尼泊尔8.1级地震加德满都—樟木沿线民居震害调查与分析

潘毅+王忠凯+时胜杰+袁双

摘 要：为了分析尼泊尔地震中山区公路沿线自建民居的震害，在对加德满都-樟木口岸公路沿线民居震害调查的基础上，详细介绍了框架结构和砌体结构自建民居的特点，按照地震直接灾害和次生灾害，总结了这2种自建民居结构的震害特征，给出了其地震破坏比例.框架结构基本完好的比例是砌体结构的3倍多，而中等破坏、严重破坏和毁坏的比例约为砌体结构的1/2.根据震害调查和统计分析，得到以下结论：自建框架结构虽未经过正规设计，不满足尼泊尔建筑规范的相关要求，施工质量也比较欠缺，但破坏程度小于自建砌体结构；随公路海拔的升高，沿线民居的震害程度有加重的趋势；山区地震导致的次生灾害对沿线民居建筑的破坏比较严重.

关键词：尼泊尔地震；震害调查；公路；框架结构；砌体结构；地震次生灾害；掉层结构

中图分类号：P315；TU362；TU375文献标志码：A

Abstract： In order to analyze the seismic damages of the owner-built dwellings along mountainous highway in Nepal earthquake sequence， field investigation was performed along the highway from Kathmandu to Zhangmu port. Firstly， the structural characteristics of reinforced concrete （RC） frames and masonry structures in Nepal were described. Then， the characteristics of the seismic damages of the two types of residential structures were summarized， and the damage ratios of the structures were provided according to the direct disasters and secondary disasters. The proportion of basic intact of RC frame structures is over three times that of masonry structures， but the proportion of moderate and serious damages and destruction of RC frame structures is about a half of that of masonry structures. Based on the damage investigation and statistical analysis， it is concluded that many owner-built RC frame structures are not properly designed as the requirements of the building codes of Nepal， and their construction quality is poor， but the damage degree of the RC frame structures is much less than that of the masonry structures. Moreover， as the elevation increases along the highway， the seismic damage of the dwellings has a tendency of increase. Finally， secondary disasters resulted from the earthquake aggravated the seismic damage of dwellings.

Key words：Gorkha earthquake； seismic damage investigation； highway； frame structure； masonry structure；secondary disasters of earthquake； structures supported on stepped foundations

尼泊爾地处喜马拉雅山脉南麓，位于地中海-喜马拉雅地震带上.由于印度板块以每年25～30 cm的速度向亚欧板块下俯冲[1]，引起2个板块的挤压和应力集中，导致该地区地质构造活动强烈，是世界上最危险的地震多发地带之一.2015年4月25日当地时间11时56分，尼泊尔加德满都西北方向约80 km处廓尔喀（Gorkha）发生Ms 8.1级地震，震源深度约20 km[2].主震发生后，又陆续发生多次强余震，如图1所示.根据中国地震台网中心的数据，截至5月31日，共发生5级以上余震8次，其中7级以上3次，见表1.尼泊尔主余震共造成8 902人死亡，23 000多人受伤，近30万人受灾[3].

尼泊尔地震发生后，作者受邀赶赴地震灾区，与尼泊尔方面的人员一道开展了建筑物的震害调查工作.震害调查工作沿尼泊尔加德满都到我国樟木口岸的公路开展，行程约100 km，对公路沿线民居的结构形式和震害特征进行调查和统计.这条公路是我国对尼泊尔进行贸易和提供灾后援助的主要通道.加德满都到刀拉尔卡特一段基本为谷地，公路比较平缓；自刀拉尔卡特始，公路进入山区.按照公路海拔高度和调查区域民居的实际分布情况，将刀拉尔卡特-樟木口岸的公路大致分为5个路段，如图1所示.

本文对公路沿线民居的主要结构形式做了说明，按照地震直接灾害和次生灾害2个方面，分析了尼泊尔独特的框架结构和砌体结构的震害特征和破坏原因，并以我国《建（构）筑物地震破坏等级划分》（GB/T 24335—2009）[4]为依据，对民居房屋的地震破坏等级进行了划分和统计，以期为尼泊尔的灾后重建和地震灾害防治提供参考.

