胡 曉

（廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州 510080）

0 引言

在抗震設(shè)計(jì)中，需要勘察單位提供有關(guān)抗震設(shè)計(jì)參數(shù)，一般包括抗震設(shè)防烈度、設(shè)計(jì)基本地震加速度、地震分組、場(chǎng)地類(lèi)別、特征周期值等。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范：GB 55002—2021》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016年版）：GB 50011—2010》［1］、《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：CJJ 166—2011》、《室外給水排水和燃?xì)鉄崃こ炭拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50032—2003》等規(guī)范要求，場(chǎng)地類(lèi)別由土層等效剪切波速測(cè)試成果確定。勘察報(bào)告中由實(shí)測(cè)剪切波速確定的場(chǎng)地類(lèi)別一般是基于勘察時(shí)的場(chǎng)地情況，與工程實(shí)施時(shí)的實(shí)際場(chǎng)地情況可能存在一定偏差，可能造成抗震設(shè)計(jì)不足或浪費(fèi)的情況。

1 場(chǎng)地類(lèi)別劃分依據(jù)

上文所述4本規(guī)范中對(duì)于等效剪切波速的計(jì)算方式相同，場(chǎng)地類(lèi)別的劃分基本上大同小異。后文所引用兩個(gè)工程均為建筑工程項(xiàng)目，因此以文獻(xiàn)［1］內(nèi)容為依據(jù)，等效剪切波速按以下公式計(jì)算：

式中：vse為土層等效剪切波速（m/s）；d0為計(jì)算深度（m），取覆蓋層厚度和20 m 兩者的較小值；t為剪切波在地面至計(jì)算深度之間的傳播時(shí)間；di為計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的厚度（m）；vsi為計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的剪切波速（m/s）；n為計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)。

場(chǎng)地類(lèi)別根據(jù)土層等效剪切波速和場(chǎng)地覆蓋層厚度按表1進(jìn)行劃分。

表1 各類(lèi)建筑場(chǎng)地的覆蓋層厚度［1］Tab.1 Thickness of the Overlay for Various Building Sites （m）

2 人為因素引起的場(chǎng)地類(lèi)別變化案例

2.1 由挖方引起的場(chǎng)地類(lèi)別變化案例

廣州市黃埔區(qū)某工程鉆孔剖面情況如圖1?所示。該工程鉆孔剪切波速測(cè)試結(jié)果：粉質(zhì)黏土①層平均剪切波速值為246 m/s，砂質(zhì)黏性土②層平均剪切波速值為288 m/s，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖③2層平均剪切波速值為413 m/s，中風(fēng)化花崗巖③3層平均剪切波速值為725 m/s，中風(fēng)化花崗巖③4層平均剪切波速值為883 m/s。因此ZK1位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為5.5 m，鉆孔等效剪切波速值為321.32，ZK2 位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為6.3 m，鉆孔等效剪切波速值為350.73 m/s，ZK3位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為6.1 m，鉆孔等效剪切波速值為345.12 m/s。因此僅以勘察時(shí)而言，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。

圖1 黃埔某工程鉆孔剖面Fig.1 Section View of a Drilling Hole of a Project in Huangpu

后設(shè)計(jì)方案發(fā)生調(diào)整，該工程場(chǎng)地需整平至標(biāo)高16.20±0.00 m，然后利用原鉆孔對(duì)整平后的場(chǎng)地類(lèi)別進(jìn)行重新判別，屆時(shí)鉆孔剖面情況實(shí)際如圖1?所示。

此時(shí)，ZK1位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為3.55 m，鉆孔等效剪切波速值為382.59，ZK2 位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為4.64 m，鉆孔等效剪切波速值為403.93 m/s，ZK3 位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為4.02 m，鉆孔等效剪切波速值為407.72 m/s。因此整平后建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅰ1類(lèi)。

2.2 由填方、地基處理引起的場(chǎng)地類(lèi)別變化案例

廣州市番禺區(qū)某工程鉆孔剖面情況如圖2?所示，該工程鉆孔剪切波速測(cè)試結(jié)果：素填土①1層平均剪切波速值為177，淤泥質(zhì)土②1層平均剪切波速值為99 m/s，粉質(zhì)黏土②2層平均剪切波速值為206 m/s，粉質(zhì)黏土③層平均剪切波速值為28 m/s，強(qiáng)風(fēng)化砂巖④2層平均剪切波速值為418 m/s，中風(fēng)化砂巖④3層平均剪切波速值為693 m/s。因此XZK1 位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為19.2 m，鉆孔等效剪切波速值為160.37 m/s，XZK2位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為18.6 m，鉆孔等效剪切波速值為157.62 m/s，XZK3 位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為16.6 m，鉆孔等效剪切波速值為164.01 m/s。因此僅以勘察時(shí)而言，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。

