地震效應評價芻議 — 巖土感悟之十八

地震是地球上頻繁發生的一種自然現象，全球每年地震約500萬次，地震破壞作用引發的地震災害觸目驚心，已成為我國最大的自然災害。

眾所周知，地震的破壞作用包括場地地基的破壞作用和場地的地震動作用。前者一般通過場地選擇和地基處理來減輕地震災害，后者則通過合理地進行抗震、減震設計和采取抗震、減震措施來減輕地震災害，這需要巖土工程師與結構工程師緊密合作，在超限高層建筑工程抗震設防專項論證時尤其突出。

在學習某大院在本地完成的某高層詳細勘察報告時發現，筆者存在如下疏忽：（1）未重視從場地通過的區域斷裂的影響；（2）未注意湘江階地的分布差異及地層年代；（3）勘察工作量未滿足詳細勘察的基本要求；（4）場地類別劃分與設計特征周期取值未考慮覆蓋層厚度與等效剪切波速；（5）一些特殊性土的巖土參數無可靠依據

“我見青山多嫵媚，料青山見我應如是”，沉思良久，覺得有必要歸納一下：勘察時地震效應評價內容有哪些？如何評價？該注意些什么？

幾個概念

1．場地：工程群體所在地，具有相似的反應譜特征。其范圍相當于廠區、居民小區和自然村或不小于1.0k㎡的平面面積。特別應注意“具有相似的反應譜特征”的含義。

2．地基：指建筑物基礎下主要持力層的巖土，含壓縮層及影響層。我國多次強烈的地震的震害經驗表明，在遭受破壞的建筑中，因地基失效導致的破壞也不少見，這些地基主要有飽和松砂、軟弱黏性土和成巖狀態嚴重不均勻的土層組成。

3．建筑場地類別：應以土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度為準。按GB 50011-2010表4.1.6劃分為四類。

4．地段：選擇建筑場地時，應根據地質、地形，地貌劃分對建筑抗震有利、一般、不利和危險的地段。

評價內容

《房屋建筑和市政基礎設施工程勘察文件編制深度規定》（2010年版）第8章作了具體規定，引述如下：

1．應明確評價所依據的標準；

2．提供勘察場地的抗震設防烈度、設計基本地震加速度、設計地震分組；

3．確定場地類別，進行巖土地震穩定性(如滑坡、崩塌、液化和震陷特性等)評價；

4．應根據實際需要劃分對建筑有利、一般、不利和危險的地段；

5．存在飽和砂土和飽和粉土的場地，當場地抗震設防烈度為7度和7度以上時應進行液化判別（抗震設防烈度為6度時可不考慮液化的影響，但對沉降敏感的乙類建筑，可按7度進行液化判別）；

6．位于條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石和強風化巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣等不利地段的工程，應闡述邊坡形態、相對高差、地層巖性和擬建工程與邊坡的距離。

《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》（建質[2010]109號）對建設項目的巖土工程勘察報告要求如下：

第七條(二) 巖土工程勘察報告應包括巖土特性參數、地基承載力、場地類別、液化評價、剪切波速測試成果及地基方案。當設計有要求時，應按規范規定提供結構工程時程分析所需的資料。

處于抗震不利地段時，應有相應的邊坡穩定評價、斷裂影響和地形影響等抗震性能評價內容。

第十五條 關于巖土工程勘察成果：

(一) 波速測試孔數量和布置應符合規范要求；測量數據的數量應符合規定。

(二) 液化判別孔和砂土、粉土層的標準貫入錘擊數據以及粘粒含量分析的數量應符合要求；水位的確定應合理。

(三)場地類別劃分、液化判別和液化等級評定應準確、可靠；脈動測試結果僅作為參考。

(四)處于不同場地類別的分界附近時，應要求用內插法確定計算地震作用的特征周期。

如何評價？

1．地震效應評價應搜集場地地震歷史資料；

2．地震效應評價應基于充分可靠的基礎地質資料；

3．地震效應評價應根據工程情況和設計要求明確所遵循的標準；

4．地震效應評價的勘察工作量應滿足相應抗震設計技術標準的要求；

5．地震效效應評價應重視場地環境條件與可能基礎型式的影響；

6．地震效應評價時，當場地類別、液化程度差異較大時應進行分區，分別評價。

注意什么？

1．搜集和掌握區域地質資料，重視地質單元的劃分

地震波從基巖傳播到建筑物底部是作為一維問題考慮，相對于大地而言，整個場地是一個點。當同一場地在物質組成、物理力學性質及可能對地震動影響上都有相同或相近的作用，沒有必要對建筑群按單棟判定場地類別。

