劉 江

(連山壯族瑤族自治縣公路事務(wù)中心，廣東 清遠(yuǎn) 513200)

1 地震震害概述

我國地域遼闊，屬亞洲板塊，位處太平洋板塊邊緣地帶，歷年來地震頻發(fā)，因地震造成的結(jié)構(gòu)物毀壞數(shù)不勝數(shù)。面對地震災(zāi)害，如何提高結(jié)構(gòu)物抗震能力、減輕震害的受損程度，切實(shí)保障人民群眾生命財產(chǎn)安全，筆者認(rèn)為將結(jié)構(gòu)物抗震列入一個專門的課題來研究具有非凡的意義。據(jù)分析，受震害影響往往是由于地基土液化，在地震波驅(qū)動下產(chǎn)生縱向或橫向運(yùn)動，使結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)產(chǎn)生位移、傾覆、折斷，使建于其上部結(jié)構(gòu)受力失衡，導(dǎo)致整座結(jié)構(gòu)物解體、垮塌、斷裂?？梢姡龊没A(chǔ)工程的抗震措施對提高結(jié)構(gòu)物抗震能力非常重要。

2 地基與基礎(chǔ)震害

地震是地殼板塊運(yùn)動的體現(xiàn)，災(zāi)害發(fā)生時主要以地震縱波和橫波的方式釋放能量。在地震波巨大能量的驅(qū)動下地基土產(chǎn)生運(yùn)動，對結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)產(chǎn)生水平位移和豎向位移，甚至由于土體的剪力下基礎(chǔ)發(fā)生斷裂、傾斜等震害。

2.1 地基土的液化

地基土的液化集中體現(xiàn)在砂土類土質(zhì)的液化，由于砂土類土質(zhì)塑性指數(shù)一般低于3。塑性指數(shù)越小，說明土的顆粒越粗，可塑的范圍越小，在外力的作用下砂土類地基土迅速發(fā)生液化現(xiàn)象，建于其內(nèi)的結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)隨之發(fā)生流動性的運(yùn)動，對擴(kuò)大基礎(chǔ)而言將發(fā)生震沉或水平位移，對樁基礎(chǔ)而言在地基土水平剪力的作用下容易發(fā)生傾斜甚至折斷，進(jìn)而危及結(jié)構(gòu)物的上部結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大地震的損壞程度。

2.2 地基土發(fā)生擠壓變形

我國的地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，一般而言，在豎直方向、密度較低的土層往往置于密度較高的土層之上，在褶皺巖層里土層甚至存在密度高低交錯現(xiàn)象；在水平方向的相臨區(qū)域，存在密度差異的土質(zhì)更是多不勝數(shù)。在地震作用下，在相臨區(qū)域高密度土類一旦發(fā)生水平和豎向位移，運(yùn)動的方向只能向低密度土類(如淤泥質(zhì)等軟弱土體)進(jìn)行，土體受擠壓產(chǎn)生變形，那么建于高密度土類上基礎(chǔ)發(fā)生震沉，而相反的，建于低密度土類上的基礎(chǔ)發(fā)生豎向上升。對于跨越兩種或兩種以上不同密度地基土的結(jié)構(gòu)物，如大型橋梁，那么隨著基礎(chǔ)的上升或下沉、位移等震害，橋梁上部的梁體結(jié)構(gòu)也相應(yīng)發(fā)生錯臺、搓擠現(xiàn)象，最終導(dǎo)致梁體垮塌、折斷、拱起等震害。

2.3 地基土運(yùn)動改變地下水位

地基土尤其是砂土類土層在震沉過程中發(fā)生液化，極大地擠壓了地下水的空間，地下水壓瞬間增大只得向上反滲，從而加速了砂土類土層的液化進(jìn)程，在地下水的作用下，塑限指數(shù)較低的砂土類地基土整體性面臨崩潰，地基土失穩(wěn)，進(jìn)一步危及建于地基土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)，在巨大的土層剪力下基礎(chǔ)容易發(fā)生平移、沉陷、傾斜、開裂、折斷等震害，最終影響整座結(jié)構(gòu)物的安全性能。

2.4 基礎(chǔ)的其他震害

在地震短時間釋放巨大能量的過程中，上邊坡發(fā)生坍塌、泥石流等震害，對道路、橋梁、樓房產(chǎn)生的沖擊往往也是毀滅性的，其中包括上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，在土體的橫向推力作用下，上部結(jié)構(gòu)垮塌、開裂、變形、傾覆，擴(kuò)大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體被推移、開裂、傾斜。樁基礎(chǔ)承臺、系梁的混凝土接口受力薄弱處斷裂等機(jī)械性損傷。

3 基礎(chǔ)工程的抗震措施

3.1 做好設(shè)計前期地質(zhì)水文勘察工作

地質(zhì)水文勘察是后續(xù)設(shè)計方案決策的重要依據(jù)。在開展地質(zhì)鉆探的同時進(jìn)一步對土質(zhì)進(jìn)行必要的試驗(yàn)，土質(zhì)試驗(yàn)的項(xiàng)目有天然含水率、標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)、塑限、液限，土質(zhì)變化較大時開展相對密度、顆粒分析、易溶鹽含量、有機(jī)質(zhì)含量、凍脹量、膨脹量等試驗(yàn)。

