第2章场地与地基

第二章场地、地基和基础内容： 场地的地震影响、场地的分类、地基抗震措施、地基抗震验算、液化问题。§2.1场地一、场地及其地震效应 场地：工程群体所在地，其范围相当于一个厂区、住宅小区、一个自然村落或不小于1km2的范围。不同场地上的建筑的震害不同。因地震的大小和工程地质条件不同而不同。1、震害表现：

在软弱的地基上，柔性结构（长周期）破坏较重，刚性结构表现较好； 在坚硬的地基上，柔性结构表现较好，而刚性结构表现不一。在坚硬的地基上，一般是结构破坏，在软弱的地基上有结构破坏，也有地基破坏。2、原因分析：这与地基的动力特性有关。

地震波在地壳内部传播，地震波传至地表时的振动强烈程度，与地震的震级、震中距、振动的频率组成、场地土层的组成（动力参数——自振周期）有关。震害表明，不同的建筑形式在不同的场地上的破坏程度是不一样的。这就有必要研究建筑的场地对建筑物的地震作用的影响，以便根据不同的场地类别采用相应的设计参数。

3、场地的固有周期模型i层土的剪切刚度当为单一土质时，固有周期

H—土层厚度

vs—剪切波速解多质点体系振动方程。土层的剪切摸量多层土的固有周期

当大时（坚硬土）T小，当h大时，T大，场地土的固有周期与土层的坚硬程度和土层覆盖厚度有关。4、场地的地震效应场地的土层相当于一个放大器和滤波器。地震波由各种周期的谐波分量组成。地震波经过土层时，将放大那些与场地固有周期相近的谐波分量，而使其它谐波分量衰减减小。

地震波软弱地基以长周期为主，放大。坚硬地基以短周期为主，放大。当建筑的自振周期与场地的周期相近时，振动会放大，使破坏更大，相反则小。

场地（放大器，滤波器）关于上次课的问题：什么是次生灾害？地震对建筑物会造成哪些危害？有何相应对策？什么是设防烈度？多遇烈度？罕遇烈度？什么是“三水准、两阶段设计法”？建筑抗震设防类别分几类？相应的设防标准如何？软弱地基上建筑震害较重的原因1）建筑的破坏有一个过程，当建筑开裂后结构的自振周期将加大，对于坚硬场地上的建筑来说，由于结构的周期将远离场地的周期，故结构的地震作用将减小。2）而软弱场地上的建筑开裂后，自振周期将靠近场地的周期，使结构的地震作用进一步加大，故破坏严重。二、***场地的类别

建筑场地的类别与场地土的类型和场地土的覆盖层厚度有关1、*场地土的类型：场地土的类型根据场地土的坚硬程度划分为四类。

a、实测剪切波速法：实测地面下20m（但不深于覆盖层厚度）土层的等效剪切波速。Vs500m/s坚硬场地土

250Vs≤500中硬场地土

140Vs≤250中软场地土

Vs≤140软弱场地土b、近似划分法：根据土层的性状近似划分，见P15表2-1。2、*场地覆盖层厚度： 当剪切波Vs500时，即认为是基岩，其上部到地表的厚度为场地覆盖层厚度。

3、***建筑场地的类别：根据场地土的类型和场地覆盖层厚度，分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。Vse见P15式（2-1）。等效剪切波速（m/s)场地类别ⅠⅡⅢⅣVse>5000---500≥Vse>250<5≥5--250≥Vse>140<33~50>50-Vse≤140<33~15>15~80>80例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如下表所示，试确定该建筑场地的类别。层底深度（m）土层厚度（m）土的名称土层剪切波速vsi（m/s）

9.509.50砂17037.8028.30淤泥质粘土13043.605.80砂24060.1016.50淤泥质粘土20063.002.90细砂31069.506.50砾混粗砂520解：（1）确定地面下20m表层土的场地土类型vse值位于250vse>140m/s之间，故表层土属于中软场地土。（2）确定覆盖层厚度dov由表中数据知，63m以下的vsi=520m/s>500m/s，故dov=63m。（3）确定建筑场地的类别由于表层土为中软场地土，以及dov>50m，查规范表4.1.6知，该建筑场地类别为III类。§2-2天然地基与基础的抗震验算

一般情况下，地基发生震害的情况很少。但高压缩性饱和软粘土和强度较低的淤泥质土，在地震中发生不同程度的震陷、倾斜。杂填土、回填土，在地震中也会发生震陷。还有较严重的是地基的液化。抗震措施：对软弱粘性土采用桩基和地基加固。天然地基抗震验算

一、不验算的范围：抗震规范建议了不需进行抗震验算的范围。（1）砌体房屋；（2）地基主要持力层内不存在软弱粘性土层的一般单层厂房和单层空旷房屋、不超过8层且高度在25m以下的民用框架及基础荷载相当的多层框架厂房；（3）可不进行上部结构抗震验算的建筑。抗震验算的范围软弱地基上采用天然地基的单厂、单层空旷房屋、7层及以上的民用框架及荷载相应的多层厂房，超过规范规定的不验算范围的建筑均需进行地基和基础的抗震验算。二、地基土抗震承载能力的调整

