地基土构成与抗震要求确定建筑场地类别

（一）“试题”回顾

〖试题3.1.1〗建筑场地的类别划分（1998年）

在抗震设防地区，某建筑场地各土层的厚度h及剪切波速v_s如下：

表层土：h=2m，v_s=200m/s；

第二层土：h=10m，v_s=120m/s；

第三层土：h=2m，v_s=300m/s；

第四层土：h=4m，v_s=600m/s。

试指出该场地应属于下列哪种类别？

（A）Ⅰ类场地 （B）Ⅱ类场地 （C）Ⅲ类场地 （D）Ⅳ类场地

〖试题3.1.2〗建筑场地的类别划分（2000年）

某地上14层井字型平面的塔式高层住宅，为钢筋混凝土剪力墙体系。总高39.4m，层高除顶层层高为3.0m外，其余各层层高均为2.8m。屋顶局部设有小塔楼，地下设一层地下室。抗震设防烈度为7度。近震，地下水位在地面下3.0m。工程地基土的物理力学性能见表3.1.1。

已知场地覆盖层厚d_OV＞80m，根据本题表3.1.1计算平均剪切波速v_sm，并确定本工程建筑场地类别应属于下列何项所示？

（A）Ⅰ类 （B）Ⅱ类 （C）Ⅲ类 （D）Ⅳ类

表3.1.1 工程地基土的物理力学性能

注：灰色细砂为中密-密实，灰色粉质黏土为软塑-可塑。

〖试题3.1.3〗建筑场地的类别划分（2001年）工程所在场地的地基土的构成见表3.1.2。

表3.1.2 地基土的构成

若有抗震要求时，须确定其建筑场地类别。试问以下何项场地类别是正确的？

（A）Ⅰ （B）Ⅱ （C）Ⅲ （D）Ⅳ

〖试题3.1.4〗剪切波速和场地类别（2002年）

在抗震设防区内，某工程地基土层分布及其剪切波速v_s如图3.1.1所示。根据《建筑抗震设计规范》的有关规定，该场地土层的平均剪切波速v_sm和场地类别应为下列何项才是完全正确的？

（A）v_sm=125.7m/s，Ⅲ类场地 （B）v_sm=130.7m/s，Ⅲ类场地

（C）v_sm=203.2m/s，Ⅱ类场地（D）v_sm=211.2m/s，Ⅱ类场地

〖试题3.1.5〗～〖试题3.1.6〗（2003年）

图 3.1.1

已知某建筑工程场地地基土抗震计算参数见表3.1.3。

表3.1.3 某建筑工程场地地基土抗震计算参数

〖试题3.1.5〗等效剪切波速（2003年）

试问该场地土层等效剪切波速最接近于下列何项数值？

（A）94.67m/s （B）99.00m/s （C）106.26m/s （D）159.30m/s

〖试题3.1.6〗覆盖层厚度，场地类别（2003年）

根据表3.1.3所示及通过计算求得的正确土层等效剪切波速，试确定场地覆盖层厚度和场地类别，并指出下列何组答案的全部内容都是正确的？

（A）场地覆盖层厚度为35.70m，场地类别为Ⅱ类

（B）场地覆盖层厚度为35.70m，场地类别为Ⅲ类

（C）场地覆盖层厚度为67.20m，场地类别为Ⅲ类

（D）场地覆盖层厚度为89.30m，场地类别为Ⅳ类

〖试题3.1.7〗建筑场地的类别划分（2005年）

某工程抗震设防烈度为7度，对工程场地曾进行土层剪切波速测量，测量成果见表3.1.4。

表3.1.4 土层剪切波速

试问，该场地应判别为下列何项场地才是正确的？

（A）Ⅰ类场地 （B）Ⅱ类场地 （C）Ⅲ类场地 （D）Ⅳ类场地

〖试题3.1.8〗建筑场地的类别划分（2008年）

某建筑场地的土层分布及各土层的剪切波速如图3.1.2所示，土层等效剪切波速为240m/s，试问，该建筑场地的类别应为下列何项所示？

（A）Ⅰ类场地（B）Ⅱ类场地（C）Ⅲ类场地（D）Ⅳ类场地

图 3.1.2

〖试题3.1.9〗建筑场地的类别划分（2010年）

某多层框架结构厂房柱下矩形独立基础，柱截面尺寸为1.2m×1.2m，基础宽度为3.6m，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g。基础平面、剖面、土层分布及土层剪切波速如图3.1.3所示。

