地基基础的抗震设计性能分析

摘要：近年地震多发，给百姓带来了很大的损失和伤痛，依据相关的地震灾害资料，本文结合多年工程实践及现行规范就地基基础的抗震设计性能进行分析，为提高抗建筑震能力、减少人民生命和财产损失尽一份力。

关键词：地震灾害；地基影响；抗震设计

中图分类号：S611文献标识码： A

近年我国地震多发，给老百姓带来了很大的损失和伤痛，依据相关的地震灾害资料，结合工程实践及现行规范就地基基础的抗震设计性能进行分析。

在地震地区，当强烈地震发生时，地震作用将导使建筑物和构筑物的振动，这种振动产生的惯性力是导致建筑结构变形乃至破坏的主要原因。地基基础对建筑物的震害影响很大，一些建筑物往往在地震中是由于地基失效而导致破坏。

例如1970年1月云南通海7．7级强烈地震，在通海某山村民房基本是土坯墙穿斗木屋架结构，地震烈度为8~9度，同是土木结构的房屋，该村人部分房屋严重倒塌，村西南仅一巷之隔的几幢房屋未倒，仅土坯山墙部分土坯散落，出现几条剪切裂缝，原因是房屋建于岩性地基上。而在某单位的一幢办公楼其地基局部为坚硬的砾砂，局部为填土，地震时由于填土部分下沉使整幢楼房倒塌。在地震区常常出现在同一局部范围内的房屋结构类型和建筑质量基本相同，建筑物的震害却有很大的差别；宏观地震烈度可能相差1~2度，出现所谓“重灾区里有轻灾，轻灾区里有重灾”的烈度异常区，产生这种现象的原因是地质条件不相同。震害资料表明地震时地基基础的震害与上部建筑物的破坏有着密切的关系。

一、地基土的性质在地震中的影响

地震之时，建筑物基础下的持力层及周围土层承受一系列振动应力，这些振动应力与建筑物振动产生的应力将引起地基土的强度和稳定性的变化。地震对地基土的性质影响主要是强度和变形两方面，其中砂土类地基和粘土类地基的性质变化有着明显的差异。

1、粘性土：对饱和粘性土，当振动速度达到某一数值时，剪切变形显著增加，抗剪强度会降低，主要是在振动过程中土颗粒间原来的摩擦系数和粘结力都发生了变化。试验表明：一般性粘土在短时间重复荷载作用下的强度变化不

大，但软弱粘土的强度则有明显的降低。因此，对于建造在软弱地基上的建筑

物，在抗震设计中必须避免出现这种现象。对地基和基础及上部结构加强结构整体性和竖向荷载分布的均匀性，否则由于不均匀沉降将造成上部结构损坏。

2、砂土类：试验表明，当振动加速度约超过0．3g(g重力加速度值)，砂土结构发生破坏，强度显著下降，变形突然增大。饱和粉细砂土在地震力作用下其结构将发生破坏，引起砂土颗粒问抗剪强度的消失，使粒间孔隙水压力骤然增大，如果孔隙水不能及时排走：则孔隙水压力会不断递增，当孔隙水压力增高到等于上覆土压应力时，则有效侧限应力变为零，砂土就完全丧失强度，它在瞬间由固体变成没有支承能力的悬浮颗粒，这就是砂土的振动液化。因此，在饱和粉细砂地基设计时，解决好砂土的振动液化是关键性的问题。如：1966年的河北邢台6．8级和7．2级地震，1975年的辽宁海城7．3级强烈地震，1976年的河北唐山7．8级强烈地震，场地土都发生过液化现象，因此使大量的建筑物遭到非常严重程度的倾斜破坏，甚至倒塌。

二、地基基础震害造成上部结构的破坏

建筑物的抗震性能主要取决于三个因素：上部结构的抗震能力，地基基础的处理和工程地质条件。地震震害实例调查，都证明了地震时地基基础的抗震性能与上部建筑物的破坏有着密切的关系。

1、地裂缝通过建筑物的地基破坏建筑：地震产生的地裂缝是构造应力和地震波作用于地壳表层的结果，当地裂缝通过各种构筑物的地基时，直接破坏上部建筑，并且比普通振动的破坏还严重。这种破坏是通过地基开裂，并使之产生位移，这种裂缝能拉裂基础造成上部结构严重开裂甚至倒塌。例如1996年2月，云南丽江发生7．0级强烈地震，某办公楼由于地基变形造成严重破坏；95年10月云南武定县发窝、康照一带发生6．5级地震，发窝北西一带地裂，导致山体滑坡，发窝中学化学实验室及教学楼遭受严重破坏。

