場(chǎng)地分界處設(shè)計(jì)特征周期修正的應(yīng)用

師華強(qiáng)，張 栩

（中冶地集團(tuán)西北巖土工程有限公司，陜西 西安 710119）

地震動(dòng)參數(shù)加速度Am和特征周期Tg等是建設(shè)工程通過(guò)抗震設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)防御地震破壞的重要量化指標(biāo)[1]。土層參數(shù)、場(chǎng)地條件對(duì)場(chǎng)地的地震動(dòng)參數(shù)有著重要影響。我國(guó)第五代地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖采用雙參數(shù)調(diào)整，基于Ⅱ類建筑場(chǎng)地，對(duì)地震動(dòng)峰值加速度和特征周期進(jìn)行了調(diào)整[2]。建筑場(chǎng)地類別的確定除對(duì)建筑抗震設(shè)防起著極其重要的作用以外，也對(duì)地震地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估、地震應(yīng)急中災(zāi)害預(yù)警有著重要的作用[3]。

現(xiàn)行規(guī)范依據(jù)場(chǎng)地類別與設(shè)計(jì)地震分組確定特征周期存在突變現(xiàn)象[4-6]。同為地震設(shè)計(jì)分組第二組的，Ⅱ類和Ⅲ類場(chǎng)地的特征周期分別為0.4s與0.55s。而實(shí)際場(chǎng)地地層可能是呈連續(xù)性變化的，場(chǎng)地條件接近，等效剪切波速也相近。由于剪切波速正好處于規(guī)范規(guī)定的界限處，場(chǎng)地類比劃分卻相差一個(gè)等級(jí)，導(dǎo)致特征周期相差較大，設(shè)計(jì)水平地震剪切力差距較大，從而影響工程造價(jià)。規(guī)范針對(duì)此類情況，規(guī)定了當(dāng)有可靠的剪切波速和覆蓋層厚度且其值處于場(chǎng)地類別的分界線附近時(shí)，允許按插值方法確定地震作用計(jì)算的特征周期。

1 工程概況

擬建場(chǎng)地位于陜西省咸陽(yáng)市渭城區(qū)窯店鎮(zhèn)，南距渭河約2.5km。地貌單元渭河左岸I級(jí)階地。擬建25～29層住宅樓?？碧缴疃仍?0m左右，場(chǎng)地內(nèi)土層主要組成如下。第四紀(jì)全新統(tǒng)（Q4）填土：以黏性土為主，土質(zhì)不均勻，結(jié)構(gòu)疏松，層厚為0.30～7.50m；沖積黃土狀土：堅(jiān)硬為主，局部硬，可塑，層厚0.40～4.80m；細(xì)砂層：稍濕，稍密～中密，厚度為2.60～11.40m；中砂層：濕～飽和，中密～密實(shí)，厚度為5.30～10.00m；粉質(zhì)黏土層：可塑為主，厚度為1.10～3.00m；上更新統(tǒng)（Q3）中粗砂層：飽和，密實(shí)，局部含有中細(xì)砂、礫砂，厚度為8.80～14.40m；等等。

2 數(shù)據(jù)資料

為確定建筑場(chǎng)地類別，在每棟單體高層建筑物的鉆孔中選取1個(gè)鉆孔進(jìn)行波速測(cè)試，共計(jì)9個(gè)鉆孔，測(cè)試深度0.00～20.00m，測(cè)點(diǎn)豎向間距1.00m。試驗(yàn)采用單孔檢層法，震源采用人工水平激振法，用RSM-24FD浮點(diǎn)工程動(dòng)測(cè)儀采集數(shù)據(jù)，筆記本電腦進(jìn)行系統(tǒng)控制。由于該場(chǎng)地地層均勻穩(wěn)定，單孔20m實(shí)測(cè)剪切波速差別較小，文章選取剪切波速數(shù)值差別最大的3個(gè)鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)，場(chǎng)地單孔實(shí)測(cè)剪切波速值如表1所示。

