翟洪涛 曹均锋 李代娣 童远林 冯伟栋
(安徽省地震局,合肥230031)
2011年1月安徽安庆4.8级地震烈度与房屋震害1
翟洪涛 曹均锋 李代娣 童远林 冯伟栋
(安徽省地震局,合肥230031)
2011年1月19日安徽省安庆市MS4.8级地震发生后,笔者在第一时间深入地震灾区,开展了地震烈度调查和地震灾害评估工作。本文基于现场调查结果,对此次地震的构造背景、烈度分布及房屋典型震害进行了分析,并对经验教训进行了初步总结。
安庆地震 地震烈度 房屋震害 抗震性能
2011年1月19日12时07分42秒安徽省安庆市发生了MS4.8级地震,地震微观震中位于安庆市宜秀区杨桥镇附近(北纬30.66°、东经117.12°),震源深度约9km。该次地震是自1979年3月固镇MS5.0级地震以来,安徽省内发生的最大一次破坏性地震,安徽省淮河以南地区及邻近的江苏南京等地均有不同程度的震感。现场调查显示,该次地震极震区烈度为Ⅵ度,地震未造成房屋倒塌和人员伤亡,安庆市宜秀区杨桥镇、大龙山镇等部分乡镇约1.6万余间房屋不同程度地受损,605户失去住所,居民房屋直接经济损失约9300多万元2中国地震局华东协作区现场工作队,2011. 2011年1月19日安徽安庆MS4.8级地震灾害损失评估报告.。
地震发生后,安徽省地震局在震后 15分钟就立即组织现场工作队赶往现场,并启动华东地震应急协作联动机制。江苏省地震局、上海市地震局、浙江省地震局、江西省地震局也在第一时间组织相关技术骨干赶赴震区。同时根据中国地震局的要求,组建了中国地震局华东协作区现场工作队,队员们冒着雨雪和严寒,克服交通不便等困难,调查受损点59个,圈定了该次地震的等震线,并分析了灾区各类房屋的震害特征。
此次地震震中位于下扬子台坳北部的沿江拱断褶带,褶皱和断裂发育(图1)。侏罗纪以来,穹断褶束断块隆起,凹断褶束转变为断陷盆地,接受了巨厚的陆相堆积。拱断褶带中岩浆活动强烈,侵入岩和火山岩在本地区广泛分布。
新近纪以来该区一直处于上升剥蚀的环境,剥蚀大于堆积。现代庐江—潜山一带的平原、长江河谷平原,基本上就是新近纪夷平面,其上覆的笫四系一般厚 0—20m,直接覆盖在晚白垩纪-古近纪地层之上,许多地方基岩裸露地表。该区还发育一些低山,相对高差 400—500m,显示该地区新构造期以来处于弱上升的构造环境。区域范围内断裂构造以北东向为主,主要有:宿松-枞阳断裂、郯庐断裂带南段、乌江-罗昌河断裂、长枫断裂。
图1 震中及邻区地震构造简图Fig. 1 Region seismo-tectonic map of the earthquake
宿松-枞阳断裂南西起宿松,经石牌、安庆北,向北东延至枞阳城南附近,全长约130km,呈北东向延伸,主断面向SE陡倾(倾角大于50°),又称头坡断裂。断裂早期以逆冲兼平移为主,晚期以正断层活动为主,控制晚白垩世及更新盆地堆积。地球物理场特征的差异表明,断裂两侧物质组成不同。断裂控制了望江—安庆盆地的形成和发育,断裂形成于中生代,其构造演化受到郯庐断裂带的控制。在安庆机场北官塘冲、省化工学校以西石门湖岸边、黄山南的龙王咀、山口乡北公路边等多处出露断裂剖面。根据断裂上覆地层时代、断层物质年代等研究数据资料综合分析,该断裂在中更新世曾有过活动。历史上断裂附近曾分别发生过1585年巢县南 MS53/4级地震、1654年庐江地震、枞阳间MS51/4级地震和 1963年安庆怀宁MS4.5级地震。断裂在地貌上构成了低山丘陵和盆地的分界线,第四纪以来仍具有一定程度的新活动(姚大全等,1997;陈文彬等,2005;翟洪涛等,2010)。
郯庐断裂带南段在中生代晚期活动强烈,线性构造地貌极为发育。新生代后期进入裂谷收敛阶段,代之为侧向挤压。在地震活动方面,历史上断裂南段附近曾先后发生过3次MS43/4级地震。
此次安庆MS4.8级地震的微观震中位于宿松-枞阳断裂近侧,宏观地震烈度调查显示,地震等震线椭圆长轴方向与断裂的走向较为一致。经初步分析研究认为,宿松-枞阳断裂可能为此次地震的发震构造。
