第六章 地震地基上的基础工程

1、第六章几种特殊土地基上的基础工程1第一节 湿陷性黄土地基（略）2第二节 膨胀土地基（略） 膨胀土地区建筑技术规范 GBJ112873蒙脱石第三节冻土地区基础工程参考规范冻土地区建筑地基基础设计规范JGJ 118-98 4季节性冻结层季节性冻结层多年冻土第四节 地震区的基础工程5地震带分布 地震比较频繁而猛烈的地区称为“地震区”。地震区分布与现代地壳褶皱带分布基本一致。67580%1520%地震相关研究人员 地震预测预报 工程抗震 地震逃生和救灾78水工 陈厚群院士桥梁 范立础院士结构 周锡元院士土工 汪闻韶院士地震前汶川县城 9地震后汶川县城 10如何做好工程抗震呢11当地可能会发生的当地可能

2、会发生的地震及其破坏力地震及其破坏力类似结构常发生的类似结构常发生的震害及薄弱环节震害及薄弱环节基于工程性能表基于工程性能表现的抗震设计现的抗震设计本节主要内容： 地震的震级与烈度 地基基础震害与经验 基础工程抗震设计方法12一、地震的震级与烈度8 .115 . 1lgME13震级：震级：是用来衡量地震能量大小的量度。是用来衡量地震能量大小的量度。地震震级地震震级里氏震级（里氏震级（C.F. Richter，1935）地震烈度：指某地区地表面和建筑物受地震影响和破坏的程度。影响因素：震级、震源深度、震中距、地质构造、地形、岩土介质性质划分依据：地表最大加速度、地震系数、人的感觉、家具动态、建筑

3、物损坏程度、地貌变化烈度划分：I(中美俄等)；0(日)14地震烈度地震烈度 基本烈度：100年内可能出现的地区最大烈度 设防烈度：国家规定的作为地区抗震设防的烈度 设计烈度：指抗震设计中实际采用的烈度。它是根据建筑物的重要性、永久性、抗震性及经济性等的需要对设防烈度的调整。15常用烈度指标常用烈度指标设防烈度设防烈度峰值加速度峰值加速度0.05g0.10g0.15g0.20g0.30g0.40g注：注：g g为重力加速度为重力加速度中国地震峰值加速度区划图16二、地基与基础震害17震害现象地基失效引起震害基础自身震害地基失效引起震害 地基土液化 地基与基础震沉 边坡的滑坍 地裂与扭曲变形18新

4、瀉地震地基失效引起震害 地基土液化 地基与基础震沉 边坡的滑坍 地裂与扭曲变形19集集地震引起房屋倒塌集集地震引起房屋倒塌( (台中石岗台中石岗) )地基失效引起震害 地基土液化 地基与基础震沉 边坡的滑坍 地裂与扭曲变形20汶川地震青川滑坡，约汶川地震青川滑坡，约700700人被埋人被埋地基失效引起震害 地基土液化 地基与基础震沉 边坡的滑坍 地裂与扭曲变形21神户地震神户地震 唐山地震引起的地基的扭曲变形唐山地震引起的地基的扭曲变形浅基础震害 强度不足 抗滑稳定性不足 抗倾覆稳定性不足22浅基础震害 强度不足 抗滑稳定性不足 抗倾覆稳定性不足23浅基础震害 强度不足 抗滑稳定性不足 抗倾覆

5、稳定性不足241976年唐山地震浅基础震害 强度不足 抗滑稳定性不足 抗倾覆稳定性不足25浅基础震害 强度不足 抗滑稳定性不足 抗倾覆稳定性不足261995年台湾宜兰地震 浅基础震害 强度不足 抗滑稳定性不足 抗倾覆稳定性不足27浅基础震害 强度不足 抗滑稳定性不足 抗倾覆稳定性不足282000年日本鸟取县地震 桩基础震害 桩基础的抗震效果较好，在多次地震中都得到了验证！29阪神地震时，明石海峡大桥跨度从1990m增加至近l991m桩基础震害30eFMM三、基础工程抗震设计设防目标：小震不坏(性能要求)，中震可修()， 大震不倒()31多遇地震多遇地震 low-level earthquake

