建筑场地岩土工程勘察中的地震效应评价

　　摘    要：　结合既有规范和多年勘察工作经验，从场地抗震设计基本条件、场地液化判别、软土震陷以及抗震地段的划分等方面对岩土工程勘察中关于地震效应评价进行探讨。

　　关键词：　岩土工程勘察; 地震效应评价; 抗震设计;

　　Abstract：　Combined with the existing norms and the author's many years of exploration experience,we discuss seismic effect evaluation in geotechnical engineering investigation from basic requirements for seismic design,liquefaction discrimination,soft soil seismic sink and the division of seismic sections.

　　Keyword：　geotechnical engineering investigation; seismic effect evaluation; seismic design;

　　1 、概述

　　近年来，国内外多次发生重大地震灾害，危及人类生命与财产安全，如汶川地震、玉树地震、智利地震、日本九州岛地震等等。在建设过程中进行有效的抗震设防是防震减灾的关键性工作[1]。我国在建设过程中遵循“先勘察、后设计、再施工”的基本程序，工程勘察是工程建设的第一道关节，而地震效应评价正是岩土工程勘察报告中重要内容之一。国标GB 50021—2001岩土工程勘察规范2009年版第5.7.1条规定，抗震设防烈度等于或大于6度的地区，应进行场地和地基地震效应的岩土工程勘察。一般岩土工程勘察报告中场地和地基地震效应评价主要包括场地抗震设计基本条件、场地液化判别、软土震陷以及抗震地段的划分。本文将结合笔者的工程经验从上述四个方面就岩土工程勘察中关于地震效应评价进行探讨。

　　2、 场地抗震设计基本条件

　　岩土工程勘察报告中应根据国家批准的地震动参数区划和有关规范，提出勘察场地的场地类别、抗震设防烈度、设计基本地震加速度、设计地震分组和特征周期值[2]。

　　2.1、 场地类别

　　建筑的场地类别是根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按国标GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2016年版)(后文称国标抗震规范)表4.1.6划分为四类，其中Ⅰ类分为Ⅰ0，Ⅰ1两个亚类。在岩土工程勘察报告编制时需注意场地等效剪切波速与覆盖层厚度的确定应考虑场地现状地面标高与后期设计标高间的关系。举例说明，笔者在进行合肥某超高层建筑勘察时，场地内有大量堆土，场地标高比周边路面标高高约5 m～7 m，从地面处进行波速试验测得场地等效剪切波速为232 m/s，场地覆盖层厚度52 m，如果勘察报告按此数据进行场地类别判定，则本工程场地为Ⅲ类场地，场地特征周期值为0.45 s;但本工程场地后期需进行场地整平，整平后场地标高与周边路面标高基本相同，故本工程需考虑勘察时场地标高与后期设计标高间的矛盾，场地类别应定为Ⅱ类，场地特征周期值为0.35 s。若贸然定为Ⅲ类场地，则本工程上部结构造价将会多出10%～15%，造成不必要的浪费。反之，若场地低洼需回填，则不能贸然定为Ⅱ类场地，从而误导设计单位，给防震减灾带来风险。
 

　　2.2、 抗震设防烈度、设计基本地震加速度以及设计地震分组

　　抗震设防烈度是按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。一般情况，取50年内超越概率10%的地震烈度[3]。

　　设计基本地震加速度为50年设计基准期超越概率10%的地震加速度的设计取值[3]。

　　为更好体现震级和震中距的影响，建筑工程的设计地震分为三组。

　　上述地震动参数可根据国标抗震规范附录A以及GB18306—2015中国地震动参数区划图确定。但在编制勘察报告过程中需注意的是，国标抗震规范附录A仅提供抗震设防区各县级及县级以上城镇的中心地区抗震设计所采用的地震动参数，工程所在地的抗震设防烈度、设计分组等，需要根据具体的工程位置查阅《中国地震动参数区划图》确定。以笔者在广西钦州某项目为例，项目场地位于钦南区，审图前仅按国标抗震规范附录A.0.20判定场地抗震设防烈度为7度，地震加速度为0.10g，地震分组为第一组。然而审图时当地审图专家提出，国标抗震规范附录A仅适用于县级及以上城镇的中心地区，本工程场地类别应按GB18306—2015中国地震动参数区划图进行判定，根据区划图，本项目场地位于钦州港，属于钦南区大番坡镇，抗震设防烈度为6度，地震加速度为0.05g，地震分组为第一组。另外，当建设工程特殊时，设计抗震设防烈度高于地震动参数区划图规定的烈度时，应按规范或设计要求确定。

　　2.3、 特征周期

　　特征周期是计算地震影响系数的必要参数，可根据设计地震分组以及场地类别按国标抗震规范表5.1.4-2确定特征周期值，地震动参数区划图按Ⅱ类场地基本地震动加速度反应谱特征周期分区值以及场地类别来确定特征周期，与国标抗震规范只是说法上的差异，本质是相同的。同时需注意若计算罕遇地震作用时，特征周期应增加0.05 s。

　　3 、场地液化判别

　　岩土工程勘察中液化判别包括三个方面的内容:1)判别工程场地有无液化可能;2)评价场地地基土液化等级;3)提出场地地基抗液化措施。岩土工程勘察过程中在液化判别时，经常出现各种问题，比如由于场地地层条件的变化，液化判别的勘探孔数量不足3个，或者判别深度不够，亦或者判别时出现漏层的情况。另外一个需注意的是在部分地区至今仍采用勘察期间的水位作为液化判别的地下水位，笔者认为这种做法是不可取的，应采用设计基准期内年平均最高水位或者近期年平均最高水位。