圖2 番禺某工程鉆孔剖面Fig.2 Section View of a Drilling Hole of a Project in Panyu

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，該工程場(chǎng)地整平標(biāo)高為13.90±0.00 m。整平后由于新增建筑物等因素，在此進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行了補(bǔ)充勘察，期間對(duì)另兩個(gè)鉆孔進(jìn)行了剪切波速測(cè)試，得到回填土的平均剪切波速值為188 m/s，因此基于填土后的情況，將以上鉆孔XZK1、XZK2、XZK3 對(duì)整平后的場(chǎng)地類(lèi)別進(jìn)行重新判別，屆時(shí)鉆孔剖面情況實(shí)際如圖2?所示，此時(shí)，XZK1 位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為24.89 m，鉆孔等效剪切波速值為145.66 m/s，XZK2位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為24.43 m，鉆孔等效剪切波速值為143.60 m/s，XZK3位置場(chǎng)地覆蓋層厚度為22.75 m，鉆孔等效剪切波速值為144.29 m/s。因此整平后建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)。

同時(shí)，以此工程為例，對(duì)地基處理對(duì)建筑工程場(chǎng)地類(lèi)別的影響進(jìn)行分析研究。假設(shè)本工程填方后的淤泥質(zhì)土也進(jìn)行堆載預(yù)壓處理（實(shí)際該工程后采用了樁基，未進(jìn)行地基處理）。此處參考鄰近工程，附近某工程勘察時(shí)，場(chǎng)地已進(jìn)行了堆載預(yù)壓，其淤泥質(zhì)土層經(jīng)過(guò)處理后測(cè)得其等效剪切波速可達(dá)到126 m/s。代入該值后，XZK1 位置鉆孔等效剪切波速值達(dá)到了162.58 m/s，XZK2 位置鉆孔等效剪切波速值達(dá)到了161.41 m/s，XZK3 位置鉆孔等效剪切波速值達(dá)到了161.71 m/s。實(shí)際上堆載預(yù)壓對(duì)回填土、原地表填土均將產(chǎn)生加固作用，其等效剪切波速均將得到提升，因此地基加固后等效剪切波速值實(shí)際比上述值更大。假設(shè)填土整平后采用地基處理對(duì)場(chǎng)地土進(jìn)行加固，場(chǎng)地類(lèi)別將達(dá)到Ⅱ類(lèi)。

堆載預(yù)壓對(duì)場(chǎng)地土的加固相對(duì)均勻，因此鉆孔等效剪切波速值具有較普遍代表性，其他地基加固方法，如水泥土攪拌樁、旋噴樁、碎石樁、預(yù)應(yīng)力管樁等相對(duì)難以以某個(gè)鉆孔的單一情況代表整個(gè)場(chǎng)地的加固情況，但地基加固對(duì)場(chǎng)地等效剪切波速的加強(qiáng)是毫無(wú)疑問(wèn)的［2］。

3 分析論述

3.1 國(guó)內(nèi)國(guó)際場(chǎng)地類(lèi)別劃分方法對(duì)比簡(jiǎn)述

通過(guò)覆蓋層厚度及等效剪切波速劃分場(chǎng)地類(lèi)別是國(guó)內(nèi)通俗做法，國(guó)際上包括美國(guó)、歐洲均未采用覆蓋層厚度來(lái)確定場(chǎng)地類(lèi)別［3］，美國(guó)、歐洲場(chǎng)地類(lèi)別劃分采用場(chǎng)地30 m范圍內(nèi)平均剪切波速為主，輔以標(biāo)貫擊數(shù)和不排水剪切強(qiáng)度等指標(biāo)，將場(chǎng)地劃分為A～F，或A～E、S1、S2 等種類(lèi)，其是一種考慮多種影響因素的綜合場(chǎng)地分類(lèi)方法，對(duì)高黏性土層和可液化土層等特殊場(chǎng)地具有較好的適用性［4］；日本場(chǎng)地類(lèi)別采用的是以場(chǎng)地土巖性的宏觀描述或相應(yīng)的場(chǎng)地周期為指標(biāo)將場(chǎng)地劃分為3類(lèi)：硬土和基巖、一般土、軟弱土，另外場(chǎng)地卓越周期通過(guò)十層剪切波速計(jì)算，深度采用30 m［5-6］。