1 沿线民居主要结构

公路沿线的村镇民居主要为框架结构和砌体结构，其中框架结构约占62%，砌体结构约占38%.其中，镇上的民居多为框架结构，村里的民居多为砌体结构.框架结构为居民自建的钢筋混凝土框架结构，具有层数少、跨度小、梁柱截面小和掉层结构等特点；而砌体结构按照材料不同，大致分为片石砌体结构、烧结普通砖砌体结构、片石与烧结普通砖的混合砌体结构，具有取材易、造价低、层数少、跨度小、墙体厚和强度低等特点.

1.1 框架结构

自20世纪80年代以来，钢筋混凝土框架结构在尼泊尔得到了大力推广，但超过90%的框架结构为居民自建，没有按照尼泊尔建筑设计规范《NBC-205：2012》进行设计[5].根据文献[1]和现场测量，公路沿线的居民自建框架结构一般多为2～3层，一般层高3 m，柱距为3～4 m.梁截面一般为230 mm×325 mm，上、下各配3根直径为12 mm的钢筋；柱截面一般为230 mm×230 mm，配6根直径为12 mm的钢筋；楼板一般为现浇，其厚度为115 mm，外墙和临近楼梯的墙厚为230 mm，其他的隔墙厚为115 mm，如图2所示.混凝土的抗压强度约为20 MPa，钢筋的屈服强度约为415 MPa.这种自建框架结构不满足尼泊尔建筑设计规范《NBC-205：2012》[5]中规定的“柱截面最小为300 mm×300 mm或者大于梁宽75 mm”的最低要求，也不满足我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）[6]中梁柱截面尺寸和配筋率的最低要求.此外，自建框架结构的混凝土浇筑质量比较差，在梁柱节点及其周边区域等关键部位有明显的施工缺陷.很多自建框架结构的顶部预留有悬臂柱，柱端留有长度不等的纵筋，便于以后加层时钢筋搭接，且对裸露在外的纵筋未采取任何保护措施.

由于公路沿线多为山地，存在大量依山而建的民居.例如，沿路1层、背路3层、局部2层，如图2所示.这些民居的一个显著特点为掉层结构，即在同一单元内有上、下2个不在同一平面的嵌固端，并根据上、下接地面高差设置楼层的结构[7]，如图3所示.

1.2 砌体结构

1.2.1 片石砌体结构

片状石材是尼泊尔山区最容易获得的天然材料，这些石材形状不规则，大小不一，强度较低.在砌筑时，片石之间使用泥灰作为黏结材料，或不使用黏结材料，墙厚约40～50 cm，墙上的门窗洞口较小，约为1 m.片石砌体结构多为1～2层，层高约为2 m，楼面为木楼盖，屋面为木屋架和铁皮波纹板，如图4所示.由于墙体较重且刚度较大，承担地震作用较大，而结构的整体性较弱，其抗震能力较差.

1.2.2 烧结普通砖砌体结构

公路沿线的一些较富裕地区，砌体结构则多采用烧结普通砖作为砌筑材料，使用泥灰或者水泥砂浆作为黏结材料，如图5所示.烧结普通砖砌体结构多为2～4层，层高一般约为3 m，墙厚一般为23 cm，采用现浇的楼板和屋面，通常设置有圈梁.由于这种结构施工质量和整体性较好，其抗震能力较其他类型的砌体结构强.

1.2.3 混合砌体结构

混合砌体结构是一种同时采用片状石材和烧结普通砖作为砌筑材料的结构，通常第一層采用片石，而第二层采用老旧的烧结普通砖，如图6所示.混合砌体结构一般为2～3层，层高一般为3 m，墙厚为30～50 cm，楼面为木楼盖或混凝土楼盖，屋面为木屋架和铁皮波纹板，多数房屋设置有圈梁.该结构的抗震性能介于片石砌体结构和烧结普通砖砌体结构之间.

2 地震直接灾害

2.1 框架结构的震害特征

1）倒塌：公路沿线调查发现，在此次尼泊尔地震中有部分框架结构发生倒塌，如图7所示.

公路沿线的框架结构沿山坡修建，多为掉层结构.由于掉层结构存在上、下2个不同的接地面，上接地楼层柱受到上接地面的约束，导致其具有更大的侧向刚度，承担更大的水平地震作用[8].因此在强震作用下，上接地楼层柱根部易先发生破坏，造成结构倒塌.同时，边坡在地震作用下可能发生变形.即使边坡发生微小变形时，在掉层框架结构中亦会产生较大的附加内力，边坡变形引起结构的内力主要位于上接地第二层及以下各层，其中上接地第一层接地处梁和柱的内力最大[9].调查中发现，陡坡的掉层框架结构倒塌概率要高于缓坡的.