由場(chǎng)地實(shí)測(cè)剪切波速測(cè)試結(jié)果可知，由于本場(chǎng)地砂層比較厚，地面下20m深度范圍內(nèi)實(shí)測(cè)土層等效剪切波速vse為229.9～245.8m/s，250m/s。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016年版）表4.1.6，等效剪切波速150m/s＜vse≤250m/s，場(chǎng)地覆蓋層厚度3～50m時(shí)劃分為Ⅱ類；場(chǎng)地覆蓋層厚度＞50m時(shí)，劃分為Ⅲ類場(chǎng)地。Ⅱ類與Ⅲ類場(chǎng)地類別不同，修正后場(chǎng)地的特征周期不同。為了準(zhǔn)確判定場(chǎng)地類別需要查明改場(chǎng)地的覆蓋層厚度，因此，在場(chǎng)地中布置了80m深的鉆孔，做了80m剪切波速測(cè)試。0～20m測(cè)試間距為1m，20～60m測(cè)試間距為2m。測(cè)試儀器采用陜西省工程地震勘察研究院研制的RSM-JQV型井下測(cè)試探頭，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為中科院巖土力學(xué)所研制生產(chǎn)的RSM-24FD浮點(diǎn)工程測(cè)試儀，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 單孔實(shí)測(cè)剪切波速值

由圖1可知，83m處剪切波速＞500m/s，根據(jù)區(qū)域資料及現(xiàn)場(chǎng)其他鉆探揭示的場(chǎng)地地層情況，擬建場(chǎng)地內(nèi)地層分布連續(xù)，未發(fā)現(xiàn)有突變或錯(cuò)斷現(xiàn)象。場(chǎng)地內(nèi)及其周圍亦未發(fā)現(xiàn)其它不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害。擬建場(chǎng)地及其影響范圍內(nèi)無(wú)全新活動(dòng)斷裂帶分布，場(chǎng)地穩(wěn)定，判定場(chǎng)地83m以下剪切波速均＞500m/s。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016年版）4.1.4節(jié)，按地面至剪切波速＞500m/s且其下臥各層巖土的剪切波速均≥500m/s的土層頂面的距離確定，場(chǎng)地覆蓋層厚度取83m。綜合其他鉆孔的剪切波速結(jié)果，判斷該建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類。查《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016年版）附錄A，西安市設(shè)計(jì)分組為第二組，依據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015）8.2節(jié)，如表1可知，該場(chǎng)地修正后特征周期為0.55s。

表1 單孔實(shí)測(cè)剪切波速值

3 特征周期修正

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016年版）4.1.6條，當(dāng)有可靠的剪切波速和覆蓋層厚度且其值處于所列場(chǎng)地類別的分界線附近時(shí)，應(yīng)允許按插值方法確定地震作用計(jì)算所用的特征周期。規(guī)范條文說(shuō)明中解釋了分界線附近指的是相差±15%的范圍。該場(chǎng)地實(shí)測(cè)等效剪切波速vse為229.9～245.8m/s，滿足規(guī)范條件分界線相差±15%的范圍，可以使用插值方法確定場(chǎng)地的特征周期。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016年版）4.1.6條條文說(shuō)明圖7dov-vse平面上等值線圖，規(guī)范給出了在場(chǎng)地覆蓋層厚度dov和等效剪切波速vse平面上用等步長(zhǎng)和按線性規(guī)則改變步長(zhǎng)的方案進(jìn)行連續(xù)化插入，相鄰等值線的Tg值均相差0.01s。

擬建建筑場(chǎng)地20.0m深度范圍內(nèi)的等效剪切波速測(cè)試計(jì)算結(jié)果vse為229.9～245.8m/s，剔除填土厚度較大的異常值，場(chǎng)地平均等效剪切波速vse=242.85m/s。取最不利條件，場(chǎng)地等效剪切波速取vse為229.9m/s進(jìn)行插值。根據(jù)4.1.6條條文說(shuō)明圖7插入數(shù)值，場(chǎng)地的特征周期為0.49s（）。Ⅲ類場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震分組第二組特征周期為0.55s，為中間值（Ⅲ類場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震分組第二組場(chǎng)地特征周期范圍值是045～0.65s）。由此得知，擬建場(chǎng)地經(jīng)過(guò)插值方法確定地震作用計(jì)算所用的特征周期為0.49s。

4 結(jié)束語(yǔ)

在大型建構(gòu)筑物設(shè)計(jì)中，特征周期是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中確定反應(yīng)譜的重要特征參數(shù)，其對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)起到至關(guān)重要的作用，所以對(duì)特征周期合理取值的研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[7]。文章基于現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采用設(shè)計(jì)地震分組及場(chǎng)地類別劃分確定場(chǎng)地的特征周期，通過(guò)工程實(shí)例，采用差分法合理確定了場(chǎng)地的特征周期，對(duì)抗震設(shè)計(jì)及工程建筑投資起重要的作用。