本次地震灾区的现场调查工作按照《地震现场工作第 3部分:调查规范(GB/T 18208.3-2000)》(中华人民共和国国家标准,2000)、《地震现场工作第 4部分:灾害直接损失评估(GB/T 18208.4-2005)》(中华人民共和国国家标准,2005)和《地震现场科学考察指南》(中国地震局,1998)等技术标准的要求进行,并以《中国地震烈度表(GB/T 17742-2008)》(中华人民共和国国家标准,2008)为烈度评定依据,首先对灾区的房屋结构类型进行了划分,统一了不同结构类型房屋的破坏等级。然后分成4个调查小组,以杨桥镇为中心,沿东北、西北、东南、西南4个方向,对杨桥镇、大龙山镇、罗岭镇、白泽湖乡、五横乡、大桥街道等6个乡镇展开调查。在短短2天多的调查时间里,4个调查小组通过实地查看、现场抽样等方式取得了第一手丰富的资料,共调查受损点59个,为烈度评定提供了充分的依据。最终结合人的感觉、房屋震害程度、器物反应等因素对调查的资料、数据进行了分析,确定了各调查点的地震烈度,给出了此次地震的烈度分布图(图2)。
调查显示,地震的宏观震中位于杨桥镇政府所在地的杨桥社区,极震区烈度为Ⅵ度,主要分布于杨桥社区及附近的村庄。震中区地震有声,像是听到轰隆隆的放炮声,人们从室内惊慌奔出,有不同程度的晕眩感,站立不稳。
Ⅵ度区呈北东向的狭长椭圆形,长半轴约5.5km,短半轴约1.8km,总面积约31.0km2,主要分布在宜秀区杨桥镇龙山社区、宣店社区、杨桥社区、仓房社区、西安村等8个行政村。Ⅴ度区的范围也呈椭圆形,走向北东,长半轴约 9.5km,短半轴约 3.5km,面积约72.0km2,主要分布在杨桥镇余墩村、余湾村、八步村、大龙山镇桃园村、白泽湖乡东风村等地。
此次地震震源较浅,有感范围较大,安庆市城区、怀宁县、桐城市、枞阳县等周边县(市)震感强烈,合肥、巢湖、池州、铜陵、六安、滁州、马鞍山及邻省的湖北黄冈市、江苏南京市、江西景德镇市、浙江杭州市、湖北武汉市等地部分市民均有不同程度的震感。
图2 安庆MS4.8级地震烈度分布图Fig. 2 Seismic intensity distribution of Anqing MS4.8 earthquake
现场调查表明,灾区房屋建筑结构主要包括砖混结构、砖木结构、土木结构及钢筋混凝土框架结构4种结构类型。不同类型的房屋建筑在地震中所表现的反应特征也各不相同。下面结合调查资料,对灾区房屋的典型震害特征进行分析。
灾区的砖混房屋分布较广,约占80%左右,多采用最普遍的结构类型。这类房屋多建于上世纪90年代中期,一般为2—3层,层高3.6m左右,开间3.5—4.0m左右,进深8.0—11.0m左右。依靠砖墙承重,以 240mm厚空斗墙最为普遍;平屋顶居多,楼(屋)盖早期采用预制空心板,近年来逐渐被不足90mm厚的现浇板所代替。大部分房屋无圈梁、构造柱等抗震构造措施,整体性差。
地震导致极震区约10%的砖混房屋发生中等以上破坏,其震害特征主要表现为:承重墙以及窗间墙、窗下墙出现严重的贯穿斜裂缝或“X”形裂缝,开裂处的砖块被剪断;房屋顶部的局部突出层墙体多处开裂,呈现鞭梢效应;墙皮大面积脱落、玻璃震碎、窗户扭曲变形(图3—图8)。以图3为例,照片中显示的为通往震中228省道旁一栋砖混房屋的破坏情况,该房屋位于Ⅵ度区内,地震造成房屋承重外墙出现多条水平向和竖向贯穿裂缝,裂缝宽 8—10mm,房屋采用空斗墙、预制板,缺乏必要的抗震构造措施,加上场地的放大效应,导致房屋损坏严重(伍圣喜等,2007)。
灾区的砖木房屋属简易房屋,多是单层,在民居中约占15%。房屋由砖墙和木屋盖承重,基础为条形浅基础;墙常用粘土砖或混凝土空心砌块砌筑,以 240mm厚空斗墙为主;砌筑砂浆一般为粘土砂浆或石灰砂浆,抗剪强度低;坡屋顶,屋盖通常采用硬山搁檩或三角形木屋架承重。这类房屋多建于上世纪70—80年代,抗震性能较差。地震中极震区约35%的砖木房屋出现轻微以上程度的破坏,其震害特点为:承重山墙出现水平向和竖向贯穿裂缝;窗间墙、门窗顶部出现严重的贯穿斜裂缝或“X”形裂缝;墙体倾斜,屋顶溜瓦(图9—图10)。
图3 省道228旁砖混房屋外墙开裂、毁坏Fig. 3 Cracks on brick wall
图4 杨桥镇砖混房屋窗间墙呈“X”形裂缝Fig. 4 X-shaped cracks on the wall
图5 龙山村砖混房屋窗下墙水平错位5—6cmFig. 5 Wall dislocation with 5-6cm below window
图6 杨桥镇砖混房屋空斗墙体呈“X”形裂缝Fig. 6 X-shaped crack on cavity wall
图7 砖混房屋突出层墙体开裂、女儿墙倒塌Fig. 7 Highlight layer wall crack, parapet collapse