　　液化判别时一般采用标准贯入试验进行，计算标贯锤击数临界值并与实测值比较，但在上海市工程建设规范DGJ 08—11—2018地基基础设计规范以及行业标准JGJ—83—2011软土地区岩土工程勘察规程中亦有采取静力触探试验进行液化判别的相关条文，笔者认为采用静力触探是按进行液化判别有其局限性，由于其无法取样测得土样黏粒含量，需采用测试深度相邻钻孔或场地平均黏粒含量，就上海地区而言，地层分布相对稳定，但饱和砂土或粉性土局部夹黏性土的情况很普遍，相邻孔夹黏性土的深度与厚度可能不完全一致。因此，为了避免由于引用邻近钻孔黏粒含量不当造成液化判别结论错误的情况发生，在对砂质粉土或砂土层中比贯入阻力ps或锥尖阻力qc明显减小的夹层，宜在旁侧采取土样进行验证。

　　笔者认为，岩土工程勘察过程中做好液化判别的关键在于及时掌握第一手地层资料，及时调整液化判别孔的位置和数量，以笔者在上海市松江区某工程为例，现场施工时，根据静探资料发现浅部地层杂乱，且土性有一定差异，在现场根据已有资料增加液化判别孔(20个)。勘察报告编制时，由于液化判别孔数量充足，针对浅部第(3)2层饱和粉砂以及第(5)2-1层粉砂夹粉质黏土进行液化判别，并根据其土性变化趋势，结合众多液化判别孔，将场地北部划为中等液化场地，将场地中部以及南部划为轻微液化场地。

　　4 、软土震陷

　　国标抗震规范在汪闻韶院士液塑限判别少黏性土地震液化方法的基础上，规定过了当抗震设防烈度为8度(0.3g)和9度时，满足以下三个条件的饱和粉质黏土具有软土震陷性:1)塑性指数小于15;2)天然含水量不小于0.9倍液限含水量;3)液性指数不小于0.75。笔者所在的上海为7度设防区，浅部普遍分布有第(3)层淤泥质粉质黏土以及第(4)层淤泥中粘土，该如何判别其是否有软土震陷可能，国标抗震规范未涉及7度区软土震陷问题，但在第4.3.11条文说明中阐述:认为7度区软土震陷缺少研究及相关实测资料，是未知的空白。在7度区是否会产生大于5 cm的震陷是判断是否需要考虑软土震陷的条件，并初步认为对7度区天然地基承载力特征值fak<70 kPa时还是应该考虑震陷的可能性。上海地区第(3),(4)层淤泥质土fak一般小于70 kPa，关键是看该类土层在7度设防烈度条件下的震陷量是否大于5 cm。上海地区软土震陷的问题，相关研究成果甚少。根据同济大学的初步研究成果，上海软土在7度地震作用下，震陷量一般小于5.0 cm。根据工程经验，小于5 cm的震陷量对一般房屋不致引起明显破坏，可不考虑软土震陷的影响。另外国家标准GB 50021—2001岩土工程勘察规范(2009年版)第5.7.11条规定，抗震设防烈度等于或大于7度的厚层软土分布区，宜判别软土震陷的可能性和估算震陷量。其条文说明给出了软土震陷判别标准，7度区当承载力特征值fak>80 k Pa或等效剪切波速大于90 m/s时，可不考虑软土震陷的影响。按此条规定，上海地区除新近沉积的土层或松散的填土外，一般土层的等效剪切波速均大于90 m/s，可不考虑软土的震陷[4,5]。

　　若涉及其他地区勘察工程时，若场地内分布有淤泥质软土，也可根据上述方法分析是否具有软土震陷问题。一般来说，对新近沉积的淤泥等，应建议采取工程措施进行处理，避免软土震陷造成不利影响。对于近距离穿越的隧道工程或其他对变形控制极为严格的工程，软土震陷影响评价宜专题研究。

　　5 、抗震地段划分

　　目前一般都是按国标抗震规范第4.1.1条或地方规范相应章节将场地分为对建筑抗震有利、一般、不利和危险地段。

　　规范规定当场地内存在软弱土时，应划分为不利地段。软弱土的划分是根据土层的剪切波速和岩土名称、形状划分的，详见表1。

　　表1 土的类型划分和剪切波速范围

　　部分地区在勘察报告编制时，若涉及软弱土，即定为抗震不利地段，建议避开或者结合建(构)筑物基础形式采取适当的结构措施等，以消除不利地段可能造成的影响。但笔者认为，对存在软弱土的场地是否判定为抗震不利地段尚需考虑在相应设防烈度条件下是否存在软土震陷问题，若存在则应判定为抗震不利地段，若不存在，场地内分布的软土则不应是不利地段的判断依据。以上海为例，上海地区的抗震不利地段包括:临岸场地、液化场地、大面积暗浜、大面积新近堆积的场地等，其他地段虽浅部普遍分布有厚层淤泥质土，但由于不需要考虑7度条件下软土震陷问题，可作为一般场地。

　　6 、结语

　　我国是一个地震多发国家，防震减灾工作关系国计民生。工程勘察在防震减灾工作中占重要先导地位，地震效应评价是勘察报告中重要内容。笔者结合既有规范以及多年来工作经验，就场地抗震设计基本条件、场地液化判别、软土震陷以及抗震地段划分为四个方面进行探讨，指出在地震效应评价中该注意的若干问题，以期对勘察从业者在实际工作中有所帮助。

　　参考文献

　　[1] 武豫东，宋榜慈．岩土工程勘察中地震效应评价的有关问题探讨[J]．土工基础，2010,24(6):30-31.
　　[2]GB 50021—2001，岩土工程勘察规范[S].
　　[3]GB 50011—2010，建筑抗震设计规范(2016年版)[S].
　　[4]DGJ 08—9—2013，建筑抗震设计规程[S].
　　[5]DGJ 08—37—2012，岩土工程勘察规范[S].