建筑抗震场地类别划分的分析应用温州周海平文档格式.docx

建筑抗震场地类别划分的分析应用温州周海平文档格式.docx

《建筑抗震场地类别划分的分析应用温州周海平文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑抗震场地类别划分的分析应用温州周海平文档格式.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

“具有相似的反应谱特征”的本质意义，除对建筑地基进行研究外，尚要了解地基外围岩土层结构变化情况，估计所划分的场地类别大致范围，才能避免一点（孔）之见，保证场地类别划分的准确性。

场地类别的划分目的是考虑场地条件对设计反应谱的影响，合理采取抗震设计参数和抗震构造措施；

影响设计反应谱的场地地质因素极其复杂，根据国内外震害研究和理论分析结果，建筑场地在地震作用下的动力反应，主要考虑松散介质的动力放大作用和滤波特性，影响因素主要是松散层覆盖厚度和表层土刚度。

2.2土层的等效剪切波速

土层剪切波速是土的重要动力参数，表示土质刚度的物理量，对地震反应谱有着重要影响；

建筑抗震规范规定，土层的等效剪切波速（vse）为场地评定计算深度（d0）与剪切波在地表与计算深度之间传播的时间（t）的比值，即

vse=d0/t

t=（di/vsi）

式中：

vse——土层等效剪切波速（m/s）；

d0——计算深度（m）；

t——剪切波在地面至计算深度之间的传播时间（s）；

di——计算深度范围内第i层土的厚度（m）；

vsi——计算深度范围内第i层土的剪切波速（m/s）；

n——计算深度范围内土层的分层数。

从等效剪切波速的计算公式可以看出，评定表层土的刚度是将计算深度内的土层等效于均质体，而忽略其内部的各土层刚度变化。

2.3覆盖层厚度

覆盖层厚度用以描述地震波输入松散层的基准面，从基岩传来的各种谐波分量在覆盖层中有不同的滤波和放大作用，对地面反应谱特征具有重要影响，从理论上讲，当土层的下层剪切波速比上层大得多时，下层土顶面可以认为是输入基准面，该基准面至地面的距离为覆盖层厚度。

3划分场地类别的影响因素分析

3.1土层剪切波速的取值：

土层剪切波速是划分场地类别的主要依据之一，正确确定土层的剪切波速是合理划分场地类别的前提；

勘察时，将不同时代成因、工程特性的岩土层进行分层，各分层的刚度以剪切波速表示，我们将各土层等效于均质体，不考虑其各向异性变化，以剪切波的传播时间和距离确定波速，计算方法如下：

vs=d/t

t＝（di/vsi）

vs——土层剪切波速（m/s）；

d——土层厚度（m）；

t——剪切波在该土层中的传播时间（s）；

di——测试点所代表的厚度（m）；

vsi——测试点的剪切波速（m/s），个别异常点应剔除；

n——土层中的测试点数。

3.2土层等效剪切波速计算的修正：

输入上部结构的地震作用是地面运动，其计算上界面应以室外地面算起，下界面取覆盖层厚度和20m两者的较小值，与勘察时计算等效剪切波速所取的界面常有些出入，如一些新区建设，面积较大，室外设计地面标高常比原地面要高，而勘察时未进行填方，故在计算等效剪切波速时应考虑场地填挖情况对其影响，填方时，应包括填方厚度确定计算深度（d0），填方部分土层剪切波速（vsi）应参与等效剪切波速（vse）的计算。

在平面上的边界（或规模）规范未作出明确规定，从地震作用影响的实质分析，应比建筑地基范围大得多，深基础、小规模的地基处理或局部土质强度变化不予考虑，但对于大面积的地基处理，如大面积的预压加固地基处理、大规模的挖填方，大范围改变场地表层土刚度，对地震反应谱将有一定影响，因此v

se值应为建设后实际的土质刚度反映，对其进行适当修正。

在同一场地上各处vse值较为离散时，宜划分单元采用统计意义上取值。

3.3覆盖层厚度的确定

在岩土工程勘察实践中发现，岩土层结构和强度变化较为复杂，如何确定覆盖层厚度很困难，各种规范对覆盖层厚度的取值规定有些差异，也有些勉强；

建筑抗震设计规范规定，建筑场地覆盖层厚度的确定，应符合下列要求：

1一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离确定。

2当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的土层，且其下卧岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定。

3剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。

4土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖层中扣除。

以上几款规定的基本思路可以理解为：

①场地土层剪切波速随深度呈递增趋势；

②将剪切波速大于500m/s的硬土层定义为基岩，做为输入基准界面；

③相邻土层剪切波速差异大于2.5倍视为土层刚度突变，做为边界条件；

④松散层中孤立的硬夹层予以忽略；

⑤与基岩相连的硬夹层（如坚硬的侵入岩岩脉）做为输入边界考虑，计算覆盖层厚度时扣除硬夹层的厚度。

对于覆盖层中间较厚的层状硬土，如密实的卵石层（vs≥500m/s），可以认为对地震波的传播影响较小，若厚度较大，分布范围较大，明显影响地面的动力反应，计算覆盖层厚度时应将其扣除。

建筑抗震设计规范将覆盖层厚度划分为7个档次，即0m、3m、5m、15m、50m、80m、>

80m，其上界面按建筑室外地面算起，要考虑建设期的填方或挖方地面高程变化影响；

下界面根据基岩面起伏特征分区考虑，对于局部的一些小规模突变，对地震波的传播影响较小，可以忽略不计。

4工程案例

4.1案例一

某工程为2幢高层建筑，建筑面积约5.5万m2，30层，框架－筒体结构体系，嵌岩灌注桩基础，位于滨海平原残丘坡脚附近，岩土层分布情况如图1。

建筑物

覆盖层土质

vse（m/s）

覆盖层厚度

场地类别

A幢

中硬土

300

6.6

II

B幢

软弱土

120

32.0

III

A、B平均考虑

中软土

210

19.3

从震害调查和理论分析，靠近平原残丘边缘，地表动力反应逐渐减弱，B幢结构地震输入明显比A幢要大，虽然本建筑场地面积较小，若笼统地按II类场地考虑（将B幢也按II类场）显然不合理，划分两个场地单元按不同类别考虑比较切合实际。

4.2案例二

某工程为1幢高层住宅楼，建筑面积约2.6万m2，25层，框架剪力墙结构体系，嵌岩灌注桩基础，位于滨海淤积平原内，岩土层分布情况如图2。

该场地邻近约1.5km2范围内基岩面埋深均在60～70m，场地类别为III类，勘察时发现在该建筑物地基下部为侵入岩体风化凹坑，面积约为28×

35m，中风化基岩面平均埋深为85m，波速测试计算等效剪切波速vse＝112m/s，若以建筑物范围内计算覆盖层厚度为85m判断，则场地类别为IV类；

后经扩大勘察范围，收集邻近场地地质资料分析，查清了中风化基岩面的变化趋势，确认大范围内中风化基岩面埋深为60～70m，拟建场地仅为一局部凹坑，规模较小，对长周期波的影响不显著，而覆盖层厚度较大，对地表反应谱影响已极其微弱，故场地类别仍判为III类，降低了建筑工程造价。

4.3案例三

某高层住宅楼，建筑面积约2.86万m2，30层，框架剪力墙结构体系，嵌岩灌注桩基础，位于滨海淤积平原，建筑地基内为一塘河小湾回填，面积约25×

30m，成分为碎石混少量砂性土，呈饱和，中密，低压缩性，填土时间20余年，剪切波速vs＝170m/s，填土以下为淤泥，流塑，高压缩性，剪切波速vs＝102m/s；

岩土层分布情况如图3。

该工程若以地基内钻探资料计算，vse＝170m/s，属中软土，覆盖层厚度44.5m，按建筑抗震设计规范4.1.6条判定，建筑场地类别为II类；

事实上，该地基周边填土厚度很薄，vse<

140m/s，地基内塘河回填的素填土类似于局部的地基处理，面积相对很小，对地震效应影响不明显，故仍判为III类场地。

4.4案例四

某高层商住楼，建筑面积约2.35万m2，25层，框架剪力墙结构体系，大直径机械钻孔灌注桩基础，位于滨海淤积平原，地层结构如图4所示，①粘土：

软塑，剪切波速vs＝145m/s，层厚约2m，层底埋深约2m；

②淤泥：

流塑，剪切波速vs＝102m/s，层厚约30m，层底埋深约32m；

③粘性土：

可～软塑，剪切波速vs＝220m/s，层厚约26m，层底埋深约58m；

④卵石：

饱和，密实，剪切波速vs＝530m/s，层厚约15m，层底埋深约73m；

⑤粘性土：

可塑，剪切波速vs＝250m/s，层厚约12m，层底埋深约85m；

⑥中风化熔结凝灰岩：

块状构造，坚硬，裂隙面有次生矿物，剪切波速vs＝620m/s。

深度20m内等效剪切波速vse＝106m/s。

本工程判定场地类别时的覆盖层厚度从不同基准面（即覆盖层下界面）起算，场地类别是不一样的，a）若以④卵石顶板起算，覆盖层厚度为58m，则场地类别为III类；

b）若以⑥中风化熔结凝灰岩顶面起算，覆盖层厚度为85m，则场地类别为IV类；

从覆盖层对地震波传播的影响本质分析，主要为滤波和放大作用，假设④层土为刚体，则可以认为④层土对地震波的传播影响很小，计算覆盖层厚度可以扣除其厚度，建筑抗震设计规范规定，vs>

