4 场地、地基和基础

4.1 场 地

4.1.1

有利、不利和危险地段的划分,基本沿用历次规范的规定。本条中地形、地貌和岩土特性的影响是综合在一起加以评价的,这是因为由不同岩土构成的同样地形条件的地震影响是不同的。本条中只列出了有利、不利和危险地段的划分,其他地段可视为可进行建设的一般场地。

关于局部地形条件的影响,从国内几次大地震的宏观调查资料来看,岩质地形与非岩质地形有所不同。在云南通海地震的大量宏观调查中,表明非岩质地形对烈度的影响比岩质地形的影响更为明显。如通海和东川的许多岩石地基上很陡的山坡,震害也未见有明显的加重。因此对于岩石地基的陡坡、陡坎等,本规范未列为不利的地段。但对于岩石地基的高度达数十米的条状突出的山脊和高耸孤立的山丘,由于鞭鞘效应明显,振动有所加大,烈度仍有增高的趋势。因此本规范均将其列为不利的地形条件。

应该指出:有些资料中曾提出过有利和不利于抗震的地貌部位。本规范在编制过程中曾对抗震不利的地貌部位实例进行了分析,认为:地貌是研究不同地表形态形成的原因,其中包括组成不同地形的物质(即岩性)。也就是说地貌部位的影响意味着地表形态和岩性二者共同作用的结果,将场地土的影响包括进去了。但通过一些震害实例说明:当处于平坦的冲积平原和古河道不同地貌部位时,地表形态是基本相同的,造成古河道上房屋震害加重的原因主要是地基土质条件很差。因此本规范将地貌条件分别在地形条件与场地土中加以考虑,不再提出地貌部位这个概念。

 

4.1.2~4.1.6

89规范中的场地分类,是在尽量保持抗震规范延续性的基础上,进一步考虑了覆盖层厚度的影响,从而形成了取1.0的组合。

以平均剪切波速和覆盖层厚度作为评定指标的双参数分类方法。为了在保障安全的条件下尽可能减少设防投资,在保持技术上合理的前提下适当扩大了Ⅱ类场地的范围。另外,由于我国规范中Ⅰ、Ⅱ类场的Tg值与国外抗震规范相比是偏小的,因此有意识地将Ⅰ类场地的范围划得比较小。

建筑抗震设计规范中的上述场地分类方法得到了我国工程界的普遍认同。但在使用过程中也提出了一些问题和意见。主要的意见是此分类方案呈阶梯状跳跃变化,在边界线上不大容易掌握,特别是在覆盖层厚度为80m、平均剪切波速为140m/s的特定情况下,覆盖层厚度或平均剪切波速稍有变化,则场地类别有可能从Ⅳ类突变到Ⅱ类场地,地震作用的取值差异甚大。这主要是有意识扩大Ⅱ类场地造成的。为了解决场地类别的突变问题,可以通过对相应的特征周期进行插入计算来解决。本次修订主要有:

1. 关于场地覆盖层厚度的定义,补充了当地下某一下卧土层的剪切波速大于或等于400m/s且不小于相邻的上层土的剪切波速的2.5倍时,覆盖层厚度可按地面至该下卧层顶面的距离取值的规定。需要注意的是,这一规定只适用于当下卧层硬土层顶面的埋深大于5m时的情况。

2. 土层剪切波速的平均采用更富有物理意义的等效剪切波速的公式计算,即:

 

 

式中

: 场地评定用的计算深度,取覆盖层厚度和20m两者中的较小值;

 

: 剪切波在地表与计算深度之间传播的时间。

 

3. Ⅲ类场地的范围稍有扩大,避免了Ⅱ类至Ⅳ类的跳跃。

4. 当等效剪切波υse≤140m/s时,Ⅱ类和Ⅲ类场地的分界线从9m改为15m,在这一区间内适当扩大了Ⅱ类场地的范围。

5. 为了保持与89规范的延续性以及与其他有关规范的协调,作为一种补充手段,当有充分依据时,允许使用插入方法确定边界线附近(指相差15%的范围)的Tg值。图4.1.6给出了一种连续化插入方案,可将原有场地分类及修订方案进行比较。该图在场地覆盖层厚度dov和等效剪切波速υse平面上按本次修订的场地分类方法用等步长和按线性规则改变步长的方案进行连续化插入,相邻等值线的Tg值均相差0.Ols。

 

图4.6.1 在dov-vse平面上的Tg等值线图
(用于设计地震第一组,图中相邻Tg等值线的差值均为0.01s)

 

高层建筑的场地类别问题是工程界关心的问题。按理论及实测,一般土层中的加速度随距地面深度而渐减,日本规范规定地下20m时的土中加速度为地面加速度的1/2~2/3,中间深度则插入。我国亦有对高层建筑修正场地类别(由高层建筑基底起算)或折减地震力建议。因高层建筑埋深常达lOm以上,与浅基础相比,有利之处是:基底地震输入小了;埋深大抗摇摆好,但因目前尚未能总结出实用规律,暂不列入规范,高层建筑的场地类别仍按浅基础考虑。

本条中规定的场地分类方法主要适用于剪切波速随深度呈递增趋势的一般场地,对于有较厚软夹层的场地土层,由于其对短周期地震动具有抑制作用,可以根据分析结果适当调整场地类别和设计地震动参数。

 