除十分软弱土之外，地震作用下一般土的动强度皆比静强度高。地基抗震承载力:faE=s•fas—

抗震承载力调整系数≥1.0

根据岩土的性质不同，s在1-1.5之间

fa—深宽修正后的地基承载力特征值。三、验算

地基平均压力P≤faE

地基最大压力Pmax≤1.2faE

一般建筑零应力区不大于底面积的15%。§2.3液化土与软土地基一、场地土的液化现象处于地下水位以下的饱和砂土和粉土，在地震时容易发生液化现象。砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实。这种趋于密实的作用使孔隙水压力急剧上升，在地震作用的短暂时间内，孔隙水压力来不及消散，使土颗粒处于悬浮状态。

当砂土和粉土液化时，其强度完全丧失从而导致地基失效。场地液化将使建筑整体倾斜，下沉，墙体开裂，地面喷水、冒砂、裂缝等。阪神地震淡路岛砂土液化砂土液化试验液化导致地基失效的条件、砂土或粉土的密实度低、地振动剧烈、土的微观结构的稳定性差、地下水位高、高压水不易渗透、上覆非液化土层较薄，或者有薄弱部位 （前5条是导致液化的条件，后一条是导致地基失效的条件）影响液化的因素1，土层的地质年代：古老的不易液化，新近的易液化。2，土层土粒的组成和密实度，细砂比粗砂易液化，松散的比密实的易液化。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，地震烈度和地震持续时间。二、场地土液化的判别方法分两步：“初判”

“标贯”

1、初步判别1）土的年代：早于第四纪晚更新世以前

沉积的土，不液化。2）粉土的粘粒含量。7度、8度、9度分别

不小于10%、13%、16%时不液化。3）上覆非液化土层厚度和地下水位深度满足下列条件之一时，可不考虑液化。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—

上覆非液化土层厚度

d0—

液化土特征深度

dw—

地下水位深度

db—

基础埋置深度，小于2m时取2m do--液化土特征深度表

以基础埋置深度为2m时可不考虑液化影响的上覆非液化土层厚度值为基准值（此值称为液化土特征深度），地下水位深度判别再减一，再加上基础埋深不等于2m时的相对差值。

以上的公式和表格为《建筑抗震设计规范》的表达方式，与《公路工程抗震设计规范》的图2.2.2是完全等效的。 当不满足上述所有条件时，需进一步判别。（若满足上述判别条件，无须进行下述工作。）判别式返回2、标准贯入试验判别

贯入试验判别：在地面以下15m(20m)深度范围内，饱和砂土或粉土液化的标准贯入实验判别公式：（满足该式可液化）N63.5—

标准贯入锤击数实测值（未经杆长修正）

N0

—

标准贯入锤击数基准值

三、液化场地的危害性分析与抗液化措施

1、用相对贯入锤击数之比F来表示液化的沉降比。

标准贯入锤击数基准值Nods—饱和砂土或粉土的标准贯入点深度

rc—

粘粒含量的百分率，小于3时取3

由此公式可判断每层土层是否液化

2、液化指数

n—15m深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数

Ni，Ncri—

实测值与临界值

di

—i点代表的土层厚度（m），只考虑15m深。

wi

—

第i层土的影响权函数值

液化等级的判别：

IlE5（6）轻微液化

5(6)<IlE15（18）中度液化

IlE15（18）严重液化

（）中数字用于判别深度

为20M。10m0Wi105m（15m）关于上次课的问题场地土分几类？根据什么划分？为什么要划分场地类别？依据什么划分？场地覆盖层厚度是怎定义的？地基抗震承载力验算时，地基承载力与静荷载作用下相比是高还是低？发生地基液化的条件是什么？液化导致地基失效的条件是什么？液化“初判”包括哪几方面？“标贯”试验的目的？3、抗液化措施《规范》将处理措施分为三个档次，根据液化等级和建筑类别选取。这三个档次为：全部消除地基液化沉降的措施 桩基、深基础、加密法、挖除液化层等。部分消除地基液化沉降的措施 一定深度范围内处理，使锤击数大于临界值通过对基础和上部结构处理，减轻液化沉降的影响。抗液化措施的选取：

当液化土层较平坦且均匀时，可按《规范》中表4.3.6选用；不应将未经处理的液化土层作为天然地基的持力层。抗液化措施表4.3.6

地基的液化等级建筑类别轻微中等严重

乙类②或③

①或②+③

①

丙类③或无③或更高①或②+③

丁类

可不采取措施可不采取措施③或其他1、桩基可不进行抗震承载力验算的条件： 承受竖向荷载为主的低承台桩基，当地面下无液化土层，且桩承台周围无淤泥、淤泥质土和地基承载力特征值不大于100kPa的填土时，下列建筑可不进行桩基抗震承载力验算：砌体房屋和可不进行上部结构抗震验算的建筑。7度和8度时，一般单层厂房、单层空旷房屋和不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋及与其基础荷载相当的多层框架厂房。（构筑物的要求稍有不同）§2.4桩基的抗震设计2、非液化土中低承台桩基的抗震验算：

单桩的竖向和水平向抗震承载力特征值可均比非抗震设计时提高25%。 当承台周围的回填土夯实至干密度不小于《建筑地基基础设计规范》对填土的要求时，可由承台正面填土与桩共同承担水平地震作