场地、地基和基础课件

地質年代表（附）相對年代絕對年齡（萬年）生物宙代紀世顯生宙新生代第四紀全新世（統）Q4

1.1

12.8

73

250

6500

22500

57000

250000

400000460000

更新世晚更新世（統）Q3中更新世（統）Q2早更新世（統）Q1第三紀（系）中生代（界）古生代（界）隱生宙元古代（界）太古代（界）地球天文時期地質年代是指從最老的地層到最新的地層所代表的時代。分為相對地質年代和絕對地質年代。整個歷史時期地質作用在不停息地進行著。各個地質歷史階段，既有岩石、礦物和生物的形成與發展，也有它們的破壞和消亡。把各個地質歷史時期形成的岩石，結合埋藏在岩石中能反映生物演化程式的化石和地質構造，按先後順序確定下來，展示岩石的新老關係，這就是相對年代。國際上又將地質年代劃分為大小不同等級的單位，如宙、代、紀、世等。與此相對應的是地層單位宇、界、系、統等。工程活動涉及的土體大都是在第四紀形成，第四紀是指約250萬年至今這段地質時期。

重點掌握2.1場地2.2天然地基與基礎的抗震驗算2.3液化土瞭解內容2.3軟土地基2.4樁基的抗震設計

抗震結構設計2場地、地基和基礎地震破壞作用：從破壞性質和工程對策角度，地震對結構的破壞作用可分為兩種類型：場地、地基的破壞作用和場地的震動作用。

場地和地基的破壞作用一般是指造成建築破壞的直接原因是由於場地和地基穩定性引起的。

場地和地基的破壞作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。場地：建築物的所在地，其在平面上大體相當於廠區、居民區或自然村的區域範圍。2.1場地

這種破壞作用一般是通過場地選擇和地基處理來減輕地震災害的。

場地的地震動作用是指由於強烈地面運動引起地面設施振動而產生的破壞作用。

減輕它所產生的地震災害的主要途徑是合理的進行抗震和減震設計和採取減震措施。

地段類別

地質、地形、地貌有利地段穩定基岩，堅硬土，開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，非岩質的陡坡，河岸和邊坡的邊緣，平面分佈上成因、岩性、狀態明顯不均勻的土層（如故河道、疏鬆的斷破裂帶、暗埋的塘浜溝穀和半填半挖地基）等危險地段地震時可能發生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發震斷裂帶上可能發生地表錯位的部位建築地段的選擇工程地質條件對地震破壞的影響很大。常有地震烈度異常現象，即“重災區裏有輕災，輕災區裏由重災”產生的原因是局部地區的工程地質條件不同。地段劃分

水邊地的地下水位較高，土質也較鬆軟，容易在地震時產生土壤滑動或地層液化。

用另外的土石來填補地基，常有土壤密實度不足情形，導致建築物在地震時產生傾斜、沉陷。

山坡地在地震時會產生土壤滑動沖積地的土質鬆軟，地震時容易塌陷，如果此處有地下水層，還容易發生液化。

臨近懸崖，容易滑落

谷地或低地，這裏的建築物容易在地震發生時，受土石崩塌破壞。

地震引發了一巨大的泥石流，數百戶人家被埋在泥石裏地裂發震斷裂的影響與地下斷裂構造直接相關的地裂與發震斷裂間接相關的受應力場控制所產生的地裂

斷裂帶是地質上的薄弱環節，淺源地震多與斷裂活動有關。發震斷裂帶附近地表，在地震時可能產生新的錯動，使建築物遭受較大的破壞，屬於地震危險地段。建設時應避開。發震斷裂帶上可能發生地表錯位的地段主要在高烈度區，全新世以來經常活動的斷裂面上。

局部地形的影響1.高突地形距離基準面的高度愈大，高處的反應愈大；2.離陡坎和邊坡頂部邊緣的距離大，反應相對減小；3.在同樣地形條件下，土質結構的反應比岩質結構大；4.高突地形頂面愈開闊，遠離邊緣的中心部位的反應明顯減小;5.邊坡愈陡，其頂部的放大效應相應加大。地段選擇1.選擇有利地段；2.避開不利地段，當無法避開時，應採取適當的抗震措施；3.不在危險地段建設。

