基礎工程震害與抗震措施探討

劉 江

(連山壯族瑤族自治縣公路事務中心，廣東 清遠 513200)

1 地震震害概述

我國地域遼闊，屬亞洲板塊，位處太平洋板塊邊緣地帶，歷年來地震頻發，因地震造成的結構物毀壞數不勝數。面對地震災害，如何提高結構物抗震能力、減輕震害的受損程度，切實保障人民群眾生命財產安全，筆者認為將結構物抗震列入一個專門的課題來研究具有非凡的意義。據分析，受震害影響往往是由于地基土液化，在地震波驅動下產生縱向或橫向運動，使結構物基礎產生位移、傾覆、折斷，使建于其上部結構受力失衡，導致整座結構物解體、垮塌、斷裂。可見，做好基礎工程的抗震措施對提高結構物抗震能力非常重要。

2 地基與基礎震害

地震是地殼板塊運動的體現，災害發生時主要以地震縱波和橫波的方式釋放能量。在地震波巨大能量的驅動下地基土產生運動，對結構物的基礎產生水平位移和豎向位移，甚至由于土體的剪力下基礎發生斷裂、傾斜等震害。

2.1 地基土的液化

地基土的液化集中體現在砂土類土質的液化，由于砂土類土質塑性指數一般低于3。塑性指數越小，說明土的顆粒越粗，可塑的范圍越小，在外力的作用下砂土類地基土迅速發生液化現象，建于其內的結構物基礎隨之發生流動性的運動，對擴大基礎而言將發生震沉或水平位移，對樁基礎而言在地基土水平剪力的作用下容易發生傾斜甚至折斷，進而危及結構物的上部結構，擴大地震的損壞程度。

2.2 地基土發生擠壓變形

我國的地質構造比較復雜，一般而言，在豎直方向、密度較低的土層往往置于密度較高的土層之上，在褶皺巖層里土層甚至存在密度高低交錯現象；在水平方向的相臨區域，存在密度差異的土質更是多不勝數。在地震作用下，在相臨區域高密度土類一旦發生水平和豎向位移，運動的方向只能向低密度土類(如淤泥質等軟弱土體)進行，土體受擠壓產生變形，那么建于高密度土類上基礎發生震沉，而相反的，建于低密度土類上的基礎發生豎向上升。對于跨越兩種或兩種以上不同密度地基土的結構物，如大型橋梁，那么隨著基礎的上升或下沉、位移等震害，橋梁上部的梁體結構也相應發生錯臺、搓擠現象，最終導致梁體垮塌、折斷、拱起等震害。

2.3 地基土運動改變地下水位

地基土尤其是砂土類土層在震沉過程中發生液化，極大地擠壓了地下水的空間，地下水壓瞬間增大只得向上反滲，從而加速了砂土類土層的液化進程，在地下水的作用下，塑限指數較低的砂土類地基土整體性面臨崩潰，地基土失穩，進一步危及建于地基土內部的結構物基礎，在巨大的土層剪力下基礎容易發生平移、沉陷、傾斜、開裂、折斷等震害，最終影響整座結構物的安全性能。

2.4 基礎的其他震害

在地震短時間釋放巨大能量的過程中，上邊坡發生坍塌、泥石流等震害，對道路、橋梁、樓房產生的沖擊往往也是毀滅性的，其中包括上部結構和基礎結構，在土體的橫向推力作用下，上部結構垮塌、開裂、變形、傾覆，擴大基礎結構整體被推移、開裂、傾斜。樁基礎承臺、系梁的混凝土接口受力薄弱處斷裂等機械性損傷。

3 基礎工程的抗震措施

3.1 做好設計前期地質水文勘察工作

地質水文勘察是后續設計方案決策的重要依據。在開展地質鉆探的同時進一步對土質進行必要的試驗，土質試驗的項目有天然含水率、標準擊實試驗、CBR試驗、塑限、液限，土質變化較大時開展相對密度、顆粒分析、易溶鹽含量、有機質含量、凍脹量、膨脹量等試驗。