2、喷砂冒水造成建筑物不均匀下沉：强烈地震造成饱和砂土地基振动液化，地面喷砂冒水，大量建筑地基遭到破坏，发生大量不均匀沉陷，建在其上的建筑物产生倾斜与不均匀沉降，从而加剧了建筑上部结构的破坏。如：唐山地震时，唐山齿轮厂锻锤车间大量喷砂冒水，沙土液化使厂房地基不均匀下沉，厂房上部结构严重开裂并倾斜。1995年10月云南武定县地震，由于沙土液化现象、喷砂冒水使水库大坝震毁，民房倒塌。

3、选址在不利地段的场地基础对山区建筑严重震害：山区有不少建筑建于山坡上，由于地理作用使土层不断堆积，有些地表虽已近于平坦，但下部基岩仍是倾斜，有的岩面坡度还很大。有些地方又由于局部基岩埋藏较深，该部分房屋的基础就砌筑在基岩的填土上，从而使整个建筑物位于软硬不均匀的地基上，当地震发生时，岩石地基不发生沉降，填土部分就会由于振动而压缩密实，或由于基岩表面倾斜而产生滑动，致使建筑物因地基不均匀下沉产生开裂，甚至倒塌。还有一种情况是：在地震力作用下，斜坡上的土层由于在动力作用下可能出现局部或整体滑动，甚至出现大面积滑坡。如：1974年5月，云南昭通大关、永善两县交界之处发生7．1级地震，震中烈度达9度，地震使附近30多个乡镇出现大量山体崩滑阻塞江河，毁坏房屋良田，倒塌的建筑压死人畜等等。

三、地基基础的抗震设计措施

从地震震害造成的建筑结构破坏分析，地震作用下地基的破坏对上部结构的影响是很大的，甚至是致命的。为了避免和减轻这方面原因造成的损失，在进行建筑抗震设计时应从这几方面考虑：

1、建筑场地的选择。

《抗震设计规范》将场地分为三个类别：①有利地段：稳固基岩，坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土等；②不利地段：软弱土，分布不均匀的土层；③危险地段，地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂，泥石流等及地震断裂带上可能发生地表错位的地段。

选择建筑场地应根据拟建工程的要求，了解本地区地震活动情况和工程地质的有关资料，对场地作出综合评价，不能在地震时可能产生明显的地表错动和地裂缝的场地上建设，不能在有溶洞或地震时可能发生滑坡，崩塌，地陷，地裂，泥石流等及发生砂土液化的场地进行建设，应尽量选择对建筑物抗震有利的地段建设。

建筑场地选择时，首先应考虑土质和基岩埋深，在此基础上还应注意以下情况：①地裂缝对结构震害有明显影响，不能在地震断裂带及强震发生时易产生明显错动的地裂缝密集的地段进行建设。②具有活动性的一般断层的端部，转折和交叉部分，则应区别对待慎重处理。③避免在高出的山包，孤立突出的丘陵地带和容易发生坍塌、滑坡、滚石等地质灾害的场地进行建设。④对软弱地基上进行抗震设计时，由于软土地基的震害比坚硬土层上的震害要大得多，所以应采取较为慎重的措施，即安全系数取大些。

2、砂土液化的处理措施。

不能在地震时可能发生砂土液化的场地进行建设。通过多较大地震震害分析：砂土液化造成的震害非常严重，其中湖相沉积土中饱和细纱和粉砂土层，存在较大隐患，但是只要认真预防，采取有效对策，完全可以减轻砂土液化的震害。其主要措施有：①采用筏板基础。因为筏板基础整体性好，可以减小砂土液化所造成地基基础的不均匀沉降。②采用桩基础穿越液化层面进入稳定土层，桩基对于抵抗砂土液化影响具有明显的效果。③加强基础的整体性和刚度：如采用钢筋混凝土条形基础，并对建筑物上部结构也采用加强整体性和刚度的措施提高建筑物的整体刚度。④在可能产生砂土液化的场地上设计建筑时，应当充分考虑建筑的不均匀沉降，对沉降缝、抗震缝等应当留有足够的宽度，防止因缝宽不够造成的震害。

总之，地基基础的抗震设计须从建筑场地的选择入手，要采取有效抗震措施，建筑结构设计合理，避免出现应力突变等情况，保证施工质量，尽量避免和减少不利于因素，就可以提高地基基础及建筑物的抗震能力，减轻地震灾害。

参考文献：

【1】.中华人民共和国建设部 ，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，2010

【2】.中华人民共和国建设部，《建筑地基基础设计规范》GB 50007－2011 ，2011

【3】.李英民，杨溥，《建筑结构抗震设计 》，重庆大学出版社，2011