青海玛多7.4级地震重灾区房屋震灾调查及分析

李 鑫,殷 翔,姚生海,谢 虹,盖海龙,杨理臣,绽蓓蕾

(1.青海省地震局,青海 西宁 810001; 2.青海格尔木青藏高原内部地球动力学野外科学观测站,青海 西宁 810001;3.甘肃兰州地球物理国家野外科学观测研究站,甘肃 兰州 730000)

0 引言

2021年5月22日02时04分(北京时间),在青海省果洛州玛多县(34.59°N,98.34°E)发生7.4级地震,震源深度17 km,此次地震震中距黄河乡政府驻地7 km、距玛多县城38 km,距果洛州政府驻地175 km,距西宁市385 km。地震在全省范围内震感强烈,共涉及3个市州7个县32个乡镇,共计355 221人受灾,造成少量人员受伤情况,房屋不同程度受损。

历史记载及仪器记录,本次震中周围50 km范围内,共发生4级以上地震2次,其中7.0级以上地震0次,6.0～6.9级地震0次,5.0～5.9级地震1次。最大地震为1937年11月17日青海甘德西北5.0级地震。最近的一次地震为2014年08月11日 4.7级地震。据中国地震台网测定:玛多MS7.4地震截至2021年5月30日12时00分共记录到M3.0以上余震50次,其中7.0～7.9级地震0次,6.0～6.9级地震0次,5.0～5.9级地震1次,4.0～4.9级地震14次,3.0～3.9级地震35次。最大余震为:5月22日10时29分发生的5.1级地震。初步分析该地震为巴颜喀拉块体边界断裂持续活动的结果,发震断层为块体北侧东昆仑断裂带东段的一条分支,昆仑山口—江错断裂,震源机制为左旋走滑型破裂。

1 震区概况

玛多县位于青海省南部,平均海拔在4 200 m以上,年平均气温-4 ℃,属高寒草原气候,其地势自西北向东南倾斜,地形起伏变化较小,相对平坦。大地构造单元属巴颜喀拉褶皱带,地貌轮廓明显地受构造控制,构造线为西北-东南走向,优势地貌类型为宽谷和河湖盆地[1]。玛多县总人口15 989人,土地面积约25 253 km2,人口密度为6人/10 km2,主要辖花石峡镇、扎陵湖乡、玛查理镇、黄河乡。

依据中国应急管理部发布青海玛多7.4级地震烈度图(图1)。玛多地震最高烈度为Ⅹ度(10度),宏观震中位于玛多县玛查理镇,微观震中位于玛多县黄河乡。Ⅵ度(6度)区及以上面积约53 704 km2,烈度圈长轴呈北西西走向,长轴约381 km,短轴约165 km,共涉及青海省3个市州7个县32个乡镇,四川省1个市州1个县4个乡。

图1 青海玛多7.4级地震烈度图(引自应急管理部中国地震局)Fig.1 Seismic intensity map of Maduo MS7.4 earthquake in Qinghai Province (from China Earthquake Administration,Ministry of Emergency Management)

Ⅹ度(10度)区面积约69 km2,主要涉及青海省果洛藏族自治州玛多县玛查理镇。

Ⅸ度(9度)区面积约1 079 km2,其中包含异常区面积约375 km2,主要涉及青海省果洛藏族自治州玛多县玛查理镇、黄河乡,玛沁县大武镇、优云乡、大武乡。

Ⅷ度(8度)区面积约2 295 km2,主要涉及青海省果洛藏族自治州玛多县玛查理镇、黄河乡、扎陵湖乡、花石峡镇。

Ⅶ度(7度)区面积约10 650 km2,主要涉及青海省果洛藏族自治州玛多县黄河乡、玛查理镇、花石峡镇、扎陵湖乡,玛沁县大武镇、优云乡、大武乡,达日县特合土乡。

Ⅵ度(6度)区面积约39 611 km2,主要涉及青海省果洛藏族自治州玛多县黄河乡、玛查理镇、花石峡镇、扎陵湖乡,玛沁县下大武乡、东倾沟乡、优云乡、雪山乡、大武镇、大武乡、当洛乡、拉加镇,达日县吉迈镇、桑日麻乡、建设乡、特合土乡、窝赛乡、德昂乡、莫坝乡,甘德县柯曲镇、江千乡、青珍乡、上贡麻乡、下贡麻乡、岗龙乡,玉树藏族自治州曲麻莱县麻多乡、称多县扎朵镇、清水河镇,海西蒙古族藏族自治州都兰县巴隆乡、沟里乡、香加乡、宗加镇,四川省甘孜藏族自治州石渠县长沙贡马乡、呷衣乡、新荣乡、宜牛乡。

