幾乎所有人都認為,採用了樁基礎,房屋抗震就萬事大吉。筆者覺得這是一個誤區。下面短文論述,供大家批准指正:

為了簡化問題,把模型簡單化,極端化:

地質條件:地形水平,15米厚的鬆散填土+花崗岩。波速:130m/s 、900m/s。——OK,Ⅲ類場地,Tg=0.45s。是不是不利地段,且不論——沒有突出地形,無須水平影響係數放大,設計並不關心。

房屋:高層多層均可、一層地下室,-5M深度。

基礎:嵌巖的小直徑樁。

Ⅲ類場地和0.45秒的週期既然確定,那麼來自地基土部分的地震影響係數的參數也確定——這說明了,水平地震的“策動力”,是由地層確定的,無關什麼基礎形式。簡單說,荷載來自覆蓋層。而不是說,用了樁基礎,地震荷載就會小。

再來說建築物如何抵抗地震力這塊,也就是抗力。抗力來自樁?承臺?地下室?還是上部結構?涉及阻尼比啊,嵌固端這些,這不是我的專業,並不大清楚。我僅就樁土體系這塊,來分析樁的受力,這塊作為岩土師,還是比較熟悉的。

常規豎向受力的時候,工程師是希望地下的結構體(樁、承臺、地下室),都和土緊密接觸,越緊密越好。這樣才能提供良好的側阻、側限,為豎向力服務,為了房屋更好“嵌入地球”服務。

地震力外的橫向力,往往施加於建築物上部,比如風荷載。這時候,樁土,包括其他側限土,都是以被動土壓力的方式抵抗來自房屋結構體的位移,抵抗橫向荷載,而土的被動力是很強大的。

當地震力來臨的時候,地震剪切波推動鬆散土,震動是很厲害啊。首選是由5-15米深度的樁周土、0-5米深度的地下室側限土“策動”。15米下的花崗岩震幅小,上面的建築結構剛度也很大,也還來不及震動。這時抗力和荷載,和風荷載狀況下顛倒。地震荷載來自原來的地基承載體,嵌巖樁端和上部結構成了抵抗的阻尼。是不是?

——風荷載的是外來的,首先施加於上部結構,然後樁、土、樁端嵌固岩石一起被動抵抗。

——地震荷載也是外來的,首先施工下部的樁土,然後上部結構和下部的樁端岩石,被動抵抗。

這個時候的嵌巖樁,對於抗震的有利是,他的震動相對很小,相對不動,所以是個抗力系統,有利於總體的抗震。

0-5米深度的土,主動震動,向地下室施加水平力;5-15米深度範圍的樁被土裹挾,主動震動。樁周土的動力模型也變了:在風荷載狀態下,被動抵抗樁的位移;在地震狀態下主動帶動樁的位移。巨大的被動力的保護沒有了,樁的模式就是一個失去了“握合力”的壓桿穩定。

那麼,問題來了:樁頂、底嵌固不動,樁土大幅度震動,如果樁又很弱小,會不會剪切破壞?

的確,目前地震災害的破壞調查中,樁的破壞是很少見,這也許是樁埋在地下,並不能為人觀察到的原因。

既然上部房屋能被破壞,下部的小樁且無橫向連接,為什麼不能破壞?

如果是斷樁破壞,不僅僅是水平破壞,也是豎向的破壞,建築物一下就失去了豎向承載力,就會傾覆。

由此可見,樁周全是軟弱土,樁端是岩石嵌固,這種極端狀態下的樁的抗震性能是很差的。還不如地基加固後的天然地基。淺層天然地基的震動模式是搖籃式的,房屋基礎和土的接觸面積大,只要不液化,地基失穩的可能性不大。

綜上所述,軟弱土+嵌巖樁的配設,容易導致樁基破壞,導致傾覆破壞。

我終於理解抗震規範編制者的苦心:把軟弱土列為不利地段,讓工程師們注意。