典型矿业城市建筑物抗震安全性能调查与分析—以铜陵市为例

谢瑞杰，管 斌，樊 冬，徐 强，洪 阳，汪树理

（1. 铜陵市地震局，安徽 铜陵 244000；2. 安徽省地矿局321地质队，安徽 铜陵 244000；3. 安徽省地震局，合肥 230031）

0 引言

矿业城市是指在某类矿产资源富集的区域，因为矿产资源的开发利用吸引和带动各类人群向矿区聚集，从而形成矿山社区，在此基础上逐渐演变成功能比较齐全的特殊城市[1]。矿业城市的矿产资源开发利用，为城市经济建设和社会发展提供了坚实基础，但同时也造成了一系列的矿山地质环境问题，严重影响城市建筑物抗震性能。铜陵地区矿产开采时期长、开发矿产种类多、开采规模强度大，因而，矿山生态环境破坏的规模强度大，引发的矿山生态环境问题严重[2]。本文以矿业城市铜陵为例，通过对铜陵市建筑物开展抗震性能普查，详细了解建筑物基本情况，分析典型的环境地质问题与地质灾害对建筑物的影响，并提出相关建议，对矿业城市抗震设防工作具有一定意义。

1 铜陵市地震背景

铜陵市位于安徽省中南部，长江下游。区域位于华北地震区的郯庐地震带和长江下游-黄海地震带内，断裂构造发育，境内有铜陵－南陵深断裂、铜-扬构造带，位于郯-庐深断裂带西北60 km。历史地震对铜陵影响烈度≥Ⅵ度的地震共有4 次，最大影响烈度为Ⅵ度。考虑到郯庐地震带和长江下游-黄海地震带未来活动趋势和活动水平，区域目前所处的活跃期还将持续一段时间，未来百年仍有发生中强地震的可能①（图1）。

2 城市建筑物普查情况

2.1 普查范围

铜陵市于2015年启动了全市建筑物抗震性能普查项目，2017年完成。普查范围包括铜官区23个社区、义安区12个社区、郊区大通镇、桥南办以及开发区，共调查了全市民用建筑物9 196栋，建筑面积25 685 646 m2（不含工业建筑）。

普查以幢为基本单位，对既有建筑的数量（幢数）、建筑面积、结构类型、房屋用途、所处位置、居住户数等基本情况进行全面排查。普查中根据建筑物抗震规范定性检查和完好程度，初步对既有建筑物按照A级、B级、C级、D级4个等级进行综合抗震安全评价（表1）。

图 1 铜陵市地震小区化图

表 1 城市建筑物抗震安全性能综合评价标准

2.2 建筑年代统计

根据国家《建筑抗震设计规范》修编年代不同导致抗震规范标准不同，普查按照以下几种年代区间 统 计：1979年 之 前；1980—1990年；1991—2002年；2003—2008年；2009年之后（表2）。

表 2 城市建筑物按建筑年代分类统计表

由表2可以看出，建筑物中绝大部分抗震性能较差和差的建筑物主要集中在1979年之前和1980—1990年之间，虽然多数建筑结构完整，但抗震措施不完备，且普遍存在腐蚀、开裂等现象；1990年之后的建筑物抗震性能评定为A级（好）的共有5 501栋，占1990年之后的建筑物总数的78.27%，这主要是由于中国在1990年以后对建筑抗震设计规划进行了修订，加强了对建筑物的抗震设防要求，因此1990年之后的建筑物抗震性能大大提高。

2.3 建筑物结构类型统计

此次普查的城镇建筑物中，砖混结构和框架结构的建筑物分别有5 773栋和2 399栋，建筑面积分别为1 127万m2和841万m2，分别占普查中城镇建筑物数量的62.61%和26.02%，普查面积的43.80%和32.69%，合计区域普查建筑物数量的88.63%和建筑面积的76.49%，为普查区域城镇建筑的主要结构形式（表3）。

表 3 城市建筑物结构类型分类统计表

抗震性能评价为C级和D级的城镇建筑物主要为砖混结构，抗震性能评价为差的城镇建筑物同样主要为砖混结构。这些建筑物多为城镇和社区内的散户住房，且多为1979年之前的建筑，许多没有采取抗震措施。即使有些建筑物采取了一定的抗震措施，但是由于年久失修，部分建筑物已经腐蚀开裂。框架结构、框剪结构、剪力墙结构以及钢结构的建筑物绝大部分抗震性能评价为A级和B级。只有框架结构的建筑物中有少量建筑物抗震性能评价为C级和D级，主要是业主对房屋结构进行了改建改造，破坏了房屋的整体性。

2.4 设防烈度统计

从表4中可以看出，按照设防烈度来统计，城镇绝大部建筑物为Ⅵ度设防的建筑，占整个普查城镇建筑的65.72%，面积也占普查城镇建筑总面积的78.93%，为主要的建筑类型；其次为不设防，占整个普查城镇建筑的22.74%，面积占普查城镇建筑总面积的7.91%，这一比例与建筑年代在1990年之前的比例较为接近，与当时缺乏抗震设计规范要求密切相关；还有部分设防烈度为Ⅶ度，占整个普查城镇建筑的11.54%，面积占普查城镇建筑总面积的13.16%。

表 4 城市建筑物按设防烈度统计表

3 城市建筑物安全性能存在的问题

铜陵是以矿山开发而逐步发展起来的典型矿业城市，因铜而兴、依矿建市，全市棚户区量大、点多、面广，棚户区建筑物安全性能值得关注。因矿山采掘活动强烈，加之所处地形地貌条件独特，产生了一系列非常严重的环境地质问题与地质灾害，地质灾害主要有滑坡、崩塌、泥石流、采空塌陷、岩溶塌陷（图2），对建筑物安全性能产生严重威胁。