图8 墙皮大面积脱落、玻璃震碎Fig. 8 Wall skin plaster off and glass shattered
土木结构属于老旧房屋,多建于上世纪 80年代以前,均为单层、坡屋顶,土坯墙作为承重墙体,粘土泥浆作为粘结材料,屋盖采用硬山搁檩或木屋架承重。多数房屋墙体因年久失修遍布有裂缝,没有任何抗震构造措施。这类房屋现在所占比例较小,仅占2—3%,为少数经济差的村民居住,有的已无人居住,仅做储物的仓库。地震导致老旧的土木房屋的承重山墙、屋架支撑处纵墙、窗下墙出现新裂缝或老裂缝加宽(图11);个别房屋梭瓦、掉瓦。
此次地震灾区主要分布于农村地区,框架房屋由于造价高,仅少量分布于学校、医院、政府等公共建筑,这类房屋多有正规的抗震设计、施工和监理,地震中整体表现较好。调查中发现极震区杨桥中心小学一栋3层新建办公楼底层的填充墙发生大面积剪切斜裂缝、交叉裂缝,填充墙与框架的结合部位产生贯通裂缝,但梁、柱等关键构件均未损伤(图12)。
图9 螺山村砖木房屋墙体开裂Fig. 9 Cracks on the wall with brick wooden material
图10 杨桥敬老院砖木房屋梭瓦、吊顶震落Fig. 10 Ceiling crashing of a brick wooden house
图11 梅林村土木房屋外墙开裂、老裂缝加宽Fig. 11 Pre-existing cracks are getting widened as new cracks are generated
图12 杨桥小学框架办公楼底层填充墙剪切破坏Fig. 12 Shear failure on the bottom
通过对灾区不同房屋结构的不同震害特点进行分析,可得出以下几点认识:
(1)灾区房屋的抗震能力因结构类型不同而存在差异,钢筋混凝土框架房屋的抗震性能最优,设防的砖混房屋的抗震性能也优于砖木房屋和土木房屋。
(2)灾区位于低山丘陵和盆地的交接地带,部分民居傍山而建,靠近山边的房屋震害整体较重,可能与边坡的放大效应有关;地震时有巨石从山坡滚落,导致有的房屋被砸坏,这也反映出在建房时要进行科学选址的重要性(温瑞智等,2008)。
(3)当地民居的基础普遍采用天然浅基础,基底处理简单,多无地圈梁,部分基础出现腐蚀、剥落,严重削弱了房屋的抗震能力。
(4)灾区砖结构房屋的墙体开裂严重,主要是因为采用空斗墙这种砌筑方式。历次地震震害表明空斗墙抗震性能极差,因为空斗墙的墙体受力面积小,地震时易产生“斗砖”转动、砂浆脱落,导致墙体开裂甚至倒塌。
(5)灾区砖混房屋采用预制板楼盖的比例较高,且多未设置圈梁、构造柱等抗震构造措施,地震中部分预制板楼盖出现裂缝,表明预制板和墙体之间缺少可靠的连接,应采取相应的补救措施,汶川地震已经给了我们惨痛的教训。
(6)灾区房屋的楼梯间通常设置在房屋尽端或者转角处,且楼梯间墙体沿高度方向缺少楼板对其整体的约束,空间刚度差,地震时楼梯间墙体破坏较重。
本文在2011年1月安徽安庆4.8级地震现场工作的基础上,重点对震区烈度分布及房屋典型震害进行了分析,对经验教训进行了初步的总结,以期为灾区恢复重建和今后类似地区的抗震设防工作提供参考依据。
(1)此次地震虽然震级不大,但造成了较重的震害。分析认为,地震震源浅、山区场地的放大效应及农村民居的抗震性能差是3个主要的致灾因素,其中灾区农村民居的抗震性能差最为关键。由于居民多为自建房,没有进行正规的设计、施工,普遍存在着选址不科学、结构布置不合理、施工质量差、缺乏有效的抗震构造措施等问题,导致灾区农村民居抵御破坏性地震的能力薄弱。为此,地震、建设等相关职能部门应加强协作,按照统一规划、合理布局、配套建设的原则,加强对农村民居抗震设防的监管和指导(曹均锋等,2011)。
(2)灾区已实施完成的校舍安全工程经受住了此次地震的考验,房屋基本完好,并成为政府安置受灾群众的重要场所。这表明对学校、医院等重要公共建筑采取抗震加固已取得良好的效果。建议在条件成熟的农村地区,对现有民居进行分区抗震性能普查和鉴定,对需要加固的民居,在自觉自愿的基础上鼓励农民采取必要的加固措施。
(3)全面提高农村民居抗御地震灾害的能力,已成为实现我国 2020年防震减灾奋斗目标的重要和迫切的任务之一,建议政府加大农村防震保安工作的资金投入,并结合社会主义新农村建设、土地复垦整理等项目,加快推进农村民居地震安全工程建设(王兰民等,2005)。