2）框架柱破坏：由于自建框架结构的梁、柱截面相差不大，且配筋基本相同，震后框架梁、节点的破坏较轻，震害主要集中在框架柱，其主要震害特征有柱端的弯剪破坏、短柱的剪切破坏等.地震中，框架柱端的混凝土被压碎或崩落，柱纵筋被压弯或呈灯笼状外鼓，如图8（a）（b）所示.由于填充墙和门窗洞口的布置导致框架柱形成短柱，在地震作用下容易发生剪切破坏，如图8（c）所示.

3）填充墙破坏：在此次地震中，框架结构填充墙的破坏比较普遍，其震害特征主要有墙面的交叉斜裂缝、门窗洞口处的斜裂缝、墙体与梁柱连接处的水平和竖向裂缝、平面外局部倒塌等.在水平地震作用下，交叉斜裂缝或斜裂缝多见于室内隔墙、窗间墙或门窗洞口的角部，如图9（a）（b）所示；水平裂缝多见于门窗的上、下标高处，且由于框架柱没有设置拉结筋，导致框架柱与墙体出现竖向裂缝，如图9（c）所示，严重时墙体外闪，发生平面外局部倒塌.

2.2 砌体结构震害特征

1）倒塌：此次尼泊尔地震中，公路沿线的砌体结构整体或者局部倒塌的情况比较常见，如图10所示.倒塌的砌体结构多采用木楼板，没有构造柱和圈梁，砌体强度较低.其中，片石砌体结构和混合砌体结构采用泥浆黏结，材料强度较低，难以有效传递水平剪力，结构整体性较差，在强烈地震中易发生倒塌.

2）承重墙破坏：砌体结构中墙体的破坏与框架结构类似，此处不再赘述.砌体结构中承重墙的主要震害特征有层状剥离、山墙倒塌、竖向通缝和窗角斜裂缝等.其中，片石砌体结构由于墙体较厚，且采用形状不同、大小不一的片石来砌筑，且片石与内部填充的碎石之间缺乏有效的黏结和咬合，易发生层状剥离，如图11（a）所示.尼泊尔砌体结构在墙角处缺乏有效的约束，拐角处相邻的墙体缺乏有效的连接，在强烈地震作用下，导致山墙平面外脱落，如图11（b）所示.一些公路沿线的砌体结构沿着山坡修建或毗邻河流，且自建民居的基坑开挖较浅，地基土又比较松软，在地震过程中可能产生地基的不均匀沉降，导致墙体出现竖向通缝，如图11（c）所示.由于片石砌体结构的承重墙体以黏土勾缝，导致其抗剪承载力较低，在水平地震的往复作用下，门、窗洞口的角部易出现剪切斜裂缝，如图11（d）所示.

3）结构薄弱层破坏：建筑物竖向布置不合理造成刚度突变，这种突变导致结构的变形集中在刚度较弱的楼层[10].公路沿线某砌体结构的底层门洞较多，导致结构竖向刚度不连续，形成结构薄弱层.在地震作用下，一层砖柱与地面的倾角平均达到75°，处于倒塌的边缘，如图12（a）所示.左侧角部的砖柱与二层的圈梁完全脱开，而右侧角部的砖柱已完全倒塌.该砖砌体结构一、二层的山墙已倒塌，右侧顶部的山墙也开裂和即将外闪，如图12（b）（c）所示.尽管该结构破坏严重，濒临倒塌，但由于设置了圈梁，且采用水泥砂浆作为砖块的勾缝材料，结构的整体性较好，并未完全倒塌，为室内人员留出了逃生的空间和时间.

3 地震次生灾害

强烈地震不仅造成大量建（构）筑物破坏，导致大量的人员伤亡和经济损失，还可能引发一系列的次生灾害.此次尼泊尔地震引发了山体滑坡、山体落石、泥石流和堰塞湖等次生灾害，阻断道路、破坏房屋和桥梁，在某些路段的次生灾害所造成的房屋破坏甚至超过了地震直接灾害，并且给灾区的救援工作带来了很大困难.

3.1 山体滑坡

山体滑坡通常发生在一些岩土比较酥松的陡坡，而强烈地震导致这些山体的岩石和土体发生松动或破裂，诱发山体滑坡.若在滑坡附近有民居或者道路、桥梁，则会造成其破坏.此次尼泊尔地震中一些沿山坡修建的房屋被大规模的山体滑坡所掩埋，如图13所示.房屋的第一层已被完全掩埋，第二层也有部分被掩埋，仅有阳台露出.

