人为因素引起的抗震场地类别变化探讨

胡 晓

（广东省冶金建筑设计研究院有限公司 广州 510080）

0 引言

在抗震设计中，需要勘察单位提供有关抗震设计参数，一般包括抗震设防烈度、设计基本地震加速度、地震分组、场地类别、特征周期值等。根据国家标准《建筑与市政工程抗震通用规范：GB 55002—2021》、《建筑抗震设计规范（2016年版）：GB 50011—2010》［1］、《城市桥梁抗震设计规范：CJJ 166—2011》、《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范：GB 50032—2003》等规范要求，场地类别由土层等效剪切波速测试成果确定。勘察报告中由实测剪切波速确定的场地类别一般是基于勘察时的场地情况，与工程实施时的实际场地情况可能存在一定偏差，可能造成抗震设计不足或浪费的情况。

1 场地类别划分依据

上文所述4本规范中对于等效剪切波速的计算方式相同，场地类别的划分基本上大同小异。后文所引用两个工程均为建筑工程项目，因此以文献［1］内容为依据，等效剪切波速按以下公式计算：

式中：vse为土层等效剪切波速（m/s）；d0为计算深度（m），取覆盖层厚度和20 m 两者的较小值；t为剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；di为计算深度范围内第i土层的厚度（m）；vsi为计算深度范围内第i土层的剪切波速（m/s）；n为计算深度范围内土层的分层数。

场地类别根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按表1进行划分。

表1 各类建筑场地的覆盖层厚度［1］Tab.1 Thickness of the Overlay for Various Building Sites （m）

2 人为因素引起的场地类别变化案例

2.1 由挖方引起的场地类别变化案例

广州市黄埔区某工程钻孔剖面情况如图1⒜所示。该工程钻孔剪切波速测试结果：粉质黏土①层平均剪切波速值为246 m/s，砂质黏性土②层平均剪切波速值为288 m/s，强风化花岗岩③2层平均剪切波速值为413 m/s，中风化花岗岩③3层平均剪切波速值为725 m/s，中风化花岗岩③4层平均剪切波速值为883 m/s。因此ZK1位置场地覆盖层厚度为5.5 m，钻孔等效剪切波速值为321.32，ZK2 位置场地覆盖层厚度为6.3 m，钻孔等效剪切波速值为350.73 m/s，ZK3位置场地覆盖层厚度为6.1 m，钻孔等效剪切波速值为345.12 m/s。因此仅以勘察时而言，建筑场地类别为Ⅱ类。

图1 黄埔某工程钻孔剖面Fig.1 Section View of a Drilling Hole of a Project in Huangpu

后设计方案发生调整，该工程场地需整平至标高16.20±0.00 m，然后利用原钻孔对整平后的场地类别进行重新判别，届时钻孔剖面情况实际如图1⒝所示。

此时，ZK1位置场地覆盖层厚度为3.55 m，钻孔等效剪切波速值为382.59，ZK2 位置场地覆盖层厚度为4.64 m，钻孔等效剪切波速值为403.93 m/s，ZK3 位置场地覆盖层厚度为4.02 m，钻孔等效剪切波速值为407.72 m/s。因此整平后建筑场地类别为Ⅰ1类。

2.2 由填方、地基处理引起的场地类别变化案例

广州市番禺区某工程钻孔剖面情况如图2⒜所示，该工程钻孔剪切波速测试结果：素填土①1层平均剪切波速值为177，淤泥质土②1层平均剪切波速值为99 m/s，粉质黏土②2层平均剪切波速值为206 m/s，粉质黏土③层平均剪切波速值为28 m/s，强风化砂岩④2层平均剪切波速值为418 m/s，中风化砂岩④3层平均剪切波速值为693 m/s。因此XZK1 位置场地覆盖层厚度为19.2 m，钻孔等效剪切波速值为160.37 m/s，XZK2位置场地覆盖层厚度为18.6 m，钻孔等效剪切波速值为157.62 m/s，XZK3 位置场地覆盖层厚度为16.6 m，钻孔等效剪切波速值为164.01 m/s。因此仅以勘察时而言，建筑场地类别为Ⅱ类。

图2 番禺某工程钻孔剖面Fig.2 Section View of a Drilling Hole of a Project in Panyu

根据设计方案，该工程场地整平标高为13.90±0.00 m。整平后由于新增建筑物等因素，在此进场进行了补充勘察，期间对另两个钻孔进行了剪切波速测试，得到回填土的平均剪切波速值为188 m/s，因此基于填土后的情况，将以上钻孔XZK1、XZK2、XZK3 对整平后的场地类别进行重新判别，届时钻孔剖面情况实际如图2⒝所示，此时，XZK1 位置场地覆盖层厚度为24.89 m，钻孔等效剪切波速值为145.66 m/s，XZK2位置场地覆盖层厚度为24.43 m，钻孔等效剪切波速值为143.60 m/s，XZK3位置场地覆盖层厚度为22.75 m，钻孔等效剪切波速值为144.29 m/s。因此整平后建筑场地类别为Ⅲ类。

