4 场地、地基和基础

4.1 场 地

4.1.1 有利、不利和危险地段的划分,基本沿用历次规范的规定。本条中地形、地貌和岩土特性的影响是综合在一起加以评价的,这是因为由不同岩土构成的同样地形条件的地震影响是不同的。2001规范只列出了有利、不利和危险地段的划分,本次修订,明确其他地段划为可进行建设的一般场地。考虑到高含水量的可塑黄土在地震作用下会产生震陷,历次地震的震害也比较重,当地表存在结构性裂缝时对建筑物抗震也是不利的,因此将其列入不利地段。
    关于局部地形条件的影响,从国内几次大地震的宏观调查资料来看,岩质地形与非岩质地形有所不同。1970年云南通海地震和2008年汶川大地震的宏观调查表明,非岩质地形对烈度的影响比岩质地形的影响更为明显。如通海和东川的许多岩石地基上很陡的山坡,震害也未见有明显的加重。因此对于岩石地基的陡坡、陡坎等,本规范未列为不利的地段。但对于岩石地基的高度达数十米的条状突出的山脊和高耸孤立的山丘,由于鞭鞘效应明显,振动有所加大,烈度仍有增高的趋势。因此本规范均将其列为不利的地形条件。
    应该指出:有些资料中曾提出过有利和不利于抗震的地貌部位。本规范在编制过程中曾对抗震不利的地貌部位实例进行了分析,认为:地貌是研究不同地表形态形成的原因,其中包括组成不同地形的物质(即岩性)。也就是说地貌部位的影响意味着地表形态和岩性二者共同作用的结果,将场地土的影响包括进去了。但通过一些震害实例说明:当处于平坦的冲积平原和古河道不同地貌部位时,地表形态是基本相同的,造成古河道上房屋震害加重的原因主要因地基土质条件很差所致。因此本规范将地貌条件分别在地形条件与场地土中加以考虑,不再提出地貌部位这个概念。

4.1.2~4.1.6 89规范中的场地分类,是在尽量保持抗震规范延续性的基础上,进一步考虑了覆盖层厚度的影响,从而形成了以平均剪切波速和覆盖层厚度作为评定指标的双参数分类方法。为了在保障安全的条件下尽可能减少设防投资,在保持技术上合理的前提下适当扩大了Ⅱ类场地的范围。另外,由于我国规范中Ⅰ、Ⅱ类场的Tg值与国外抗震规范相比是偏小的,因此有意识地将Ⅰ类场地的范围划得比较小。
    在场地划分时,需要注意以下几点:
    1 关于场地覆盖层厚度的定义。要求其下部所有土层的波速均大于500m/s,在89规范的说明中已有所阐述。执行中常出现一见到大于500m/s的土层就确定覆盖厚度而忽略对以下各土层的要求,这种错误应予以避免。2001规范补充了当地面下某一下卧土层的剪切波速大于或等于400m/s且不小于相邻的上层土的剪切波速的2.5倍时,覆盖层厚度可按地面至该下卧层顶面的距离取值的规定。需要注意的是,只有当波速不小于400m/s且该土层以上的各土层的波速(不包括孤石和硬透镜体)都满足不大于该土层波速的40%时才可按该土层确定覆盖层厚度;而且这一规定只适用于当下卧层硬土层顶面的埋深大于5m时的情况。
    2 关于土层剪切波速的测试。2001规范的波速平均采用更富有物理意义的等效剪切波速的公式计算,即:

vse=d0/t

    式中,d0为场地评定用的计算深度,取覆盖层厚度和20m两者中的较小值,t为剪切波在地表与计算深度之间传播的时间。
    本次修订,初勘阶段的波速测试孔数量改为不宜小于3个。多层与高层建筑的分界,参照《民用建筑设计通则》改为24m。
    3 关于不同场地的分界。
    为了保持与89规范的延续性并与其他有关规范的协调,2001规范对89规范的规定作了调整,Ⅱ类、Ⅲ类场地的范围稍有扩大,并避免了89规范Ⅱ类至Ⅳ类的跳跃。作为一种补充手段,当有充分依据时,允许使用插入方法确定边界线附近(指相差±15%的范围)的Tg值。图7给出了一种连续化插入方案。该图在场地覆盖层厚度dov和等效剪切波速vse平面上用等步长和按线性规则改变步长的方案进行连续化插入,相邻等值线的Tg值均相差0.01s。