试问，建筑的场地类别为下列何项所示？

（A）Ⅰ类场地（B）Ⅱ类场地（C）Ⅲ类场地（D）Ⅳ类场地

〖试题3.1.10〗场地类别判定（2012年二级）

在抗震设防区内，某建筑工程场地的地基土层分布及其剪切波速v_s如图3.1.4所示。

图 3.1.3

试问，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010），该建筑场地的类别应为下列何项所示？

（A）Ⅰ （B） Ⅱ（C）Ⅲ （D）Ⅳ

（二）《规范》规定

1.土层的剪切波速

由前所述，场地土对建筑物震害的影响，主要取决于土的坚硬程度（刚性），土的刚性一般用土的剪切波速来表示，因为剪切波速是最能反映场地土动力性能的重要动力参数。故场地土可根据常规工程地质勘测资料，按剪切波速来进行分类。《建筑抗震设计规范》4.1.3条对土层剪切波速的测量有明确规定：

图 3.1.4

4.1.3 土层剪切波速的测量，应符合下列要求：

1 在场地初步勘察阶段，对大面积的同一地质单元，测试土层剪切波速的钻孔数量不宜少于3个。

2 在场地详细勘察阶段，对单幢建筑，测试土层剪切波速的钻孔数量不宜少于2个，测试数据变化较大时，可适量增加；对小区中处于同一地质单元内的密集建筑群，测试土层剪切波速的钻孔数量可适量减少，但每幢高层建筑和大跨空间结构的钻孔数量均不得少于2个。

3 对丁类建筑及丙类建筑中层数不超过10层、高度不超过24m的多层建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，按表4.1.3划分土的类型，再利用当地经验在表4.1.3的剪切波速范围内估算各土层的剪切波速。

表4.1.3 土的类型划分和剪切波速范围

注：f_ak为由载荷试验等方法得到的地基承载力特征值（kPa）；v_s为岩土剪切波速。

地表土层的组成通常较为复杂，只有单一性质场地土的情况是很少见的，所以一般场地土的类型可按土层平均剪切波速v_se来划分，土层平均剪切波速v_se一般是取地面以下20m且不深于场地覆盖层厚度范围内各土层剪切波速，按土层厚度加权的平均值，即《建筑抗震设计规范》4.1.5条式（4.1.5-1）的计算值。图3.1.5表示出式（4.1.5-1）的物理意义。

图 3.1.5

a）原来土层 b）折算土层

根据土层平均剪切波速v_se可从《建筑抗震设计规范》表4.1.3查得土的类型划分。

《建筑抗震设计规范》规定：

4.1.5 土层的等效剪切波速，应按下列公式计算：

v_se=d₀ /t （4.1.5-1）

式中 v_se——土层等效剪切波速（m/s）；

d₀——计算深度（m），取覆盖层厚度和20m两者的较小值；

t——剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；

d_i——计算深度范围内第i土层的厚度（m）；

v_si——计算深度范围内第i土层的剪切波速（m/s）；

n——计算深度范围内土层的分层数。

对丙、丁类建筑，当无实测剪切波速资料，也无法获得邻近地点实测数据时，亦可根据岩土性状，按《建筑抗震设计规范》表4.1.3规定近似划分土的类型。

2.场地覆盖层厚度

由前所述，震害一般随场地覆盖层厚度的增加而加重。从理论上讲，当下层波速比上层波速大得多时，下层可以当做基岩，从地表反射回来的地震波到达岩土界面时将向上反射，只有很小一部分能量向下透射，这个分界面的埋深就是所谓覆盖层厚度或土层厚度。但是实际地层的刚度往往是逐渐变化的，如果要求岩土波速比很大时才能当做基岩，覆盖层厚度势必定得很大，这对一般工程是难以行得通的。另一方面，由于使建筑物产生破坏的最主要原因是地震波中的中短周期成分，而深层介质对这些成分的影响并不很显著。基于这些考虑，《建筑抗震设计规范》规定：

