巖土勘探抗震設(shè)計(jì)問題

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1概述

巖土工程勘察中關(guān)于抗震的問題主要有地層剪切波速的確立和場(chǎng)地類別的劃分以及抗震設(shè)防烈度的確定、砂土液化等問題。砂土液化的問題～般可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。而在實(shí)際工程當(dāng)中，因?yàn)槭芙?jīng)濟(jì)和工期等原因影響，多數(shù)工程沒有進(jìn)行剪切波速實(shí)測(cè)，場(chǎng)地類別劃分一般由勘察設(shè)計(jì)人員憑以往經(jīng)驗(yàn)確定，人為造成影響很大。地層剪切波速的經(jīng)驗(yàn)確定影響場(chǎng)地類別確定，場(chǎng)地類別和抗震設(shè)防烈度又影響結(jié)構(gòu)地震作用計(jì)算及抗震措施。

2地層剪切波速的確定

彈性波速測(cè)試的方法有：跨孔法、單孔波速法(層檢法)和面波法。在工程上，對(duì)于多層體系常用跨孔法，直接測(cè)定不同深度巖土層的波速；當(dāng)土層軟硬變化大(模量有突變)和層次較少或基巖上為覆蓋層時(shí)，可用單孔法；面波法在工程上較少用。在巖土工程勘察中，主要要求是測(cè)定覆蓋層且主要是20m深度范圍內(nèi)土層的波速，采用單孔層檢法最為簡(jiǎn)便，是現(xiàn)場(chǎng)波速試驗(yàn)最常用的方法。

2．1鉆孔剪切波測(cè)試方法及原理

野外剪切波測(cè)試儀器為SE2404型綜合工程測(cè)儀(其它淺層地震儀亦可)，配合井下三分量檢波器進(jìn)行剪切波測(cè)試。測(cè)試方法多采用單孔叩板法(層檢法)，即：先在井口附整出一小塊空地，安放厚木板(厚10～20cⅡ1、長(zhǎng)150300cm)，木板上壓上重物，使木板緊貼地面。木板放置方向應(yīng)盡量使木板中心和井口的連線垂直于木板長(zhǎng)軸方向，板以靠近孔口1-5m為好(見圖1)。然后用大錘(木錘為最好)沿水平方向在木板兩端各激烈敲擊一次，將同一個(gè)檢波器得到的兩張剪切波記錄相比較，利用它們相位反相的特點(diǎn)，判讀剪切波(S波)的初至?xí)r。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：不受試驗(yàn)場(chǎng)地的限制，較為適合于市區(qū)內(nèi)的地基勘探，而且能直接可靠地給出隱蔽層(或薄夾層)的準(zhǔn)確位置、厚度及其波速。需注意的是：檢波器應(yīng)緊貼孔壁，木板緊貼地面，當(dāng)重錘敲擊木板時(shí)盡可能沿水平方向敲擊，盡可能避開在有較大背景干擾信號(hào)的情況下進(jìn)行剪切波測(cè)試，或設(shè)法改變工作方式壓制干擾信號(hào)。

2．2剪切波(v)的計(jì)算

根據(jù)野外實(shí)測(cè)剪切波波形記錄判讀剪切波的初至?xí)r，據(jù)地層厚度計(jì)算出各地層的剪切波(V，)。

3場(chǎng)地類別劃分

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)的規(guī)定，建筑場(chǎng)地的類別劃分，應(yīng)以土層等效剪切波速和場(chǎng)地覆蓋層厚度為準(zhǔn)，建筑場(chǎng)地覆蓋層厚度的確定，一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速>500m／s的土層頂面的距離確定。土的類型根據(jù)土層剪切波速按表1劃分為四類；建筑的場(chǎng)地類別應(yīng)根據(jù)土層等效剪切波速和場(chǎng)地覆蓋層厚度按表2劃分為四類。在巖土工程勘察實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，巖土層結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度變化較為復(fù)雜，如何確定覆蓋層厚度很困難，各種規(guī)范對(duì)覆蓋層厚度的取值規(guī)定有些差異，也有些勉強(qiáng)；建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，建筑場(chǎng)地覆蓋層厚度的確定，應(yīng)符合下列要求：