4.1.7

断裂对工程影响的评价问题,长期以来,不同学科之间存在着不同看法。经过近些年来的不断研究与交流,认为需要考虑断裂影响,这主要是指地震时老断裂重新错动直通地表,在地面产生位错,对建在位错带上的建筑,其破坏是不易用工程措施加以避免的。因此规范中划为危险地段应予避开。至于地震强度,一般在确定抗震设防烈度时已给予考虑。

在活动断裂时间下限方面已取得了一致意见:即对一般的建筑工程只考虑1.0万年(全新世)以来活动过的断裂,在此地质时期以前的活动断裂可不予考虑。对于核电、水电等工程则应考虑10万年以来(晚更新世)活动过的断裂,晚更新世以前活动过的断裂亦可不予考虑。

另外一个较为一致的看法是,在地震烈度小于8度的地区,可不考虑断裂对工程的错动影响,因为多次国内外地震中的破坏现象均说明,在小于8度的地震区,地面一般不产生断裂错动。

目前尚有分歧的是关于隐伏断裂的评价问题,在基岩以上覆盖土层多厚,是什么土层,地面建筑就可以不考虑下部断裂的错动影响。根据我国近年来的地震宏观地表位错考察,学者们看法不够一致。有人认为30m厚土层就可以不考虑,有些学者认为是50m,还有人提出用基岩位错量大小来衡量,如土层厚度是基岩位错量的25~30倍以上就可不考虑等等。唐山地震震中区的地裂缝,经有关单位详细工作证明,不是沿地下岩石错动直通地表的构造断裂形成的,而是由于地面振动,表面应力形成的表层地裂。这种裂缝仅分布在地面以下3m左右,下部土层并未断开(挖探井证实),在采煤巷道中也未发现错动,对有一定深度基础的建筑物影响不大。

为了对问题更深入的研究,由北京市勘察设计研究院在建设部抗震办公室申请立项,开展了发震断裂上覆土层厚度对工程影响的专项研究。此项研究主要采用大型离心机模拟实验,可将缩小的模型通过提高加速度的办法达到与原型应力状况相同的状态;为了模拟断裂错动,专门加工了模拟断裂突然错动的装置,可实现垂直与水平二种错动,其位错量大小是根据国内外历次地震不同震级条件下位错量统计分析结果确定的;上覆土层则按不同岩性、不同厚度分为数种情况。实验时的位错量为1.0~4.Om,基本上包括了8度、9度情况下的位错量;当离心机提高加速度达到与原型应力条件相同时,下部基岩突然错动,观察上部土层破裂高度,以便确定安全厚度。根据实验结果,考虑一定的安全储备和模拟实验与地震时震动特性的差异,安全系数取为3,据此提出了8度、9度地区上覆土层安全厚度的界限值。应当说这是初步的,可能有些因素尚未考虑。但毕竟是第一次以模拟实验为基础的定量提法,跟以往的分析和宏观经验是相近的,有一定的可信度。

本次修订中根据搜集到的国内外地震断裂破裂宽度的资料提出了避让距离,这是宏观的分析结果,随着地震资料的不断积累将会得到补充与完善。

 

4.1.8

本条考虑局部突出地形对地震动参数的放大作用,主要依据宏观震害调查的结果和对不同地形条件和岩土构成的形体所进行的二维地震反应分析结果。所谓局部突出地形主要是指山包、山梁和悬崖、陡坎等,情况比较复杂,对各种可能出现的情况的地震动参数的放大作用都做出具体的规定是很困难的。从宏观震害经验和地震反应分析结果所反映的总趋势,大致可以归纳为以下几点:①高突地形距离基准面的高度愈大,高处的反应愈强烈;②离陡坎和边坡顶部边缘的距离愈大,反应相对减小;③从岩土构成方面看,在同样地形条件下,土质结构的反应比岩质结构大;④高突地形顶面愈开阔,远离边缘的中心部位的反应是明显减小的;⑤边坡愈陡,其顶部的放大效应相应加大。

基于以上变化趋势,以突出地形的高差H,坡降角度的正切H/L以及场址距突出地形边缘的相对距离Ll/H为参数,归纳出各种地形的地震力放大作用如下:

 

        (4.1.8)

 

式中

:局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数;

    

:局部突出地形地震动参数的增大幅度,按表4.1.8 采用;

    

:附加调整系数,与建筑场地离突出台地边缘的距离L1与相对高差H的比值有关。当L1/H<2.5时,ξ可取为1.0;当2.5≤L1/H<5时,ξ可取为0.6;当L1/H≥5时,ξ可取为0.3。L、L1均应按距离场地的最近点考虑。

 

表4.1.8

局部突出地形对地震影响系数的增大幅度

突出地形的高度H(m)

非岩质地层

H<5

5≤H<15

15≤H<25

H≥25

岩质地层

H<20

20≤H<40

40≤H<60

H≥60

局部突出台地边缘的侧向平均坡降(H/L)

H/L<0.3

0

0.1

0.2

0.3

0.3≤H/L<0.6

0.1

0.2

0.3

0.4

0.6≤H/L<1.0

0.2

0.3

0.4

0.5

H/L≥1.0

0.3

0.4

0.5

0.6

条文中规定的最大增大幅度0.6是根据分析结果和综合判断给出的。本条的规定对各种地形,包括山包、山梁、悬崖、陡坡都可以应用。