但應該注意，場地是“具有相似的反應譜特征”的“工程群體”所在地。地震反應譜是單自由度彈性系統對于某個實際地震加速度的最大反應（可以是加速度、速度和位移）和體系的自振特征（自振周期或頻率和阻尼比）之間的函數關系。因此，對場地的界定，應按不同尺度來劃分。

當出現建筑物跨不同的工程地質單元，應以地質學的基本觀點為主導，波速計算為輔助，分別確定、計算同一工程地質分區內覆蓋層厚度與等效剪切波速。

2．測試工作量應滿足相應規范的要求

高層建筑的剪切波速測試工作不足已是司空見慣，主要表現為“同一地質單元”的理解歧義與建筑群中單幢高層的測試點不足，以及測試深度不足，對需要進行液化判別時，表現為試驗點間距與數量不滿足。特別地，受勘察深度影響，有時未能真正揭示覆蓋層厚度，而未考慮區域地質資料的利用，必然影響場地類別的判定。

GB5011-2010將建筑場地覆蓋層厚度按0m、3m、5m、15m、50m、>80m分為11個檔次，其上界面為設計地坪標高，下界面為基巖面。對無確切地質資料確定覆蓋層厚度的場地，為劃分場地類別布置的勘探孔，其深度應大于覆蓋層厚度。

當飽和砂土、粉土的初步判別認為需進一步進行液化判別時，應采用標準貫入試驗判別地面下15m 深度范圍內的液化；當采用樁基或埋深大于5m 的深基礎時，尚應判別15～20m范圍內土的液化。試驗點豎向間距宜為1.0-1.50m,第層試驗點數不小于6個。遵循“逐點判別、單孔計算、綜合確定”原則，必要時進行場地液化分區。

3．應考慮勘察期場地地形現狀與設計標高的關系

等效剪切波速的測試及覆蓋層厚度的確定，都是從“地面”開始，此地面是建筑物使用期間的地面（設計地面標高），而非勘察期間的現狀地面?？辈祀A段，場地的填挖工作多未展開，大填大挖現象并不鮮見，場地現狀與規劃標高相差徑庭，若不考慮“地面”的真正含義，極可能產生“失之毫厘，差之千里”后果。

場地地形起伏較大，需大填大挖的場地，場地等效剪切波速和覆蓋層厚度可按設計室外地坪標高取算。

4．應重視覆蓋層厚度或等效剪切波速位于分界線附近的情況（相差15%）

GB5011-201第4.1.6條以強制性條文強調：建筑的場地類別，應根據土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度按表4.1.6劃分為四類，其中I類分為I0、I1兩個亞類。當有可靠的剪切波速和覆蓋層厚度且其值處于表4.1.6所列場地類別的分界線附近時，應允許按插值方法確定地震作用計算所用的特征周期

以某建筑場地，覆蓋層厚度為20m，其中1孔的等效剪切波速為198m/s ，其場地類別為II類，另2孔分別為132m/s、145m/s，場地類別為III類。那么，如何確定其設計特征周期?按前者，設計特征周期為0.35s，按后者設計特征周期為0.45s，由此引起的結構總造價在15%以上。有的勘察報告采用場地內各地層波速平均值和土層平均厚度來計算“場地等效剪切波速”，對均勻場地而言其果無大差異，對非均勻場地會弱化軟弱地層的影響。

5．地基處理或人工地基對場地類別的影響影響

對軟弱場地，如大面積的、厚層的填方工程，因其不均勻性和尚未完成自重固結，常會采用強夯法、擠密法或墊層法等處理措施，甚至采用“滿堂紅”的CFG樁處理。處理后，不僅地基土的強度和變形模量大幅度提高，其抗震性能也會得到很大改善，但其影響是有限的、局部的，不因基礎形式而影響建筑場地類別。

有關專家建議，建筑場地的類別劃分，應以勘察期等效剪切波速和場地覆蓋層厚度為準，與地基處理與基礎類型無關。

結束語

上述感悟，更多的是對相關標準要求的梳理與歸納，也有一些專家的認識，掛一漏萬，在所難免，是以“  芻議”名之。

需要說明的是，筆者并非地方保護主義者，在這里對某勘察報告不足的羅列，只想提醒我的同行們，當去新的地方去開拓新的經濟增長點的時候，別忘了對地方資料的重視和對地區經驗的尊重，巖土工程需要切實的實物工作量，也需要經驗的積累與推廣應用。

2015年4月9日