(1)一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速大于500m／s的土層頂面的距離確定；

(2)當(dāng)?shù)孛?m以下存在剪切波速大于相鄰上層土剪切波速2．5倍的土層，且其下臥巖土剪切波速均不小于400m／s時(shí)，可按地面至該土層頂面的距離確定；

(3)剪切波速大于500m／s的孤石、透鏡體，應(yīng)視同周圍土層；

(4)土層中的火山巖硬夾層，應(yīng)視為剛體：①場(chǎng)地土層剪切波速隨深度呈遞增趨勢(shì)；②將剪切波速大于50Ore／s的硬土層定義為基再根巖，作為輸入基準(zhǔn)界面；③相鄰?fù)翆蛹羟胁ㄋ俨町惔笥?．5倍視為土層剛度突變，作為邊界條件；④松散層中孤立的硬夾層予以，、忽略；⑤與基巖相連的硬夾層(如堅(jiān)硬的侵入巖巖脈)作為輸入邊界考慮，計(jì)算覆蓋層厚度時(shí)扣除硬夾層的厚度。盡管有準(zhǔn)確的實(shí)測(cè)的剪切波速，由于場(chǎng)地巖土層分布不均勻，可能并非整個(gè)場(chǎng)地均屬于同一場(chǎng)地類別，即可能部分地段為Ⅱ類，部分地段為I類或Ⅲ甚至Ⅳ類，這對(duì)建筑物的場(chǎng)地類別確定造成困難，當(dāng)建筑物由不相連的單體組成時(shí)，可按單體分別考慮，否則應(yīng)根據(jù)上述各影響因素綜合考慮確定，選擇合適的基礎(chǔ)形式，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震措施。

4工程實(shí)例

1幢高層住宅樓，位于Ⅵ度設(shè)防區(qū)域，建筑面積約為2．6×104m3，25層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，嵌巖灌注樁基礎(chǔ)。根據(jù)巖土工程勘察的資料，場(chǎng)地內(nèi)地層由上而下主要由坡積礫質(zhì)粘性土、殘積礫質(zhì)粘性土強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、花崗巖組成。在巖土工程勘察過程中對(duì)2}}鉆孔采用單孔法進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)波速試驗(yàn)工作，具體情況如下：在距孔口lm處的地面上平放一塊長(zhǎng)2m，厚0．3m，寬0．4m的木板，用汽車前輪壓上，水平敲擊板兩邊。該孔可測(cè)試深度為25m，測(cè)試時(shí)把檢波器放入孔底，孑L內(nèi)測(cè)點(diǎn)間距選擇lm，由下而上逐點(diǎn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果：

(1)波形記錄：該孔正向敲板時(shí)測(cè)試到的S波初至上跳的波形記錄與該孔反向敲板時(shí)測(cè)試到的S波初至下跳的波形記錄初至十分吻合。

(2)計(jì)算地層的S波速度：根據(jù)該孔的鉆探資料，0～7．0為坡積礫質(zhì)粘性土；7．023．0為殘積礫質(zhì)粘性土；23．025．0為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。經(jīng)計(jì)算各地層的S波速度v見表3。

(3)劃分土的類型和建筑場(chǎng)地的類別：根據(jù)2}}孔實(shí)測(cè)的S波速度計(jì)算土層的等效剪切波速V~=230m／s，因此，該場(chǎng)地土的類型為中軟土，建筑場(chǎng)地為Ⅱ類場(chǎng)地。

(4)估算場(chǎng)地微振的卓越周期：根據(jù)2}}孔實(shí)測(cè)的s波速度估算的場(chǎng)地微振的卓越周期為TG=0．398s。由計(jì)算結(jié)果可知，該場(chǎng)地卓越周期TG在0．10．4s范圍內(nèi)，也可得出該場(chǎng)地類別為Ⅱ類。(5)根據(jù)建筑物所在區(qū)域的重要性可知該高層住宅樓的抗震設(shè)防烈度應(yīng)為Ⅶ度。