    本次修订,考虑到fak<200的黏性土和粉土的实测波速可能大于250m/s,将2001规范的中硬土与中软土地基承载力的分界改为fak>150。考虑到软弱土的指标140m/s与国际标准相比略偏低,将其改为150m/s。场地类别的分界也改为150m/s。
    考虑到波速为(500~800)m/s的场地还不是很坚硬,将原场地类别Ⅰ类场地(坚硬土或岩石场地)中的硬质岩石场地明确为Ⅰ0类场地。因此,土的类型划分也相应区分。硬质岩石的波速,我国核电站抗震设计为700m,美国抗震设计规范为760m,欧洲抗震规范为800m,从偏于安全方面考虑,调整为800m/s。
    4 高层建筑的场地类别问题是工程界关心的问题。按理论及实测,一般土层中的地震加速度随距地面深度而渐减。我国亦有对高层建筑修正场地类别(由高层建筑基底起算)或折减地震力建议。因高层建筑埋深常达10m以上,与浅基础相比,有利之处是:基底地震输入小了;但深基础的地震动输入机制很复杂,涉及地基土和结构相互作用,目前尚无公认的理论分析模型更未能总结出实用规律,因此暂不列入规范。深基础的高层建筑的场地类别仍按浅基础考虑。
    5 本条中规定的场地分类方法主要适用于剪切波速随深度呈递增趋势的一般场地,对于有较厚软夹层的场地,由于其对短周期地震动具有抑制作用,可以根据分析结果适当调整场地类别和设计地震动参数。
    6 新黄土是指Q3以来的黄土。

4.1.7 断裂对工程影响的评价问题,长期以来,不同学科之间存在着不同看法,经过近些年来的不断研究与交流,认为需要考虑断裂影响,这主要是指地震时老断裂重新错动直通地表,在地面产生位错,对建在位错带上的建筑,其破坏是不易用工程措施加以避免的。因此规范中划为危险地段应予避开。至于地震强度,一般在确定抗震设防烈度时已给予考虑。
    在活动断裂时间下限方面已取得了一致意见:即对—般的建筑工程只考虑1.0万年(全新世)以来活动过的断裂,在此地质时期以前的活动断裂可不予考虑。对于核电、水电等工程则应考虑10万年以来(晚更新世)活动过的断裂,晚更新世以前活动过的断裂亦可不予考虑。
    另外一个较为一致的看法是,在地震烈度小于8度的地区,可不考虑断裂对工程的错动影响,因为多次国内外地震中的破坏现象均说明,在小于8度的地震区,地面一般不产生断裂错动。
    目前尚有看法分歧的是关于隐伏断裂的评价问题,在基岩以上覆盖土层多厚,是什么土层,地面建筑就可以不考虑下部断裂的错动影响。根据我国近年来的地震宏观地表位错考察,学者们看法不够一致。有人认为30m厚土层就可以不考虑,有些学者认为是50m,还有人提出用基岩位错量大小来衡量,如土层厚度是基岩位错量的(25~30)倍以上就可不考虑等等。唐山地震震中区的地裂缝,经有关单位详细工作证明,不是沿地下岩石错动直通地表的构造断裂形成的,而是由于地面振动,表面应力形成的表层地裂。这种裂缝仅分布在地面以下3m左右,下部土层并未断开(挖探井证实),在采煤巷道中也未发现错动,对有一定深度基础的建筑物影响不大。
    为了对问题更深入的研究,由北京市勘察设计研究院在建设部抗震办公室申请立项,开展了发震断裂上覆土层厚度对工程影响的专项研究。此项研究主要采用大型离心机模拟实验,可将缩小的模型通过提高加速度的办法达到与原型应力状况相同的状态;为了模拟断裂错动,专门加工了模拟断裂突然错动的装置,可实现垂直与水平二种错动,其位错量大小是根据国内外历次地震不同震级条件下位错量统计分析结果确定的;上覆土层则按不同岩性、不同厚度分为数种情况。实验时的位错量为1.0m~4.0m,基本上包括了8度、9度情况下的位错量;当离心机提高加速度达到与原型应力条件相同时,下部基岩突然错动,观察上部土层破裂高度,以便确定安全厚度。根据实验结果,考虑一定的安全储备和模拟实验与地震时震动特性的差异,安全系数取为3,据此提出了8度、9度地区上覆土层安全厚度的界限值。应当说这是初步的,可能有些因素尚未考虑。但毕竟是第一次以模拟实验为基础的定量提法,跟以往的分析和宏观经验是相近的,有一定的可信度。2001规范根据搜集到的国内外地震断裂破裂宽度的资料提出了避让距离,这是宏观的分析结果,随着地震资料的不断积累将会得到补充与完善。
    近年来,北京市地震局在上述离心机试验基础上进行了基底断裂错动在覆盖土层中向上传播过程的更精细的离心机模拟,认为以前试验的结论偏于保守,可放宽对破裂带的避让要求。本次修订,考虑到原条文中“前第四纪基岩隐伏断裂”的含义不够明确,容易引起误解;这里的“断裂”只能是“全新世活动断裂”或其活动性不明的其他断裂。因此删除了原条文中“前第四纪基岩”这几个字。还需要说明的是,这里所说的避让距离是断层面在地面上的投影或到断层破裂线的距离,不是指到断裂带的距离。
    综合考虑历次大地震的断裂震害,离心机试验结果和我国地震区、特别是山区民居建造的实际情况,本次修订适度减少了避让距离,并规定当确实需要在避让范围内建造房屋时,仅限于建造分散的、不超过三层的丙、丁类建筑,同时应按提高一度采取抗震措施,并提高基础和上部结构的整体性,且不得跨越断层。严格禁止在避让范围内建造甲、乙类建筑。对于山区中可能发生滑坡的地带,属于特别危险的地段,严禁建造民居。