(4)农民防震意识淡薄是农村民居抗震能力薄弱的重要原因,相关部门应采取多种有效的手段开展地震及房屋抗震知识的宣传普及工作,正确引导农民合理安排自有资金建设抗震民居。同时加强对农村建筑工匠的抗震设防技术培训,提高农居建设施工质量。
(5)各类建设工程采取科学合理的抗震设防参数是减轻建筑物地震灾害的有效途径。应结合不同地区的地震地质构造特点和地震活动性特点,结合地震的震害经验与教训进行深入研究,给出科学合理的抗震设防参数。
(6)加强基础研究,在有条件的城市开展地震小区划和城市活断层探测工作,提高重点城市群的整体抗震设防水平。建设必要的地震救援设施和应急场地,进一步强化地震应急预案(李小军等,2007)。
曹均锋,刘庆忠等,2011.皖东北地区农村民居抗震性能调查与研究.震灾防御技术,6(2):136—145.
陈文彬,李小军,宋毅盛等,2005. 安徽南部头坡断裂的活动性研究. 地震地质,27(3):353—360.
李小军,曲国胜,张晓东,2007. 2005年巴基斯坦北部7.8级地震灾害调查与分析. 震灾防御技术,2(4):354—362.
王兰民,陶裕禄等,2005. 中国地震安全农居示范工程综述. 西北地震学报,27(4):305—311.
温瑞智,魏景芝等,2008. 汶川地震农居震害特征及其成因分析与恢复重建建议. 震灾防御技术,3(4):391—397.
伍圣喜,吴从晓,韩家军,张超,周云,2007. 云南宁洱 6.4级地震砖混结构房屋震害调查与分析. 震灾防御技术,2(3):285—289.
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中华人民共和国国家标准,2000. 地震现场工作第 3部分:调查规范(GB/T18208.3-2000). 北京:中国标准出版社.
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中国地震局,1998. 地震现场科学考察指南. 北京:中震防发1998(41)文件.
Seismic Intensity and Buildings Damage of 2011 Anqing MS4.8 Earthquake
Zhai Hongtao, Cao Junfeng, Li Daidi, Tong Yuanlin and Feng Weidong
(Earthquake Administration of Anhui Province, Hefei 230031, China)
After 2011 Anqing MS4.8 Earthquake, the seismic intensity investigation and earthquake loss assessment investigation were carried out in time. Based on field survey, this paper summarizes the tectonic setting of the earthquake, intensity distribution, typical earthquake damage, and lessons learned from the earthquake.
翟洪涛,曹均锋,李代娣,童远林,冯伟栋,2011. 2011年1月安徽安庆4.8级地震烈度与房屋震害. 震灾防御技术,6(3):276—283.
安徽省自然科学基金项目(10040606Q24)和安徽省地震科研基金重点项目(200904001)资助
2011-3-27
翟洪涛,男,生于1974年。高级工程师。主要从事地震地质及地震工程方面的研究。E-mail: 413zht@sina.com
致谢:此次地震现场调查工作由中国地震局与华东协作区安庆地震现场工作队共同完成。浙江省地震局、江苏省地震局、上海市地震局、江西省地震局的各位专家和同事做了大量的现场调查工作,并为本文提出了宝贵的指导意见,在此一并表示衷心感谢。
Κey words: Anqing earthquake; Seismic intensity; Building earthquake damage; Seismic performance