2.1.1場地土及場地覆蓋層厚度1、場地土：場地範圍內的地基土。場地土對建築物的震害，主要與場地土的堅硬程度和土層的組成有關。在同一地震和同一震中距離時，軟弱地基地面的自震週期長，振幅大，震動持續時間長，震害也重(地基的震害)。軟弱地基上的建築物震害比堅硬地基上的嚴重(上部結構的震害)。堅硬土層上的剛性建築、軟弱土上的柔性建築破壞嚴重。2、場地土的類型按土層等效剪切波速，場地土分4類：2.1.2場地覆蓋層厚度的確定：一般情況下，應按地面至剪切波速大於500m/s的土層頂面；2.當地面5m以下存在剪切波速大於相鄰上層土剪切波速2.5倍的下臥土層，且下臥土層的剪切波速不小於400m/s時，可按地面至該下臥土層頂面的距離確定；3.剪切波速大於500m/s的孤石、透鏡體，應視同周圍土層；4.土層中的火山岩硬夾層，應視為剛體，其厚度應從覆蓋土層中扣除。一般震害隨覆蓋層厚度的增加而加重。

2.1.3

場地類別《規範）規定：建築場地類別應根據土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度劃分為四類：根據場地覆土厚度及土的剪切波速確定建築物的場地類別，由場地類別和地震分組查表得場地特徵週期（P35表3.2），最後由特徵週期計算地震影響係數。

場地記憶體在發震斷裂時，應對斷裂的工程影響進行評價，並應符合下列要求：對符合下列規定之一的情況，可忽略發震斷裂錯動對地面建築的影響：

1）抗震設防烈度小於8度；

2）非全新世活動斷裂；

3）抗震設防烈度為8度和9度時隱伏斷裂，前第四紀基岩以上的土層覆蓋厚度分別大於60m和90m。2.對不符合本條1款規定的情況，應避開主斷裂帶。其避讓距離不宜小於下表對發震斷裂最小避讓距離的規定。例：已知某建築場地的鑽孔土層資料如表所示，試確定該建築場地的類別。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥質粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥質粘土200632.9細砂31069.56.5礫混粗砂520解：（1）確定地面下20m表層土的場地土類型（2）確定覆蓋層厚度（3）確定建築場地類別屬於中軟土屬於Ⅲ類場地

補充：天然地基的震害特點及其抗震措施由於地基一旦發生破壞，震後修復加固很難，有時甚至不可能加固修復。一、天然地基的震害特點高壓縮性飽和軟粘土和強度較低的淤泥質土，在地震中產生不同程度的震陷，從而造成或加劇了上部結構的傾斜或破壞。雜填土、回填土和沖填土等鬆軟填土地基，由於多為舊水坑、窪地等，土質稀散且強度較低，地震中易產生沉陷，使結構開裂。溝、坑、故河道，坡地中半挖半填等非均質地基，在地基中的不均勻沉陷或地裂縫上會引起上部結構破壞。

2.2天然地基與基礎的抗震驗算

抗震結構設計

二、天然地基的抗震措施

1、軟弱粘性土地基特點：壓縮性較大，抗剪強度小，承載能力低。震害特點：使建築物產生較大的附加沉降和不均勻沉降。處理措施：樁基；地基加固處理；以及類似減輕液化影響的基礎處理措施和上部結構的處理措施。2、雜填土地基（一般是人類任意堆填而成)特點：組成物質雜亂，結構疏散，厚薄不一，均勻性很差，強度低，壓縮性高。震害特點：不均勻沉降導致上部結構開裂。處理：當雜填土的上層較薄時，可全部挖除（換土）；雜填土較厚時，採用地基加固的方法（如擠密樁等）。

二、天然地基的抗震措施3、不均勻地基一般位於舊故河道邊，暗藏溝坑邊緣，半挖半填的地帶，以及土質明顯不均勻的其他地段。震害特點：易引起地基失效，加劇上部結構的破壞。處理措施：地基加固處理4、地基加固處理方法A、換土墊層法換土厚度<3m適用：各種軟弱地基（但換土深度有限，處理後仍有變形）上部荷載較小，沉降要求不嚴時用這種方法。