6、low-level earthquake 地震重现期为地震重现期为5050年的地震动。年的地震动。(63.5%)(63.5%)设计地震设计地震design earthquakedesign earthquake 地震重现期为地震重现期为475475年的地震动。年的地震动。(10%)(10%)罕遇地震罕遇地震high-level earthquakehigh-level earthquake 地震重现期为地震重现期为24752475年的地震动。年的地震动。(2%)(2%)（一）选择对抗震有利的场地和地基土的类土的类型型岩土名称和性状岩土名称和性状剪切波速剪切波速坚硬土坚硬土或岩石或岩石稳定岩石，

7、紧密的碎石土稳定岩石，紧密的碎石土Vs500中硬土中硬土中密、松散的碎石土，密实、中密的砾、粗中砂；中密、松散的碎石土，密实、中密的砾、粗中砂； 0200kPa的粘土和粉土；坚硬黄土的粘土和粉土；坚硬黄土500Vs250中软土中软土松散的砾、粗、中砂，密实、中密的细砂、粉砂；松散的砾、粗、中砂，密实、中密的细砂、粉砂； 0200kPa的粘土和粉土，的粘土和粉土， 0130填土；填土；可塑黄土。可塑黄土。250Vs140软弱土软弱土淤泥质土，松散的细、粉砂，新近沉积的粘土和粉淤泥质土，松散的细、粉砂，新近沉积的粘土和粉土；土； 0 130kPa的填土；流塑黄土。的填土；流塑黄土。140Vs32公

8、路工程抗震设计规范 JTJ004-89土的类土的类型型岩土名称和性状岩土名称和性状剪切波速剪切波速坚硬土坚硬土或岩石或岩石稳定岩石，紧密的碎石土稳定岩石，紧密的碎石土Vs500中硬土中硬土中密、松散的碎石土，密实、中密的砾、粗中砂；中密、松散的碎石土，密实、中密的砾、粗中砂； 0250kPa的粘土和粉土；老黄土的粘土和粉土；老黄土(Q1、Q2)500Vs250中软土中软土松散的砾、粗、中砂，密实、中密的细砂、粉砂；松散的砾、粗、中砂，密实、中密的细砂、粉砂； 0250kPa的粘土和粉土，的粘土和粉土， 0140填土；填土；黄土黄土(Q3、Q4) 。250Vs150软弱土软弱土淤泥质土，松散的细

9、、粉砂，新近沉积的粘土和粉淤泥质土，松散的细、粉砂，新近沉积的粘土和粉土；土； 0 140kPa的填土；流塑黄土。的填土；流塑黄土。150Vs33铁路工程抗震设计规范 GB50111-2006 （一）选择对抗震有利的场地和地基 对于多层土，当建筑物位于类土时，即属于类场地土；位于、类土上时，则按建筑物所在地表以下20m范围内的土层综合评定。34场地选取的原则： 类场地、开阔平坦且均匀的类场地对抗震有利，应尽量利用； 类场地以及不均匀地基等震害较严重地段应注意避开。35（二）地基基础抗震强度及稳定性验算1、铁路工程构筑物抗震设防目标及分析方法地震地震多遇地震多遇地震设计地震设计地震罕遇地震罕遇地

10、震构筑物构筑物桥梁桥梁路基、挡墙、隧道、路基、挡墙、隧道、桥台、桥梁上、下桥台、桥梁上、下部结构连接构造部结构连接构造采用钢筋混凝土桥墩的桥梁采用钢筋混凝土桥墩的桥梁设防目标设防目标分析方法分析方法一般：反应谱法一般：反应谱法重要：反应谱法重要：反应谱法及时程分析法及时程分析法静力法静力法钢筋混凝土桥墩采用延性设钢筋混凝土桥墩采用延性设计的简化方法计的简化方法; 重要桥梁及新结构桥一梁重要桥梁及新结构桥一梁:采采用非线性时程分析法用非线性时程分析法362、计算（1）确定工程设防烈度 参考标准：中国地震动参数区划图GB18306-2001（2）确定抗震设计参数 根据可能遭受的地震影响程度，确定抗