3.2 設計方案要做好風險控制

現行的結構物抗震設計規范有很多，包括公路工程、鐵路工程、公路隧道工程、水利水電工程、城市橋梁工程、建筑工程等建設領域。在設計滿足抗震要求的同時結合地質水文條件，對地質穩定風險較大的區域優先采用合理規避的措施，確實無法避免，設計方案應當采用樁基礎或沉井基礎等深層基礎，基礎周圍區域采取加固土體等抗震措施，全面提高基礎周圍土體的整體抗震能力[1]。

3.3 提高軟弱地基及可液化土地基的抗震性能

1)改善土的物理力學性質。對于軟土地基的處理，一是采取墊層和淺層處理，使用碎石、砂礫、石屑、礦渣、粉煤灰、拋石等穩定材料按照施工規定進行換填；二是采用粒料樁、粉噴樁、漿噴樁、水泥粉煤灰碎石樁等加固土體；三是采用化學加固法，如堿液加固法、電化學法、化學錨栓化等方法，改善土體的物理力學性質。不建議使用豎向排水體、真空預壓、地基隔離墻、強夯等，以排水、隔水優先，不以固結土體為目的方式。在地震災害面前此類方法由于土體的運動，整個地基連同基礎很容易瞬間瓦解。

2)采用深層基礎。所謂深層基礎包括樁基礎和沉井基礎，深層基礎的優點是直接穿透軟弱土層，利用土體與樁身的摩擦力或堅實巖層提供的端承力，直接支承上部結構的荷載。若非遭遇巨大的土體運動產生的水平剪力造成樁身折斷，此外足以應對地震的縱波震害。

3)減輕荷載、加大基礎底面積。通過減輕結構物的質量或者加大基礎底面積，減小單位水平面積的壓強，在提高結構物抗震穩定性能方面有一定程度的促進作用。減輕荷載，上部結構可以通過使用空心預制梁板，下部結構采用沉井深層基礎，對于擴大基礎和加大基礎底面積，減小單位水平面積的壓強，保障地基土能夠提供富余的承載能力，減輕地震的震害影響，從而提高結構物的抗震能力。

4)增大基礎埋置深度。在抗震區域，除巖石地基外，天然地基上的箱形和筏形基礎的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；高層建筑基礎的埋置深度應滿足地基承載力、變形、穩定性和抗震設計要求。擴大基礎、樁筏、樁箱基礎的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/18，位于巖石地基上的高層建筑，其基礎埋置深度應滿足抗滑、抗震的穩定性要求。

基礎必須埋置在地下水位以下時，應采取地基土在施工時不受擾動的措施[2]。當基礎埋置在易風化的巖層上，施工時應在基坑開挖后立即鋪筑墊層。當存在相鄰建筑物時，新建建筑物的基礎埋置深度不宜大于原有建筑基礎。當埋置大于原有建筑基礎時，兩基礎間應保持一定凈距，其數值應根據原有建筑荷載大小、基礎形式和土質情況確定。

3.4 基礎本身的抗震措施

基礎本身要提高抗震性能，一是在施工前做好地基承載力的檢測，確保地基有富余的承載能力，地基土能提供足夠的承載能力，地基土本身即有一定的抗震能力，才能保證建于其上的結構物基礎處于穩定的狀態；二是保證基礎本身的混凝土強度，只要地基土能提供足夠的承載力，周邊土體穩定，面對地震災害基礎才能不發生斷裂、解體等震害；三是提高土體運動最高剪力部位的配筋密度，比如豎向不同密度土層的分界部位、沖刷線部位、混凝土連結部位等，提高地震發生時最高剪力部位的配筋密度，可以有效抵抗最不利受力，從而達到最大程度的保障作用。

4 結束語

地震災害防御是地震發生前應做的防御性工作，對各種結構物進行相應的抗震設防，在設計前期充分做好地質水文勘察工作，全面掌握工程地質資料，適當跨越軟弱地基、采用高抭震的基礎或通過加固、提高地基的承載穩定能力，使其在破壞性地震中不損壞、不倒塌，這也是避免人員傷亡的關鍵，對人類防范地震災害起到積極的作用。

[ID:010044]