4.1.8 本条考虑局部突出地形对地震动参数的放大作用,主要依据宏观震害调查的结果和对不同地形条件和岩土构成的形体所进行的二维地震反应分析结果。所谓局部突出地形主要是指山包、山梁和悬崖、陡坎等,情况比较复杂,对各种可能出现的情况的地震动参数的放大作用都作出具体的规定是很困难的。从宏观震害经验和地震反应分析结果所反映的总趋势,大致可以归纳为以下几点:①高突地形距离基准面的高度愈大,高处的反应愈强烈;②离陡坎和边坡顶部边缘的距离愈大,反应相对减小;③从岩土构成方面看,在同样地形条件下,土质结构的反应比岩质结构大;④高突地形顶面愈开阔,远离边缘的中心部位的反应是明显减小的;⑤边坡愈陡,其顶部的放大效应相应加大。
    基于以上变化趋势,以突出地形的高差H,坡降角度的正切H/L以及场址距突出地形边缘的相对距离L1/H为参数,归纳出各种地形的地震力放大作用如下:


    条文中规定的最大增大幅度0.6是根据分析结果和综合判断给出的。本条的规定对各种地形,包括山包、山梁、悬崖、陡坡都可以应用。
    本条在2008年局部修订时提升为强制性条文。

4.1.9 本条属于强制性条文。
    勘察内容应根据实际的土层情况确定:有些地段,既不属于有利地段也不属于不利地段,而属于一般地段;不存在饱和砂土和饱和粉土时,不判别液化,若判别结果为不考虑液化,也不属于不利地段;无法避开的不利地段,要在详细查明地质、地貌、地形条件的基础上,提供岩土稳定性评价报告和相应的抗震措施。
    场地地段的划分,是在选择建筑场地的勘察阶段进行的,要根据地震活动情况和工程地质资料进行综合评价。对软弱土、液化土等不利地段,要按规范的相关规定提出相应的措施。
    场地类别划分,不要误为“场地土类别”划分,要依据场地覆盖层厚度和场地土层软硬程度这两个因素。其中,土层软硬程度不再采用89规范的“场地土类型”这个提法,一律采用“土层的等效剪切波速”值予以反映。