B、重錘夯實法適用：壓實各種稍濕粘土、砂土、雜填土地基（在最優含水量時下錘，若含水量過大，可換土；若含水量過小，可灑水，使之變為最優含水量。）C、擠密裝法（運用廣泛）適用：鬆散土、雜填土、可液化土，對飽和軟粘土不適用。D、強夯振沖法適用：淺層飽和砂土（可防止液化）E、砂井預壓法（是一種深層加固方法）適用：深厚的粉土層，淤泥質粘土層，淤泥質薄軟土地基加固。

F、振沖法（用振沖設備，常用水沖）工作時，先啟動電擊帶動偏心塊高速旋轉，同時噴射高壓水，使形成孔洞，到一定深度後，填5-40mm碎石邊振實，形成碎石樁。

2.2.1、可不進行天然地基及基礎抗震驗算的建築《規範》4.2.1規定：1、砌體房屋2、地基主要受力層範圍內不存在軟弱粘性土層的下列建築：一般的單層廠房；單層空曠房屋；不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋及基礎荷載相當的多層框架廠房。3、可不進行上部結構抗震驗算的建築2.2天然地基與基礎的抗震驗算

抗震結構設計2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承載力驗算1、地基土的抗震承載力：調整後的地基土抗震承載力：地基土抗震承載力調整係數：深度修正後的地基土靜承載力特徵值國內外研究資料表明：除十分軟弱土之外，多數土在有限次的動載下，地震作用下一般土的動承載力皆比靜承載力高。考慮地震作用的偶然性、短暫性及工程經濟等因素，地基在地震作用下的可靠性應比靜力作用下的可靠性有所降低。2、天然地基的抗震驗算認為基底壓應力呈直線分佈，則：：地震作用效應標準組合的基礎底面的平均壓應力：地震作用效應組合的基礎邊緣的最大壓應力。高寬比大於4的高層建築，基底不宜出現拉應力其他基礎底面與地基土之間零應力區面積不應超過基底面積的15%。2.3.1、地基土的液化

2液化土與軟土地基

抗震結構設計液化的宏觀標誌是在地表出現噴砂冒水。

處於地下水位以下的飽和砂土和粉土在地震時容易出現液化現象

處於地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結構受到地震作用時將趨於密實，使空隙水壓力急劇上升，而在地震作用的短暫時間內，這種急劇上升的空隙水壓力來不及消散，使原有土顆粒通過接觸點傳遞的壓力減小，當有效壓力完全消失時，土顆粒處於懸浮狀態之中。這時，土體完全失去抗剪強度而顯示出近於液體的特性。這種現象稱為液化。

唐山地震時，嚴重液化地區噴水高度可達8米，廠房沉降可達1米。天津地震時，海河故道及新近沉積土地區有近3000個噴水冒砂口成群出現，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達5立方米。有時地面運動停止後，噴水現象可持續30分鐘。液化的震害：噴水冒砂淹沒農田，淤塞管道，淘空路基；沿河岸出現裂縫、滑移，造成橋樑破壞，等等。

2、場地土液化產生的震害地面開裂、下沉使建築物產生過度下沉或整體傾斜。不均勻沉降引起建築物上部結構破壞，使梁、板等水準構件及節點破壞，使牆體開裂和建築物體形變化處開裂。地室內地坪上鼓、開裂，設備基礎上浮或下沉3、影響場地土液化的因素土層的地質年代和組成：地質年代越古老，越不易液化；細砂較粗砂易液化等。土層的相對密度：土的密實程度越大，越不易液化；土的粘性顆粒含量越高，越不易液化。土層的埋深和地下水位的深度：土的埋深越大，地下水位越深，越不易液化。地震烈度和地震持續時間：地震烈度越高，持續時間越長，飽和砂土越易液化。2.3.2、液化的判別液化判別和處理的一般原則：1）對存在飽和砂土和粉土（不含黃土）的地基，除6度外，應進行液化判別。對6度區一般情況下可不進行判別和處理，但對液化敏感的乙類建築應按7度的要求進行判別和處理。2）存在液化土層的地基，應根據建築的抗震設防類別、地基的液化等級結合具體情況採取相應的措施。1、初步判別《規範》規定：對飽和砂土或粉土，當符合下列條件之一，可不考慮液化的影響。地質年代為第四紀晚更新世及其以前時，沖洪積形成的密實飽和砂土或粉土。粉土的粘粒含量不小於7度—10%；8度—13%；9度—16%。天然地基的建築，當上覆非液化土層厚度和地下水位的深度符合下列條件之一：9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別液化土特徵深度d0查液化土特徵深度表例1圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為砂土，地下水位深度為dw=6.5m.基礎埋深db=1.5m,