總的而言，工程建設(shè)與科學(xué)技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)水平直接掛鉤，各國(guó)規(guī)范都是基于其實(shí)際情況進(jìn)行選擇和逐步完善，我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范已進(jìn)行了7 次修訂與更新，是基于大量工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)國(guó)情的選擇［7］。相較而言，我國(guó)的地質(zhì)條件相對(duì)于美國(guó)、歐洲更加多樣化、復(fù)雜化，地震帶的分布更廣。針對(duì)建筑工程建設(shè)的場(chǎng)地類(lèi)別劃分方法，即覆蓋層厚度及等效剪切波速雙參數(shù)法，具有高實(shí)用性和指導(dǎo)意義［8］。

3.2 勘察設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

我國(guó)無(wú)論《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016 年版）：GB 50011—2010》還是《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范：GB 55002—2021》對(duì)場(chǎng)地類(lèi)別位于邊界線附近（相差±15%的范圍）都有一定的規(guī)定，以上兩個(gè)案例基本都在此范圍內(nèi)，但是不同的是，規(guī)范規(guī)定的是基于覆蓋層厚度與等效剪切波速數(shù)值定義而言，可以擴(kuò)展到地層起伏導(dǎo)致的覆蓋層厚度變化及剪切波速測(cè)試的誤差等等，可以建議設(shè)計(jì)人員采用插值法計(jì)算特征周期值［9］。但并未對(duì)場(chǎng)地的人為改變有相關(guān)規(guī)定，實(shí)際上工程建設(shè)中，常常會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案等對(duì)現(xiàn)有場(chǎng)地進(jìn)行填挖方、地基處理等，改變了場(chǎng)地的覆蓋層厚度、影響等效剪切波速值，進(jìn)而影響場(chǎng)地類(lèi)別的判定、及后續(xù)抗震設(shè)計(jì)參數(shù)的選取。因此可以理解為場(chǎng)地類(lèi)別的判定不僅僅針對(duì)勘察時(shí)的狀態(tài)，而是動(dòng)態(tài)的，勘察設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以重視［10］。

勘察時(shí)應(yīng)充分搜集設(shè)計(jì)資料，了解設(shè)計(jì)意圖，在場(chǎng)地類(lèi)別的判定中，注意如場(chǎng)地平整中、地下室開(kāi)挖引起的填挖方；由可能采用的地基處理方法導(dǎo)致的等效剪切波速變化。一般判定時(shí)，可基于現(xiàn)狀勘察場(chǎng)地進(jìn)行，但對(duì)于像上述案例一般的可能由人為因素引起類(lèi)別變化的場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步提醒設(shè)計(jì)人員可能發(fā)生的情況。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于原有場(chǎng)地情況發(fā)生巨大改變的工程建設(shè)場(chǎng)地應(yīng)有敏銳的嗅覺(jué)，不能盲目采用勘察報(bào)告基于原場(chǎng)地的判定結(jié)果，以防止抗震設(shè)計(jì)浪費(fèi)或不足的情況，如今工程建設(shè)周期短、變化大，勘察作為前期工作往往與后續(xù)設(shè)計(jì)工作存在脫節(jié)的現(xiàn)象，勘察人員一般只針對(duì)勘察任務(wù)下達(dá)時(shí)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行勘察和對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)，對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)方案的變化缺乏了解途徑，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與勘察人員保持溝通，對(duì)設(shè)計(jì)方案變化可能影響勘察結(jié)論的情況，應(yīng)充分聽(tīng)取勘察人員的意見(jiàn)。尤其對(duì)于勘察、設(shè)計(jì)分別為不同單位時(shí)，建設(shè)單位或者建設(shè)管理單位應(yīng)搭建好有效的溝通渠道，并聽(tīng)取各方的專(zhuān)業(yè)意見(jiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)規(guī)范采用的覆蓋層厚度和土層等效剪切波速雙參數(shù)法對(duì)于指導(dǎo)工程建設(shè)具有高適用性。工程建設(shè)中，填挖方、地基處理等人為因素可能導(dǎo)致場(chǎng)地類(lèi)別變化?？辈鞎r(shí)，應(yīng)充分搜集設(shè)計(jì)方案，了解設(shè)計(jì)意圖，當(dāng)設(shè)計(jì)條件人為的大面積改變現(xiàn)狀場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)進(jìn)行復(fù)核，必要時(shí)在場(chǎng)地條件改變后補(bǔ)充現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試試驗(yàn)，做出對(duì)應(yīng)的場(chǎng)地類(lèi)別判定，從而給出全面合理、經(jīng)濟(jì)安全的抗震設(shè)計(jì)參數(shù)和建議。設(shè)計(jì)應(yīng)重視人為因素導(dǎo)致的場(chǎng)地類(lèi)別變化，設(shè)計(jì)工作中與勘察人員保持有效溝通，采用合理的抗震設(shè)計(jì)參數(shù)，避免經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)或設(shè)計(jì)不足。