3.2 設(shè)計方案要做好風(fēng)險控制

現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)物抗震設(shè)計規(guī)范有很多，包括公路工程、鐵路工程、公路隧道工程、水利水電工程、城市橋梁工程、建筑工程等建設(shè)領(lǐng)域。在設(shè)計滿足抗震要求的同時結(jié)合地質(zhì)水文條件，對地質(zhì)穩(wěn)定風(fēng)險較大的區(qū)域優(yōu)先采用合理規(guī)避的措施，確實(shí)無法避免，設(shè)計方案應(yīng)當(dāng)采用樁基礎(chǔ)或沉井基礎(chǔ)等深層基礎(chǔ)，基礎(chǔ)周圍區(qū)域采取加固土體等抗震措施，全面提高基礎(chǔ)周圍土體的整體抗震能力[1]。

3.3 提高軟弱地基及可液化土地基的抗震性能

1)改善土的物理力學(xué)性質(zhì)。對于軟土地基的處理，一是采取墊層和淺層處理，使用碎石、砂礫、石屑、礦渣、粉煤灰、拋石等穩(wěn)定材料按照施工規(guī)定進(jìn)行換填；二是采用粒料樁、粉噴樁、漿噴樁、水泥粉煤灰碎石樁等加固土體；三是采用化學(xué)加固法，如堿液加固法、電化學(xué)法、化學(xué)錨栓化等方法，改善土體的物理力學(xué)性質(zhì)。不建議使用豎向排水體、真空預(yù)壓、地基隔離墻、強(qiáng)夯等，以排水、隔水優(yōu)先，不以固結(jié)土體為目的方式。在地震災(zāi)害面前此類方法由于土體的運(yùn)動，整個地基連同基礎(chǔ)很容易瞬間瓦解。

2)采用深層基礎(chǔ)。所謂深層基礎(chǔ)包括樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)，深層基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)是直接穿透軟弱土層，利用土體與樁身的摩擦力或堅實(shí)巖層提供的端承力，直接支承上部結(jié)構(gòu)的荷載。若非遭遇巨大的土體運(yùn)動產(chǎn)生的水平剪力造成樁身折斷，此外足以應(yīng)對地震的縱波震害。

3)減輕荷載、加大基礎(chǔ)底面積。通過減輕結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量或者加大基礎(chǔ)底面積，減小單位水平面積的壓強(qiáng)，在提高結(jié)構(gòu)物抗震穩(wěn)定性能方面有一定程度的促進(jìn)作用。減輕荷載，上部結(jié)構(gòu)可以通過使用空心預(yù)制梁板，下部結(jié)構(gòu)采用沉井深層基礎(chǔ)，對于擴(kuò)大基礎(chǔ)和加大基礎(chǔ)底面積，減小單位水平面積的壓強(qiáng)，保障地基土能夠提供富余的承載能力，減輕地震的震害影響，從而提高結(jié)構(gòu)物的抗震能力。

4)增大基礎(chǔ)埋置深度。在抗震區(qū)域，除巖石地基外，天然地基上的箱形和筏形基礎(chǔ)的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；高層建筑基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)滿足地基承載力、變形、穩(wěn)定性和抗震設(shè)計要求。擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁筏、樁箱基礎(chǔ)的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/18，位于巖石地基上的高層建筑，其基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)滿足抗滑、抗震的穩(wěn)定性要求。

基礎(chǔ)必須埋置在地下水位以下時，應(yīng)采取地基土在施工時不受擾動的措施[2]。當(dāng)基礎(chǔ)埋置在易風(fēng)化的巖層上，施工時應(yīng)在基坑開挖后立即鋪筑墊層。當(dāng)存在相鄰建筑物時，新建建筑物的基礎(chǔ)埋置深度不宜大于原有建筑基礎(chǔ)。當(dāng)埋置大于原有建筑基礎(chǔ)時，兩基礎(chǔ)間應(yīng)保持一定凈距，其數(shù)值應(yīng)根據(jù)原有建筑荷載大小、基礎(chǔ)形式和土質(zhì)情況確定。

3.4 基礎(chǔ)本身的抗震措施

基礎(chǔ)本身要提高抗震性能，一是在施工前做好地基承載力的檢測，確保地基有富余的承載能力，地基土能提供足夠的承載能力，地基土本身即有一定的抗震能力，才能保證建于其上的結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)處于穩(wěn)定的狀態(tài)；二是保證基礎(chǔ)本身的混凝土強(qiáng)度，只要地基土能提供足夠的承載力，周邊土體穩(wěn)定，面對地震災(zāi)害基礎(chǔ)才能不發(fā)生斷裂、解體等震害；三是提高土體運(yùn)動最高剪力部位的配筋密度，比如豎向不同密度土層的分界部位、沖刷線部位、混凝土連結(jié)部位等，提高地震發(fā)生時最高剪力部位的配筋密度，可以有效抵抗最不利受力，從而達(dá)到最大程度的保障作用。

4 結(jié)束語

地震災(zāi)害防御是地震發(fā)生前應(yīng)做的防御性工作，對各種結(jié)構(gòu)物進(jìn)行相應(yīng)的抗震設(shè)防，在設(shè)計前期充分做好地質(zhì)水文勘察工作，全面掌握工程地質(zhì)資料，適當(dāng)跨越軟弱地基、采用高抭震的基礎(chǔ)或通過加固、提高地基的承載穩(wěn)定能力，使其在破壞性地震中不損壞、不倒塌，這也是避免人員傷亡的關(guān)鍵，對人類防范地震災(zāi)害起到積極的作用。

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