3.2 山体落石

强烈地震导致山体崩塌，引发落石.巨大的落石顺着陡峭的山坡滚下，对沿山坡修建的房屋造成严重的破坏.在靠近樟木口岸的路段，虽然房屋的地震直接灾害并不严重，但多处发生的山体落石对房屋造成了较大的破坏，如图14所示.在图14（a）中，框架结构的直接震害较轻，但巨大的落石却直接撞毁了一层的柱、填充墙和楼板；在图14（b）中，落石不仅将靠山一侧房屋的二楼墙体击穿，而且巨大的能量使其冲到了街对面的房屋，砸毁了其台阶.

3.3 泥石流

由于地震及其余震的多次作用，一些山体的整体性被破坏，部分山体的后缘出现破裂或裂缝，当雨季来临时，这些不稳定的边坡在强降雨下极易失稳，形成泥石流[11].此次调查中发现，公路沿线有多处泥石流发生，不仅掩埋了大量民居，而且泥石流中蕴含的较大石块还冲击民居，加重了房屋的破坏，如图15所示.

3.4 堰塞湖

地震导致的山体滑坡和泥石流往往堵塞河道，形成堰塞湖，淹没上游的村镇、农田和房屋[11].此次尼泊尔地震中堰塞湖数量较少，规模也相对较小，但仍有一些房屋被堰塞湖部分或者完全淹没，如图16所示.

4 震害统计与分析

由于加德满都-刀拉尔卡特这一段的地势相对平坦，民居较多，但地震破坏较轻，为了不对震害统计结果造成干扰，未将该段列入统计范围.沿刀拉尔

卡特至樟木口岸的公路，分为A～E共5个路段，共调查民居289栋，其中框架结构178栋，砌体结构111栋.民居破坏等级的划分以我国《建（构）筑物地震破坏等级划分》（GB/T 24335—2009）为依据.按5个路段一起统计，框架结构和砌体结构不同破坏等级的破坏比，如图17所示.根据《中国地震烈度表》（GB/T 17742—2008）[12]确定相应的震害指数，按5个路段分布统计，框架结构和砌体结构的破坏比和平均震害指数，见表2和表3.2种结构的平均震害指数与平均海拔的关系，如图18所示.

由上述震害统计的数据，可以得出：

1）从地震破坏等级来看，框架结构基本完好的比例是砌体结构的3倍多，而中等破坏、严重破坏和毁坏的比例约为砌体结构的1/2.可见，尽管自建的框架结构和砌体结构未经过正规设计，不满足尼泊尔相关规范的要求，施工质量也比较欠缺，但框架结构的震害比砌体结构的轻，因此框架结构具有更好的整体性和抗震性.

2）随着公路沿线的海拔升高，框架结构和砌体结构的平均震害指数也逐渐增加.即随海拔的升高，民居的震害程度有加重的趋势.但需要说明的是，在靠近樟木口岸的E路段，很多民居是由于地震次生灾害导致了其严重破坏，如滑坡、落石等.

5 结 论

1）公路沿线的尼泊尔民居以自建框架结构和砌体结构为主，多数不满足尼泊尔建筑规范的相关要求，且施工质量也较差.但框架结构的整体震害比砌体结构的轻，其抗震能力好于砌体结构，特别是远优于片石砌体结构和混合砌体结构.

2）由于公路沿线多为山区，框架结构沿着山坡修建，多为掉层结构，在地震中该类结构的震害较普通框架的严重.因此，应加强该类结构的专门研究，加强其薄弱部位，并宜尽量在缓坡处建造房屋.

3）随公路海拔的升高，沿线框架结构和砌体结构的震害程度有加重的趋势.但由于次生灾害对震害程度有一定的贡献，因此这种趋势还有待进一步研究.

4）此次尼泊尔地震引发了多种次生灾害，对沿线民居造成了很大破坏，加重了地震灾情.因此，灾后重建中应该进行山地灾害风险评估，放弃那些存在严重风险的居民点，并加强山地灾害的监测和预警，做好相应的预防措施，如修建挡土墙、架设防落石网等.

致謝：感谢特里布汶大学工学院（Tribhuvan University）、国际山地综合开发中心ICIMOD（International Center for Integrated Mountain Development）、陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室和西南交通大学建筑与设计学院对本研究项目的支持和帮助.

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