地震效应评价刍议

　　地震是地球上频繁发生的一种自然现象，全球每年地震约500万次，地震破坏作用引发的地震灾害触目惊心，已成为我国最大的自然灾害。
　　众所周知，地震的破坏作用包括场地地基的破坏作用和场地的地震动作用。前者一般通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害，后者则通过合理地进行抗震、减震设计和采取抗震、减震措施来减轻地震灾害，这需要岩土工程师与结构工程师紧密合作，在超限高层建筑工程抗震设防专项论证时尤其突出。
　　在学习某高层详细勘察报告时发现，笔者存在如下疏忽：（1）未重视从场地通过的区域断裂的影响；（2）未注意**阶地的分布差异及地层年代；（3）勘察工作量未满足详细勘察的基本要求；（4）场地类别划分与设计特征周期取值未考虑覆盖层厚度与等效剪切波速；（5）一些特殊性土的岩土参数无可靠依据
　　沉思良久，觉得有必要归纳一下：勘察时地震效应评价内容有哪些？如何评价？该注意些什么？
　　几个概念
　　1．场地：工程群体所在地，具有相似的反应谱特征。其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0k㎡的平面面积。特别应注意＂具有相似的反应谱特征＂的含义。
　　2．地基：指建筑物基础下主要持力层的岩土，含压缩层及影响层。我国多次强烈的地震的震害经验表明，在遭受破坏的建筑中，因地基失效导致的破坏也不少见，这些地基主要有饱和松砂、软弱黏性土和成岩状态严重不均匀的土层组成。
　　3．建筑场地类别：应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。按GB 50011-2010表4.1.6划分为四类。
　　4．地段：选择建筑场地时，应根据地质、地形，地貌划分对建筑抗震有利、一般、不利和危险的地段。
　　评价内容
　　《房屋建筑和市政基础设施工程勘察文件编制深度规定》（2010年版）第8章作了具体规定，引述如下：
　　1．应明确评价所依据的标准；
　　2．提供勘察场地的抗震设防烈度、设计基本地震加速度、设计地震分组；
　　3．确定场地类别，进行岩土地震稳定性(如滑坡、崩塌、液化和震陷特性等)评价；
　　4．应根据实际需要划分对建筑有利、一般、不利和危险的地段；
　　5．存在饱和砂土和饱和粉土的场地，当场地抗震设防烈度为7度和7度以上时应进行液化判别（抗震设防烈度为6度时可不考虑液化的影响，但对沉降敏感的乙类建筑，可按7度进行液化判别）；
　　6．位于条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石和强风化岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段的工程，应阐述边坡形态、相对高差、地层岩性和拟建工程与边坡的距离。
　　《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2010]109号）对建设项目的岩土工程勘察报告要求如下：
　　第七条(二) 岩土工程勘察报告应包括岩土特性参数、地基承载力、场地类别、液化评价、剪切波速测试成果及地基方案。当设计有要求时，应按规范规定提供结构工程时程分析所需的资料。
　　处于抗震不利地段时，应有相应的边坡稳定评价、断裂影响和地形影响等抗震性能评价内容。
　　第十五条 关于岩土工程勘察成果：
　　(一) 波速测试孔数量和布置应符合规范要求；测量数据的数量应符合规定。
　　(二) 液化判别孔和砂土、粉土层的标准贯入锤击数据以及粘粒含量分析的数量应符合要求；水位的确定应合理。
　　(三)场地类别划分、液化判别和液化等级评定应准确、可靠；脉动测试结果仅作为参考。
　　(四)处于不同场地类别的分界附近时，应要求用内插法确定计算地震作用的特征周期。
　　如何评价？
　　1．地震效应评价应搜集场地地震历史资料；
　　2．地震效应评价应基于充分可靠的基础地质资料；
　　3．地震效应评价应根据工程情况和设计要求明确所遵循的标准；
　　4．地震效应评价的勘察工作量应满足相应抗震设计技术标准的要求；
　　5．地震效效应评价应重视场地环境条件与可能基础型式的影响；