該場地為8度區。確定是否考慮液化影響。解：按判別式確定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別不需要考慮液化影響。dw=6.5mdu=5.5mdb=1.5m查液化土特徵深度表解：按判別式確定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別不滿足判別式，需要進一步判別是否考慮液化影響。例

圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為砂土，地下水位深度為dw=6m.基礎埋深db=2.5m,

該場地為8度區。確定是否考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m2、進一步判別細判經初步判別認為需進一步進行液化判別時，一般採用標準貫入試驗進一步判別。

鑽孔至試驗土層上15cm處,用63.5kg穿心錘，落距為76cm，打擊土層，打入土層30cm，所用的錘擊數記作N63.5，稱為標準貫入錘擊數。用N63.5與規範規定的臨界值Ncr比較來確定是否會液化。1---穿心錘2---錘墊3---觸探杆4---貫入器頭5---出水孔6---貫入器身7---貫入器靴規範規定當飽和可液化土的標貫擊數N63.5的值小於Ncr值時，判為液化，否則判為不液化。---地下水位深度（m)---飽和土標準貫入試驗點深度（m)---液化判別標準貫入錘擊數基準值，按下表採用。---飽和土粘粒含量百分率，當小於3或是砂土時，均應取3。括弧內數值用於設計基本地震加速度為0.15g和0.3g的地區12(15)---8（10)第二、三組1610(13)6（8）

第一組987設計地震分組烈度3.液化指數與液化等級採用土層柱狀液化等級判定。---判別深度內每一個鑽孔標準貫入試驗點總數；---分別為i點標準貫入錘擊數的實測值和臨界值，當實測值大於臨界值時取臨界值的數值；---第i點所代表的土層厚度（m)；---第i層考慮單位土層厚度的層位影響權函數值。若判別深度為15m，當該層中點深度不大於5m時採用10，等於15m時應取零值,5～15m時應按線性內插值法取值;若判別深度為20m，當該層中點深度不大於5m時採用10，等於20m時應取零值，5～

20m時應按線性內插值法取值。液化指數

一般，液化指數越大，場地的噴水冒砂情況和建築物的液化震害就越嚴重，因此，可根據液化指數的大小來區分液化危害程度，即地基的液化等級。見表2.7判別深度20m時的液化指標判別深度15m時的液化指標

嚴重

中等

輕微

液化等級液化等級

地面噴水冒砂情況

對建築物的危害情況輕微地面無噴水冒砂，或僅在窪地、河邊有零星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明顯的沉降中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重均有，多數液化等級屬中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有時不均勻沉陷可達200mm嚴重一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大於200～300mm，高重心結構可能產生不允許的傾斜2.3.3、可液化地基的抗震措施當液化土層較平坦、均勻時，可按下表選用抗液化措施地基和上部結構處理，或其他經濟的措施可不採取措施可不採取措施丁類全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對地基和上部結構處理基礎和上部結構處理，或更高要求的措施基礎和上部結構處理，亦可不採取措施丙類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對地基和上部結構處理部分消除液化沉陷，或對地基和上部結構處理乙類嚴重中等輕微地基的液化等級建築類別場地土的液化會給建築物造成一系列破壞，為保障建築物的安全，可根據建築的抗震設防類別和地基的液化等級，選擇適當的抗液化措施。2）採用深基礎時，基礎底面埋入深度以下穩定土層中的深度，不應小於0.5m；3）採用加密法（如振沖、振動加密、砂樁擠密、強夯等）加固時，應處理至液化深度下界，且處理後土層的標準貫入錘擊數的實