11、震设防烈度的地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期37中国地震峰值加速度区划图381976.8.16和8.23，松潘、平武之间相继发生两次7.2级地震 叠溪1933.8.25，叠溪发生7.5级地震中国地震反应谱特征周期区划图39（3）静力法 1920年，日本大森房吉提出。 假设建筑物为绝对刚体。maxmaxggGFmxxkGggxkg max 40)(txg m)(txmg 地震作用：将F作为静荷载，按静力计算方法计算结构的地震效应地震系数：（4）反应谱理论-振型分解反应谱法 1940年美国皮奥特教授提出 地震作用 G-重力荷载代表值 k-地震系数（反映震级、震中距、地基等的影响） b-动力系

12、数(反映结构的特性,如周期、阻尼等的影响)GkFb41典型的谱曲线 0T0.1 Tg 区段，b为向上倾斜的直线 0.1TTg 区段，b为水平线 TgT5Tg 区段，b为下降的曲线 5TgT6s 区段，b为下降直线42)(sT01 . 0gTgT50 . 62max bmax0.45b2max()gTTb b21max0.2(5)gTTbb铁工抗震设计规范GB50111-200643当结构自振周期T2s，且阻尼比x x=0. 05时，动力放大系数b b取值公路抗震规范JTJ044-8944（5）抗震验算 竖向力：V=V普+V震 水平力：H=H普+H震 弯 矩：M=M普+M震45MHV1桥墩基础地

13、震荷载的计算（用反应谱理论计算） 反应谱理论是以大量的强震水平加速度纪录为基础，经过动力计算和数理统计分析，按照建筑物作为单质点振动体系，在一定的阻尼比条件下，其自振周期与它发生的平均最大水平加速度反应的函数的关系，用曲线表示的图谱加速度反应谱，以此作为建筑物地震反应计算荷载的依据。 462桥台、挡墙基础地震荷载的计算（用静力理论计算） 静力理论出发点是认为建筑物为刚性，地震时不变形，各部分受到的地震水平加速度与地面相同，也不考虑不同场地土对地震反应的影响。 （1）桥台基础地震荷载的计算 47auhzEaGKCCQ1（2）挡墙地震荷载的计算 对于高度较大的挡墙，公路抗震规采用了地震反应沿墙高增

14、大分布系数iw，挡墙第i截面以上墙身重心处的水平地震荷载QiEW（kN）按下式计算： 48iwiwhziEWGKCCQ13墩、台、挡墙基础抗震强度及稳定性验算 桥梁墩、台、挡墙基础按以上方法计算得到水平地震荷载后，即可根据一般静力学方法，按规定的荷载组合进行地基、基础的抗震强度和稳定性的验算。49三、基础工程的抗震措施（一）对松软地基及可液化土地基 1改善土的物理力学性质，提高地基抗震性能 2采用桩基础、沉井基础等 3减轻荷载、加大基础底面积50（二）对地震时不稳定（可能滑动）的河岸地段 在此类地段修筑大、中桥墩台时应适当增加桥长，注重桥跨布置等将基础置于稳定土层上并避开河岸的滑动影响。小桥可

15、在两墩台基础间设置支撑梁或用片块石满床铺砌，以提高基础抗位移能力。挡墙也应将基础置于稳定地基上，并在计算中考虑失稳土体的侧压力51（三）基础本身的抗震措施 地震区基础一般均应在结构上采取抗震措施。圬工墩台、挡墙与基础的联结部位，由于截面发生突变，容易震坏，应根据情况采取预埋抗剪钢筋等措施提高其抗剪能力。桩柱与承台、盖梁联结处也易遭震害，在基本烈度8度以上地区宜将基桩与承台联结处做成2 1或3 1的喇叭渐变形，或在该处适当增加配筋；桩基础宜做成低桩承台，发挥承台侧面土的抗震能力；柱式墩台、排架式桩墩在与盖梁、承台（基础）联结处的配筋不应少于桩柱身的最大配筋；桩柱主筋应伸入盖梁并与梁主筋焊（搭）接；柱式墩台、排架式桩墩均应加密构件与基础联结处及构件本身的箍筋，以改善构件延性，提高其抗震能力，桩基础的箍筋加密