基础工程震害与抗震措施探讨

刘 江

(连山壮族瑶族自治县公路事务中心，广东 清远 513200)

1 地震震害概述

我国地域辽阔，属亚洲板块，位处太平洋板块边缘地带，历年来地震频发，因地震造成的结构物毁坏数不胜数。面对地震灾害，如何提高结构物抗震能力、减轻震害的受损程度，切实保障人民群众生命财产安全，笔者认为将结构物抗震列入一个专门的课题来研究具有非凡的意义。据分析，受震害影响往往是由于地基土液化，在地震波驱动下产生纵向或横向运动，使结构物基础产生位移、倾覆、折断，使建于其上部结构受力失衡，导致整座结构物解体、垮塌、断裂。可见，做好基础工程的抗震措施对提高结构物抗震能力非常重要。

2 地基与基础震害

地震是地壳板块运动的体现，灾害发生时主要以地震纵波和横波的方式释放能量。在地震波巨大能量的驱动下地基土产生运动，对结构物的基础产生水平位移和竖向位移，甚至由于土体的剪力下基础发生断裂、倾斜等震害。

2.1 地基土的液化

地基土的液化集中体现在砂土类土质的液化，由于砂土类土质塑性指数一般低于3。塑性指数越小，说明土的颗粒越粗，可塑的范围越小，在外力的作用下砂土类地基土迅速发生液化现象，建于其内的结构物基础随之发生流动性的运动，对扩大基础而言将发生震沉或水平位移，对桩基础而言在地基土水平剪力的作用下容易发生倾斜甚至折断，进而危及结构物的上部结构，扩大地震的损坏程度。

2.2 地基土发生挤压变形

我国的地质构造比较复杂，一般而言，在竖直方向、密度较低的土层往往置于密度较高的土层之上，在褶皱岩层里土层甚至存在密度高低交错现象；在水平方向的相临区域，存在密度差异的土质更是多不胜数。在地震作用下，在相临区域高密度土类一旦发生水平和竖向位移，运动的方向只能向低密度土类(如淤泥质等软弱土体)进行，土体受挤压产生变形，那么建于高密度土类上基础发生震沉，而相反的，建于低密度土类上的基础发生竖向上升。对于跨越两种或两种以上不同密度地基土的结构物，如大型桥梁，那么随着基础的上升或下沉、位移等震害，桥梁上部的梁体结构也相应发生错台、搓挤现象，最终导致梁体垮塌、折断、拱起等震害。

2.3 地基土运动改变地下水位

地基土尤其是砂土类土层在震沉过程中发生液化，极大地挤压了地下水的空间，地下水压瞬间增大只得向上反渗，从而加速了砂土类土层的液化进程，在地下水的作用下，塑限指数较低的砂土类地基土整体性面临崩溃，地基土失稳，进一步危及建于地基土内部的结构物基础，在巨大的土层剪力下基础容易发生平移、沉陷、倾斜、开裂、折断等震害，最终影响整座结构物的安全性能。

2.4 基础的其他震害

在地震短时间释放巨大能量的过程中，上边坡发生坍塌、泥石流等震害，对道路、桥梁、楼房产生的冲击往往也是毁灭性的，其中包括上部结构和基础结构，在土体的横向推力作用下，上部结构垮塌、开裂、变形、倾覆，扩大基础结构整体被推移、开裂、倾斜。桩基础承台、系梁的混凝土接口受力薄弱处断裂等机械性损伤。

3 基础工程的抗震措施

3.1 做好设计前期地质水文勘察工作

地质水文勘察是后续设计方案决策的重要依据。在开展地质钻探的同时进一步对土质进行必要的试验，土质试验的项目有天然含水率、标准击实试验、CBR试验、塑限、液限，土质变化较大时开展相对密度、颗粒分析、易溶盐含量、有机质含量、冻胀量、膨胀量等试验。

3.2 设计方案要做好风险控制

现行的结构物抗震设计规范有很多，包括公路工程、铁路工程、公路隧道工程、水利水电工程、城市桥梁工程、建筑工程等建设领域。在设计满足抗震要求的同时结合地质水文条件，对地质稳定风险较大的区域优先采用合理规避的措施，确实无法避免，设计方案应当采用桩基础或沉井基础等深层基础，基础周围区域采取加固土体等抗震措施，全面提高基础周围土体的整体抗震能力[1]。

3.3 提高软弱地基及可液化土地基的抗震性能

1)改善土的物理力学性质。对于软土地基的处理，一是采取垫层和浅层处理，使用碎石、砂砾、石屑、矿渣、粉煤灰、抛石等稳定材料按照施工规定进行换填；二是采用粒料桩、粉喷桩、浆喷桩、水泥粉煤灰碎石桩等加固土体；三是采用化学加固法，如碱液加固法、电化学法、化学锚栓化等方法，改善土体的物理力学性质。不建议使用竖向排水体、真空预压、地基隔离墙、强夯等，以排水、隔水优先，不以固结土体为目的方式。在地震灾害面前此类方法由于土体的运动，整个地基连同基础很容易瞬间瓦解。

2)采用深层基础。所谓深层基础包括桩基础和沉井基础，深层基础的优点是直接穿透软弱土层，利用土体与桩身的摩擦力或坚实岩层提供的端承力，直接支承上部结构的荷载。若非遭遇巨大的土体运动产生的水平剪力造成桩身折断，此外足以应对地震的纵波震害。

3)减轻荷载、加大基础底面积。通过减轻结构物的质量或者加大基础底面积，减小单位水平面积的压强，在提高结构物抗震稳定性能方面有一定程度的促进作用。减轻荷载，上部结构可以通过使用空心预制梁板，下部结构采用沉井深层基础，对于扩大基础和加大基础底面积，减小单位水平面积的压强，保障地基土能够提供富余的承载能力，减轻地震的震害影响，从而提高结构物的抗震能力。

4)增大基础埋置深度。在抗震区域，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；高层建筑基础的埋置深度应满足地基承载力、变形、稳定性和抗震设计要求。扩大基础、桩筏、桩箱基础的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/18，位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋置深度应满足抗滑、抗震的稳定性要求。

基础必须埋置在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施[2]。当基础埋置在易风化的岩层上，施工时应在基坑开挖后立即铺筑垫层。当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋置深度不宜大于原有建筑基础。当埋置大于原有建筑基础时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定。

3.4 基础本身的抗震措施

基础本身要提高抗震性能，一是在施工前做好地基承载力的检测，确保地基有富余的承载能力，地基土能提供足够的承载能力，地基土本身即有一定的抗震能力，才能保证建于其上的结构物基础处于稳定的状态；二是保证基础本身的混凝土强度，只要地基土能提供足够的承载力，周边土体稳定，面对地震灾害基础才能不发生断裂、解体等震害；三是提高土体运动最高剪力部位的配筋密度，比如竖向不同密度土层的分界部位、冲刷线部位、混凝土连结部位等，提高地震发生时最高剪力部位的配筋密度，可以有效抵抗最不利受力，从而达到最大程度的保障作用。

4 结束语

地震灾害防御是地震发生前应做的防御性工作，对各种结构物进行相应的抗震设防，在设计前期充分做好地质水文勘察工作，全面掌握工程地质资料，适当跨越软弱地基、采用高抭震的基础或通过加固、提高地基的承载稳定能力，使其在破坏性地震中不损坏、不倒塌，这也是避免人员伤亡的关键，对人类防范地震灾害起到积极的作用。

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