此外,位于Ⅵ度(6度)区之外的果洛藏族自治州达日县下红科乡、上红科乡、满掌乡,甘德县下藏科乡,班玛县知钦乡、江日堂乡,玉树藏族自治州曲麻莱县约改镇、巴干乡、叶格乡、曲麻河乡、秋智乡,称多县称文镇、歇武镇的部分房屋设施受损、部分地质灾害隐患加重。

截止5月30日15时,果洛州累计受灾35 522户97 661人,玛多县6 200户14 490人,玛沁县12 858户36 002人,达日县9 067户26 925人,甘德县6 952户18 707人,班玛县445户1 537人。倒塌受损房屋69 913间,其中房屋倒塌354间,损坏69 559间。倒塌受损畜棚8 212间,其中倒塌735间,损坏7 477间。牲畜损失1 104只羊单位(牛180头,羊384只)。玉树州累计房屋受损数253户,清水河镇210户,称文镇3户,扎朵镇40户,无倒塌及严重损坏情况。

2 重灾区房屋震害调查

2.1 房屋震害概况

此次地震造成的房屋受损主要集中在黄河乡,地震烈度达到Ⅷ度(8度),属于重灾区。黄河乡位于县境中部,距县府驻地60 km,主要辖江旁、热曲、阿映、白玛纳、唐格玛、哲合玛6个牧委会,人口3 006人,土地面积约5 610 km2,人口密度为10人/10 km2。

研究区在黄河乡范围内共计调查点17个(图2),调查房屋1 019间,总建筑面积约29 344 m2,破坏面积约20 027 m2。表1对重灾区不同结构类型房屋受损情况进行了统计,可将房屋结构类型划分为:砖混结构、砖木结构、土木结构及少量框架结构[2]。其中砖混结构数量占比为67.71%,砖木结构占比29.24%,土木结构占比为2.45%。由表2房屋破坏面积统计可得,砖混结构大多表现为基本完好或轻微破坏,地震之后基本完好占比38.56%,轻微破坏占比57.15%,中等破坏占比4.15%,严重破坏占比0.15%,毁坏占比0%;砖木结构表现为基本完好、轻微破坏、严重破坏,地震之后基本完好占比17.51%,轻微破坏占比56.37%,中等破坏占比16.64%,严重破坏占比1.76%,毁坏占比7.72%;土木结构则大多毁坏,地震之后毁坏占比80.89%,严重破坏占比3.32%,中等破坏占比12.79%(图3)。

图2 青海省玛多县重灾区调查范围示意图Fig.2 Schematic diagram of the investigation scope of the hardest-hit area in Maduo County,Qinghai Province

表1 重灾区不同结构类型房屋震灾调查表Table 1 Investigation on earthquake disaster of buildings with different structures in the hardest-hit areas

表2 重灾区不同结构类型房屋破坏面积比例Table 2 Proportion of damaged area of buildings with different structure types in the hardest-hit areas

图3 重灾区不同结构类型房屋调查面积及破坏面积Fig.3 Investigation area and damaged area of different structure types of houses in the hardest-hit areas

2.2 房屋震害现象

2.2.1 砖混结构

共计调查690间,总面积约17 225 m2。以黄河乡幼儿园为例(砖混结构),房屋设有圈梁和构造柱。调查发现房屋整体结构完好,承重墙未遭到破坏,预制楼板基本无损[3],仅在教室内部观察到墙皮脱落和少量裂缝发育(裂缝长度0.5～2 m不等),屋内装饰未有明显变化,属轻微破坏(图4)。

图4 黄河乡幼儿园轻微破坏(砖混结构)Fig.4 Slight damage of kindergarten in Huanghe Town (brick concrete structure)

2.2.2 砖木结构

共计调查298间,总面积约8 423 m2。以黄河乡牧民住所为例(砖木结构),房屋未设圈梁和构造柱。调查发现房屋完全倒塌,顶部为简易木质结构架预制板,墙体为混凝土空心砖(长39 cm、宽240 cm、高19 cm),墙体未有专门铺浆面,厚度约24 cm,屋内装饰基本损毁,属毁坏(图5)。