500m/s的岩土类型为坚硬土，而④卵石的vs＝530m/s，厚度达15m，我们可以近似地将④卵石以刚体考虑，取本场地覆盖层厚度为85-15＝70m，，故场地类别为III类。

4.5案例五

某住宅小区，总用地面积约16万m2，由19幢高层住宅楼组成，总建筑面积约27万m

2，15～25层，框支结构体系，底层架空，大直径机械钻孔灌注桩基础，位于滨海淤积平原，地层结构如图5-1所示，①粘土：

软塑，剪切波速vs＝135m/s；

流塑，剪切波速vs＝115m/s；

可～软塑，剪切波速vs＝240m/s；

④中风化熔结凝灰岩：

剪切波速vs＝680m/s。

深度20m内等效剪切波速vse＝118m/s。

地层结构如图5-1所示。

该小区中风化基岩面埋深在40～90m，向东缓倾，如图5-2所示，根据场区波速测试判定，覆盖层厚度为40～90m，跨越建筑抗震设计规范将覆盖层厚度所划分的数个档次，显然，本住宅小区已跨越不同场地类别单元，确定场地类别时，应根据中风化基岩等深线图，见图5-2，将其划分为2个地质单元考虑，80m等深线以西确定为III类场地，80m线以东确定为IV类场地。

4.6案例六

某万吨级大型码头，面积约1.2km2，位于滨海软土地区，地形平缓，淤泥厚度约30m，等效剪切波速vse＝125m/s，采用大面积堆载（填方）预压地基处理，堆载厚度为6～8m，填方料为级配良好的碎石土，预压后等效剪切波速vse＝145m/s；

地层结构如图6所示。

该工程详细勘察时未进行填方堆载预压处理，地面高程约2m，等效剪切波速vse＝125m/s，覆盖层厚度若从原地面算起，覆盖层厚度为40米左右，场地类别为III类，地基预压处理后，检验地基加固效果勘察时，根据波速测试结果计算，等效剪切波速vse＝167m/s，覆盖层厚度从填方后地表面算起约为45m，根据建筑抗震设计规范判定，场地类别为II类，认为大面积地基处理改善了场地表层土刚度，可以判定场地类别为II类。

5结论

地震作用对建筑结构的影响是极其复杂的，场地类别对结构的动力反应有重要的影响，准确划分建筑场地类别对抗震防灾有着重要的意义。

、建筑场地类别的划分，不能拘泥于场地面积的大小，应以具有相似反应谱特征为原则的工程场地为地质单元，并根据建筑设活动对场地条件的影响分析，做适当修正。

、岩土层等效于均质体，以剪切波的传播时间和距离确定计算剪切波速。

、输入上部结构的地震作用计算是以建筑室外地面算起，在判别建筑场地类别时的覆盖层厚度相应以建筑室外地面为上界面。

、表征地基表层刚度的等效剪切波速，应远大于建筑基底范围所代表的土层总体刚度反映，即计算等效剪切波速的土层在平面上有较大的范围。

、计算覆盖层厚度时，对局部的硬夹层予以忽略，对于与基岩相连的硬夹层或分布范围较大的层状硬土层（vs>

500m/s），应扣除其厚度。

、正确地划分建筑场地类别对建筑物的结构设计、安全、造价等具有重要影响，因此在岩土工程勘察中应针对建筑物的性质、规模、地基土的工程性质等因素综合考虑，准确地判定场地类别。

笔者通过多年的工程实践，从场地岩土层的波速、等效剪切波速、覆盖层厚度等三个方面的影响因素分析，在复杂的岩土工程条件下，结合一些较典型的案例，对划分建筑场地类别进行分析探讨。

文中存在的不足或错误，敬请同行批评指正。

主要参考文献：

[1]中华人民共和国建设部.建筑抗震设计规范GB50011-2001.北京：

中国建筑工业出版社，2001

[2]中国土木工程学会.中国土木工程指南.北京：

科学出版社，1993

[3]刘保东.工程振动与稳定基础（第二版）.北京：

清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005

[4]工程地质手册编写委员会.工程地质手册（第三版）.北京:

中国建筑工业出版社，1992

作者简介：

周海平（1962—），男，汉族，浙江省温州市人，注册土木工程师（岩土）,温州市建筑学会勘测专业学术委员会委员；

主持完成各级岩土工程勘察1000余项，获省、部级优秀工程勘察奖十多项，公开发表学术论文多篇。

文本仅供参考，感谢下载！