同时，以此工程为例，对地基处理对建筑工程场地类别的影响进行分析研究。假设本工程填方后的淤泥质土也进行堆载预压处理（实际该工程后采用了桩基，未进行地基处理）。此处参考邻近工程，附近某工程勘察时，场地已进行了堆载预压，其淤泥质土层经过处理后测得其等效剪切波速可达到126 m/s。代入该值后，XZK1 位置钻孔等效剪切波速值达到了162.58 m/s，XZK2 位置钻孔等效剪切波速值达到了161.41 m/s，XZK3 位置钻孔等效剪切波速值达到了161.71 m/s。实际上堆载预压对回填土、原地表填土均将产生加固作用，其等效剪切波速均将得到提升，因此地基加固后等效剪切波速值实际比上述值更大。假设填土整平后采用地基处理对场地土进行加固，场地类别将达到Ⅱ类。

堆载预压对场地土的加固相对均匀，因此钻孔等效剪切波速值具有较普遍代表性，其他地基加固方法，如水泥土搅拌桩、旋喷桩、碎石桩、预应力管桩等相对难以以某个钻孔的单一情况代表整个场地的加固情况，但地基加固对场地等效剪切波速的加强是毫无疑问的［2］。

3 分析论述

3.1 国内国际场地类别划分方法对比简述

通过覆盖层厚度及等效剪切波速划分场地类别是国内通俗做法，国际上包括美国、欧洲均未采用覆盖层厚度来确定场地类别［3］，美国、欧洲场地类别划分采用场地30 m范围内平均剪切波速为主，辅以标贯击数和不排水剪切强度等指标，将场地划分为A～F，或A～E、S1、S2 等种类，其是一种考虑多种影响因素的综合场地分类方法，对高黏性土层和可液化土层等特殊场地具有较好的适用性［4］；日本场地类别采用的是以场地土岩性的宏观描述或相应的场地周期为指标将场地划分为3类：硬土和基岩、一般土、软弱土，另外场地卓越周期通过十层剪切波速计算，深度采用30 m［5-6］。

总的而言，工程建设与科学技术水平、经济水平直接挂钩，各国规范都是基于其实际情况进行选择和逐步完善，我国建筑抗震设计规范已进行了7 次修订与更新，是基于大量工程建设经验和国内国情的选择［7］。相较而言，我国的地质条件相对于美国、欧洲更加多样化、复杂化，地震带的分布更广。针对建筑工程建设的场地类别划分方法，即覆盖层厚度及等效剪切波速双参数法，具有高实用性和指导意义［8］。

3.2 勘察设计中的注意事项

我国无论《建筑抗震设计规范（2016 年版）：GB 50011—2010》还是《建筑与市政工程抗震通用规范：GB 55002—2021》对场地类别位于边界线附近（相差±15%的范围）都有一定的规定，以上两个案例基本都在此范围内，但是不同的是，规范规定的是基于覆盖层厚度与等效剪切波速数值定义而言，可以扩展到地层起伏导致的覆盖层厚度变化及剪切波速测试的误差等等，可以建议设计人员采用插值法计算特征周期值［9］。但并未对场地的人为改变有相关规定，实际上工程建设中，常常会因为设计方案等对现有场地进行填挖方、地基处理等，改变了场地的覆盖层厚度、影响等效剪切波速值，进而影响场地类别的判定、及后续抗震设计参数的选取。因此可以理解为场地类别的判定不仅仅针对勘察时的状态，而是动态的，勘察设计时应予以重视［10］。

勘察时应充分搜集设计资料，了解设计意图，在场地类别的判定中，注意如场地平整中、地下室开挖引起的填挖方；由可能采用的地基处理方法导致的等效剪切波速变化。一般判定时，可基于现状勘察场地进行，但对于像上述案例一般的可能由人为因素引起类别变化的场地时，应进一步提醒设计人员可能发生的情况。设计时对于原有场地情况发生巨大改变的工程建设场地应有敏锐的嗅觉，不能盲目采用勘察报告基于原场地的判定结果，以防止抗震设计浪费或不足的情况，如今工程建设周期短、变化大，勘察作为前期工作往往与后续设计工作存在脱节的现象，勘察人员一般只针对勘察任务下达时的设计方案进行勘察和对应的评价，对后续设计方案的变化缺乏了解途径，设计时应与勘察人员保持沟通，对设计方案变化可能影响勘察结论的情况，应充分听取勘察人员的意见。尤其对于勘察、设计分别为不同单位时，建设单位或者建设管理单位应搭建好有效的沟通渠道，并听取各方的专业意见。

4 结语

我国规范采用的覆盖层厚度和土层等效剪切波速双参数法对于指导工程建设具有高适用性。工程建设中，填挖方、地基处理等人为因素可能导致场地类别变化。勘察时，应充分搜集设计方案，了解设计意图，当设计条件人为的大面积改变现状场地时，应进行复核，必要时在场地条件改变后补充现场波速测试试验，做出对应的场地类别判定，从而给出全面合理、经济安全的抗震设计参数和建议。设计应重视人为因素导致的场地类别变化，设计工作中与勘察人员保持有效沟通，采用合理的抗震设计参数，避免经济浪费或设计不足。