图5 黄河乡牧民住房毁坏(砖木结构)Fig.5 Destruction of herdsmen's houses in Huanghe Town (brick and wood structure)

2.2.3 土木结构

共计调查25间,总面积约696 m2。以黄河乡乡镇府住房为例(土木结构),房屋开间3.2 m,未设圈梁。调查发现房屋承重墙破坏严重,内外墙交结处无拉结构造,墙体为土坯砌筑,厚度约28 cm,墙体发育多处贯穿型裂缝(裂缝长度约0.5～2.5 m,宽度约0.1～0.2 m),门框严重变形,屋内装饰基本破坏,东西大多倒塌,属严重毁坏(图6)。

图6 黄河乡乡镇府住房毁坏(土木结构)Fig.6 Destroyed houses in Huanghe township government (civil structure)

2.3 房屋震害分析

重灾区位于Ⅷ度(8度)区内,房屋整体表现为受损程度较高。在地震烈度图中Ⅷ度区烈度圈长轴与断裂方向基本一致,整体呈NWW向展布,长轴方向延伸较长,受断裂作用控制明显,地震动强烈,表现为居民房屋多数承重构件出现损坏,非承重构建破坏严重或局部倒塌,其附近地面出现大量裂缝和砂土液化现象。短轴方向延伸较短,整体地震烈度向断裂两侧衰减较快,表现为个别承重件出现明显裂缝,非承重构建严重破坏(图7)。此外因房屋自身结构类型、施工质量、修建年代、是否有抗震措施等综合因素,房屋在烈度区范围内表现为多种形式破坏。

图7 地表破裂及附近房屋受损Fig.7 Surface rupture and damage to nearby houses

(1)砖混结构总体抗震性能相对较好,大多基本完好或轻微破坏。其多数房屋主要为黄河乡2018年易地搬迁所建,在地震影响下,虽处于Ⅷ度(8度)强震动区,但因其修建年限短且严格经过抗震设计及质量检验[4],故在此次地震中砖混结构未有明显大面积破坏;

(2)砖木结构总体抗震性能相对较差,大多轻微破坏。其主要为简易木质结构架预制板及空心砖墙体组成,年限较久,大多为70、80年代修建。顶部连接处未设明显固定结构,稳定性较差。墙体所用空心砖自重轻、强度弱,未有专门铺浆面,砌体抗剪强度差。在地震强震动下,随处可见由于砂浆强度不足而产生的沿齿缝、沿通缝的砌体破坏现象[5]。故此次地震中砖木结构破坏较为明显,其房屋的破坏倒塌也是造成人员受伤的主要原因;

(3)土木结构总体抗震性能差,修建年限久远,大多为60、70年代修建,质量基本没有保障。绝大多数土木结构房屋未设圈梁和构造柱,内外墙交接处无拉结构造。其中墙体为土坯砌筑,土质黏性不足,制作成型时未加入延展性拉结材料,导致灰浆饱满度差,墙体强度低。在受到强震动作用之后,可见墙体发育多处贯穿型裂缝[6]。此外房屋修建时大多未按规范,从地面到屋檐的高度大多数在3 m以上,过大开间造成了房屋的空间刚度较差,抗震性能丧失[7]。故在此次地震中土木结构基本完全毁坏。

3 讨论及建议

根据此次地震重灾区现场实际调查工作及对不同类型结构建筑的震灾分析与讨论,提出了以下相关灾后重建及震灾防御的建议。

(1)对于灾后应组织专业人员对灾区内房屋进行摸排检测及登记上报有关部门。对于基本完好及轻微破坏的砖混结构房屋进行抗震加固,受损严重及修建年代久远的砖木及土木结构房屋建议拆除重新修建。

(2)灾后重建房屋建议以砖混、框架及轻型钢结构为主。玛多县属于高寒冻土地区,传统过重的砖木及土木结构房屋及周期性冻融作用会使地震效应放大,砖混、框架及轻型钢结构严格经过抗震设计及质量检验,抗震设防能力高。其中轻型钢结构属于柔性连接结构,修建简易、携带方便[8],适合高原牧民修建临时居住点。

(3)房屋自建随意性高,需加强房屋监管及建造标准。玛多地区地广人稀,除政府修建房屋外,个人修建房屋结构承重体系不合理,抗震设防能力弱。因此需有关部门加强对民用住房建设的管理以及严格把控自建房抗震施工设计及质量。