　　6．地震效应评价时，当场地类别、液化程度差异较大时应进行分区，分别评价。
　　注意什么？
　　1．搜集和掌握区域地质资料，重视地质单元的划分
　　地震波从基岩传播到建筑物底部是作为一维问题考虑，相对于大地而言，整个场地是一个点。当同一场地在物质组成、物理力学性质及可能对地震动影响上都有相同或相近的作用，没有必要对建筑群按单栋判定场地类别。
　　但应该注意，场地是＂具有相似的反应谱特征＂的＂工程群体＂所在地。地震反应谱是单自由度弹性系统对于某个实际地震加速度的最大反应（可以是加速度、速度和位移）和体系的自振特征（自振周期或频率和阻尼比）之间的函数 关系。因此，对场地的界定，应按不同尺度来划分。
　　当出现建筑物跨不同的工程地质单元，应以地质学的基本观点为主导，波速计算为辅助，分别确定、计算同一工程地质分区内覆盖层厚度与等效剪切波速。
　　2．测试工作量应满足相应规范的要求
　　高层建筑的剪切波速测试工作不足已是司空见惯，主要表现为＂同一地质单元＂的理解歧义与建筑群中单幢高层的测试点不足，以及测试深度不足，对需要进行液化判别时，表现为试验点间距与数量不满足。特别地，受勘察深度影响，有时未能真正揭示覆盖层厚度，而未考虑区域地质资料的利用，必然影响场地类别的判定。
　　GB5011-2010将建筑场地覆盖层厚度按0m、3m、5m、15m、50m、>80m分为11个档次，其上界面为设计地坪标高，下界面为基岩面。对无确切地质资料确定覆盖层厚度的场地，为划分场地类别布置的勘探孔，其深度应大于覆盖层厚度。
　　当饱和砂土、粉土的初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别地面下15m 深度范围内的液化；当采用桩基或埋深大于5m 的深基础时，尚应判别15～20m范围内土的液化。试验点竖向间距宜为1.0-1.50m,第层试验点数不小于6个。遵循＂逐点判别、单孔计算、综合确定＂原则，必要时进行场地液化分区。
　　3．应考虑勘察期场地地形现状与设计标高的关系
　　等效剪切波速的测试及覆盖层厚度的确定，都是从＂地面＂开始，此地面是建筑物使用期间的地面（设计地面标高），而非勘察期间的现状地面。勘察阶段，场地的填挖工作多未展开，大填大挖现象并不鲜见，场地现状与规划标高相差径庭，若不考虑＂地面＂的真正含义，极可能产生＂失之毫厘，差之千里＂后果。
　　场地地形起伏较大，需大填大挖的场地，场地等效剪切波速和覆盖层厚度可按设计室外地坪标高取算。
　　4．应重视覆盖层厚度或等效剪切波速位于分界线附近的情况（相差15%）
　　GB5011-201第4.1.6条以强制性条文强调：建筑的场地类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按表4.1.6划分为四类，其中I类分为I0、I1两个亚类。当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于表4.1.6所列场地类别的分界线附近时，应允许按插值方法确定地震作用计算所用的特征周期
　　以某建筑场地，覆盖层厚度为20m，其中1孔的等效剪切波速为198m/s ，其场地类别为II类，另2孔分别为132m/s、145m/s，场地类别为III类。那么，如何确定其设计特征周期?按前者，设计特征周期为0.35s，按后者设计特征周期为0.45s，由此引起的结构总造价在15%以上。有的勘察报告采用场地内各地层波速平均值和土层平均厚度来计算＂场地等效剪切波速＂，对均匀场地而言其果无大差异，对非均匀场地会弱化软弱地层的影响。
　　5．地基处理或人工地基对场地类别的影响影响
　　对软弱场地，如大面积的、厚层的填方工程，因其不均匀性和尚未完成自重固结，常会采用强夯法、挤密法或垫层法等处理措施，甚至采用＂满堂红＂的CFG桩处理。处理后，不仅地基土的强度和变形模量大幅度提高，其抗震性能也会得到很大改善，但其影响是有限的、局部的，不因基础形式而影响建筑场地类别。
　　有关专家建议，建筑场地的类别划分，应以勘察期等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准，与地基处理与基础类型无关。