天津市津南区场地等效剪切波速计算深度取值探讨

摘要：场地等效剪切波速的计算深度取值国内抗震设计规范和欧美抗震设计规范是不相同的，目前国内主要采取20m，国外主要采取的是30m，因此尚有争论。本文依据天津市津南区场地61组实测剪切波速资料的统计计算以及分析，比较了津南区场地等效剪切波速取值20m和30m的差异性，结果表明：在津南区Ⅲ类场地等效剪切波速值分布偏向Ⅲ类场地类别等效剪切波速界限的下限值；当计算深度由20m/s增加到30m/s时，等效剪切波速样本均值增加16.1%；如果按照欧美抗震规范将场地的等效剪切波速计算深度取值为30m且等效波速界限值划分采用其标准，Ⅲ类场地和Ⅳ类场地的等效剪切波速界限值宜取为170m/s。

关键词：等效剪切波速 场地类别 计算深度

中图分类号：G353文献标识码： A

引言

津南区位于天津市东南部，海河下游南岸古为退海之地，境内两条贝壳堤是沧海桑田变迁的历史足迹属海积及河流冲积平原，现代的津南地貌是4000年以来，在古渤海湾滩涂及水下岸坡区，经黄河、海河携带泥沙与古渤海潮汐、风浪搬运海底物质共同堆积而成的。根据本地区所处的地理位置，从构造上位于冀渤断块坳陷中的沧县隆起上，表层为广泛的第三系和第四系所覆盖。近场断裂均为隐伏断裂，规模较大的断裂主要有北东向的天津北断裂―大城断裂，北北东向的白塘口西断裂，北西西向的海河断裂及北东向的沧东断裂。

我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 [1]将场地等效剪切波速Vse的计算深度取土层覆盖厚度与地表以下20m二者的较小值；而部分欧美国家以及我国台湾地区将场地等效剪切波速Vse取为地表以下30m。因此，本文通过对津南区中软土场地的钻孔实测剪切波速为例，对我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010与欧美国家抗震设计规范中场地类别分类标准进行对比，探讨了津南地区场地等效剪切波速的计算深度由地表以下20m增加至30m的差异性，供本地区工程建设决策参考。

1 津南区剪切波速收集

随着津南地区重大工程建设的不断增多，表1汇总了津南地区下属8个镇的场地剪切波速资料来源情况，钻孔数目达61组，基岩埋深>50m，按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010场地等效剪切波速计算方法，计算当埋深为20m和30m时各工程场地等效剪切波速Vse。

表1 场地剪切波速资料统计

序号 工程名称 所属行政区域 钻孔数 基岩埋深 钻孔深 Vse（20） Vse（30）

1 金华园 咸水沽镇 8 >50 50 156～192 178～215

2 成达石油 双港镇 7 >50 36 172～183 198～206

3 辛庄给水泵站 辛庄镇 5 >50 34 161～193 185～218

4 杰曼科二期 北闸口镇 10 >50 40 152～178 164～203

5 天佑聚沛 八里台镇 10 >50 35 163～176 193～206

6 双桥住宅 双桥河镇 6 >50 30 150～175 176～201

7 小站幸福公寓 小站镇 10 >50 38 174～188 196～205

8 葛沽休闲园 葛沽镇 5 >50 32 155～176 177～204

2不同计算深度下等效剪切波速的比较

2.1 世界各国规范计算等效剪切波速计算深度取值的比较

在岩土工程勘察、地震案例性评价和地质灾害危险性评估工作中，都要涉及场地类别的划分和判定，其对后续工程的开展具有决定性作用。我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中按照土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度来划分场地类别，计算公式如下：

（1）

式中：―土层等效剪切波速（m/s）；

―计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m两者的较小值；

―剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；

―计算深度范围内第土层的厚度；

―计算深度范围内第土层的剪切波速（m/s）；

―计算深度范围内土层的分层数。

根据土层剪切波速的范围，场地土的类型分为岩石、坚硬土或软质岩石、中硬土、中软土和软弱土五类，且将坚硬土与岩石的等效剪切波速分界值定为800m/s；同时《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规定，建筑场地覆盖层厚度的确定为：一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层的距离确定。

表2 各国抗震设计规范场地类别分类标准比较[2]

规范标准 场地类别

中国抗震规范GB50011―2010 I1（h

II(3≤h≤15) II(3≤h≤50)

III(15≤h≤80) III(h>50) II(h≥5) I1(h=0) I0(h=0)

IV(h>80)

软弱土 中软土 中硬土 坚硬土或软质岩土 岩石

Vse20= 150m・s-1250m・s-1 500m・s-1800m・s-1

美国抗震规范 ED C BA

Vse30=180m・s-1 360m・s-1760m・s-11500m・s-1

欧洲抗震规范 EDC BA

S1S2

Vse30=100m・s-1180m・s-1 360m・s-1800m・s-1

中国台湾抗震规范 S3 S2S1

Vse30=180m・s-1 360m・s-1

注：h为覆盖层厚度（m）；Vse20和Vse30分别为计算深度为20m和30m时的等效剪切波速（m・s-1）；S1为软黏土或淤泥，S2为可液化土、敏感的黏土。

表2中列出了我国和欧美抗震设计规范根据等效剪切波速值的大小进行场地类别划分的基本情况。从表中可以看出一些欧美抗震规范，以及我国台湾抗震规范在采用场地等效剪切波速作为划分场地类别的主要依据时，等效剪切波速取值深度规定为地表以下30m，即公式(1)中d0=30m，且未考虑覆盖土层的状况。同时我国规范和欧洲规范将岩石与土层的剪切波速分界值取为800m/s，美国抗震规范取值1500m/s，其相对更为保守；欧洲和美国的抗震规范两者在场地类别分界线的等效剪切波速取值上较为统一，场地类别都划分A～E5类，但欧洲抗震规范针对软弱土层的分类更为细致，在等效剪切波速小于180m/s时，又详细的划分为小于100m/s的软黏土及可液化土层两类。欧洲抗震规范中C类场地相当于美国抗震规范的D类场地，D类和E类场地相当于美国抗震规范的E类场地，即美国抗震规范土类划分标准相当于欧洲抗震规范升高一档的情况。我国台湾地区抗震规范的场地等效剪切波速分界值180m/s和360m/s是与欧美抗震规范的分界值对应的，场地划分为三类，对较硬和较软的土未做更细致的划分。我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010将场地划分5类，并且I类场地细化分为I０类和I１类，但场地等效剪切波速分界值与欧美抗震规范的取值之间存在较大的差距，同时因为场地覆盖层厚度是根据地表以下剪切波速500m/s的土层顶面确定的，场地地震反应分析的基岩面剪切波速取值明显低于欧美抗震规范的标准；在场地等效剪切波速取值深度方面，有20m和30m的差别，也使不同场地类别的场地等效剪切波速分界值的存在较大差异，并均低于欧美抗震规范相应土类型的分界值。