较为复杂,只有单一性质场地土的情况是很少见的,所以一般分层场地土的剪切波速按土层等效剪切波速vse来表示。

vsi----计算深度范围内，第i层土的剪切波速（m/s)；Vse----土层等效剪切波速（m/s)d0----场地土计算深度，取地面下20m和场地覆盖层厚度两者的较小值;t----剪切波在地表与计算深度之间传播的时间（s)；di----场地土计算深度范围内，第i层土的厚度(m);n----计算深度范围内土层的分层数目;030405060102（2)土层等效剪切波速的计算（3)场地土的类型划分注:fak为地基土静承载力标准值(kPa)土的类型土层剪切波速（m/s）岩土名称和性状坚硬土vs>500稳定岩石，密实的碎石土中硬土500≥vs>250中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，fak>200的粘性土和粉土，坚硬黄土中软土250≥vs>140稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，fak

≤200的粘性土和粉土，fak

≥130的填土，可塑黄土软弱土vs≤140淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，fak<130的填土，流塑黄土（4)场地覆盖层厚度的确定：一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面;当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍

的下卧土层，且下卧土层的剪切波速不小于400m/s时，可按地面至该下卧土层顶面的距离确定;剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层;土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。一般震害随覆盖层厚度的增加而加重。

场地类别划分的目的和作用场地类别划分指标（依据)场地类别划分标准（5)场地类别划分场地类别划分的目的和作用01为了考虑场地条件对设计反应谱的影响,通常的做法是将场地按某些指标和描述划分为若干类,以便采取合理的设计参数和有关的抗震构造措施。场地分类的目的:确定不同场地上设计反应谱;场地分类的作用:是在地震作用计算中定量考虑场地条件对设计参数的影响。

022指标1:土层等效剪切波速5指标1:场地土类型3指标2:场地覆盖层厚度6指标2:场地覆盖层厚度

1新抗震设计规范的双指标:4"89”规范的双指标：2)场地类别划分指标（依据)3)场地类别划分标准根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为四类:等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)等效剪切波速（m/s)例:已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。

层底深度(m)土层厚度(m)土的名称剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥质粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥质粘土200632.9细砂31069.56.5砾混粗砂520解:（1)确定地面下20m表层土的场地土类型（2)确定覆盖层厚度（3)确定建筑场地类别属于中软土属于Ⅲ类场地建造在I类场地上的建筑抗震构造措施的调整建筑场地为I类时，甲、乙类建筑应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施;丙类建筑应允许按本地区抗震设防烈度的要求降低一度的要求采取抗震构造措施，但抗震设防烈度为6度时仍应按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时，对设计基本地震加速度为0．15g和0．30g的地区，除《抗震规范》另有规定外，宜分别按抗震设防烈度8度(0．20g)和9度(0．40g)时各类建筑的要求采取抗震构造措施。

同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上;01同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基;02地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时,应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响,并采取相应措施。

03对地基和基础设计的要求

一、天然地基的震害特点由于地基一旦发生破坏,震后修复加固很难,有时甚至不可能加固修复。高压缩性饱和软粘土和强度较低的淤泥质土,在地震中产生不同程度的震陷,从而造成或加剧了上部结构的倾斜或破坏。杂填土、回填土和冲填土等松软填土地基,由于多为旧水坑、洼地等,土质稀散且强度较低,地震中易产生沉陷,使结构开裂。沟、坑、故河道,坡地中半挖半填等非均质地基,在地基中的不均匀沉陷或地裂缝上会引起上部结构破坏。

3.3天然地基基础的抗震验算

二、天然地基的抗震措施1、软弱粘性土地基特点：压缩性较大，抗剪强度小，承载能力低。震害特点：使建筑物产生较大的附加沉降和不均匀沉降。处理措施：桩基；地基加固处理；以及类似减轻液化影响的基础处理措施和上部结构的处理措施。2.杂填土地基（一般是人类任意堆填而成)特点：组成物质杂乱，结构疏散，厚薄不一，均匀性很差，强度低，压缩性高。震害特点：不均匀沉降导致上部结构开裂。处理：当杂填土的上层较薄时，可全部挖除（换土）；杂填土较厚时，采用地基加固的方法（如挤密桩等）。

3、不均匀地基一般位于旧故河道边，暗藏沟坑边缘，