3.1 棚户区

铜陵市棚户区房屋大多建于20世纪70、80年代，广泛分布在市区各处（图3）。2009年调查统计，全市成片棚户区共56处、3.92万户、187.5万m2，经几年棚户区和老旧小区改造，数量有所下降。棚户区以单层或二层砖木和砖混结构为主（图4），因房屋陈旧缺少维修，部分棚户区处于或靠近矿区，长期受开矿发炮震动影响，且没有消防通道，缺少必要的消防防火措施，乱搭乱建严重，安全隐患多，房屋整体抗震性能差。

图 2 铜陵市主要地质灾害分布图

图 3 铜陵市棚户区分布图

图 4 抗震性能较差的棚户区房屋

3.2 岩溶塌陷、采空塌陷

过去已发生过的地震事实表明，在岩溶发育区，当发生地震的烈度大于或等于Ⅶ度时，地表就有可能发生塌陷[3]。铜陵地区经多次构造运动，断裂较为发育，加之属于亚热带季风湿润气候，降水丰富，地下水动力作用强烈，场地的水文地质条件利于岩溶地层分布区的岩溶发育。采空区是指各种地下有用矿物开采后所留下的空间区域[3]。随着矿产资源及岩溶水资源被大量开采，岩溶塌陷日益频繁，尤其是一些矿山疏干排水引发了大规模的岩溶塌陷。众多的矿山及煤矿，导致采空塌陷较严重。岩溶塌陷和采空塌陷在塌陷处发生地裂缝和地面沉陷，导致房屋开裂，甚至整体坍塌，危及建筑物安全（图5），1989年铜陵小街地区发生岩溶塌陷造成0.51 km2范围内一千多户民房开裂、倾斜、倒塌，供水、供气管道断裂，铁路路基下沉影响铁路正常运输，几十家企业的生产受到影响，直接经济损失超亿元。

图 5 塌陷造成的房屋倒塌和墙体开裂

3.3 滑坡、崩塌

长期的矿山开采，废杂废料堆积，山区地形坡度陡，坡面碎屑物质丰富，植被稀少，特别是城市、工矿、交通等工程活动进一步诱发斜坡岩土体位移，加上皖南地区多雨，滑坡、崩塌以及泥石流地质灾害易发，严重威胁建筑物安全性能（图6）。

图 6 滑坡和崩塌威胁建筑物安全

3.4 软土震陷、砂土液化

铜陵市中心城区场地范围内长江冲积成因的粉细砂层大部分分布于长江漫滩地貌，长江漫滩、西湖湖积平原、顺安河、新桥河河谷平原分布有淤泥质粉质粘土，剪切波速vS≤150 m/s①① 马东辉，苏经宇. 铜陵市抗震防灾规划 (2013—2030)[R]. 2013.。据《铜陵市抗震设防区划综合性岩土工程地质研究报告》（铜陵市规划勘测设计研究院，1999），本场地内存在软弱土，有发生软土震陷的可能。地震砂土液化一般是指饱和松散的砂土，尤其是粉细砂，在地震动的作用下，砂土颗粒趋于密实重新排列，瞬间处于悬浮状态失去地基承载力的现象。砂土液化常常引起地面开裂，边坡滑移、喷水冒砂和地基不均匀沉降导致地基失效，造成上部结构破坏，对城市建筑物安全性能威胁较大。

4 总体评价

从普查结果来看，铜陵市城市建筑物抗震性能较好[4]。9 221栋城镇建筑物中有5 685栋抗震性能评价为好，占普查城镇建筑物数量的61.65%；有1 429栋抗震性能评价为一般，占普查城镇建筑物数量的15.50%；有406栋抗震性能评价为较差，占普查城镇建筑物数量的4.40%；有1 701栋抗震性能评价为差，占普查城镇建筑物数量的18.45%（表5）。

表 5 城市建筑物总体评价表

矿业城市在发展过程中存在大量棚户区，棚户区的部分建筑未进行抗震设防，许多建筑已经接近或超过了使用年限，抗震能力很低，棚户区建筑物存在重大安全隐患。以铜陵市为例，建筑物综合评价为D等级的基本为棚户区。

城市地质灾害隐患点处于动态变化，本文对铜陵市2019年城市地质灾害隐患点范围内建筑物进行了排查统计（表6）。从表6可以看出，滑坡和采空塌陷区建筑物C、D等级比例较大，值得关注。实地调查发现，滑坡地质灾害范围内的建筑物，大多是依山建造的散户住房，属于自建房，地基条件差，缺乏技术，房屋存在重大的安全问题。采空塌陷区存在老旧的厂房和职工宿舍，建造简单，房屋整体质量差。

表 6 2019年地质灾害隐患点范围建筑物统计表

5 对策建议

1）矿业城市棚户区存量比较大，对棚户区改造仍是矿业城市抗震设防工作的重点，对不符合抗震设防要求的建筑物，应按危险程度和重要性进行有计划地拆迁或抗震加固，充分发挥政府投入的社会效益，提高城市整体抗御地震能力。2）矿业城市存在大量的地质灾害，严重威胁建筑物安全。由于矿业城市发展的特殊性，地质灾害往往分布在城市的主要街道、道路、市区等人员集聚区。矿业城市要根据地震环境、场地环境、地质灾害分布等要素，科学开展土地利用防灾适宜性评价，规避潜在风险，为工程建设提供科学依据（图7）。3）对矿业城市现有地质灾害，要积极推进灾害点专业监测和群测群防监控体系建设，建立地质灾害预警预报体系，分步分期有序安排地质灾害隐患点的安全排查和工程治理。对处于灾害点范围内的危房或者抗震性能差的建筑物可采取搬迁等方式规避灾害风险。

图 7 铜陵市场地防灾适宜性分区