4.1.4 建筑场地覆盖层厚度的确定，应符合下列要求：

1 一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层顶面的距离确定。

2 当地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土层剪切波速2.5倍的土层，且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定。

3 剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。

4 土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。

3.场地类别

《建筑抗震设计规范》4.1.6条提出；建筑的场地类别应根据场地土类型和场地覆盖层厚度划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类，其中Ⅰ类又分为Ⅰ₀、Ⅰ₁两个亚类。当有充分依据时可适当调整。确定场地覆盖层厚度时，应注意薄的夹砂层、砾石层或孤石不得作为基岩对待。4.1.6 建筑的场地类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按表4.1.6划分为四类，其中Ⅰ类分为Ⅰ₀、Ⅰ₁两个亚类。当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于表4.1.6所列场地类别的分界线附近时，应允许按插值方法确定地震作用计算所用的特征周期。

表4.1.6 各类建筑场地的覆盖层厚度（m）

注：表中v_s系岩石的剪切波速。

（三）算例

【例3.1.1】 确定场地类别（Ⅲ类）

条件：已知某建筑场地的地质钻探资料见表3.1.5。

表3.1.5 场地的地质勘察资料

要求：试确定该建筑场地的类别。

答案：（1）确定地面下20m范围内土的类型剪切波从地表到20m深度范围的传播时间：

(www.xing528.com)

等效剪切波速：v_se=d₀/t=20/0.134=149.3m/s

查《建筑抗震设计规范》表4.1.3等效剪切波速：v_se＜150m/s，故表层土属于软弱土。

（2）确定覆盖层厚度

由《建筑抗震设计规范》表4.1.1可知68m以下的土层为砾石夹砂，土层剪切波速大于500m/s，覆盖层厚度应定为68m。

（3）确定建筑场地的类别

根据表层土的等效剪切波速v_s＜150m/s和覆盖层厚度68m（在15～80m范围内）两个条件，查《建筑抗震设计规范》表4.1.6得该建筑场地的类别属于Ⅲ类。

【例3.1.2】 确定场地类别（无剪切波速资料）

条件：表3.1.6为8层、高度为24m丙类建筑的场地地质钻孔资料（无剪切波速资料）。

表3.1.6 场地的地质钻探资料

要求：试确定该场地类别。

答案：场地覆盖层厚度=20.7m＞20m，故取场地计算深度d₀=20m。本例在计算深度范围内有4层土，根据杂填土静承载力特征值f_ak=130kN/m²，由《建筑抗震设计规范》表4.1.3取其剪切波速值v_s＜150m/s；根据粉质黏土、黏土静承载力特征值分别为140kN/m²和150kN/m²，以及中密的细砂，由《建筑抗震设计规范》表4.1.3查得，它们的剪切波速值范围均在150～250m/s之间，现取其平均值v_s=200m/s。

将上列数值代入《建筑抗震设计规范》式（4.1.5-1），得

由《建筑抗震设计规范》表4.1.6可知，该建筑场地为Ⅱ类场地。

（四）模拟考题

[3.1.1] 某丁类建筑位于黏性土场地，地基承载力特征值f_ak=210kPa，未进行剪切波速测试，其土层剪切波速的估算值宜采用（ ）。

（A）v_s=170m/s （B）v_s=250m/s

（C）v_s=320m/s （D）v_s=520m/s

答案：（C）

根据《建筑抗震设计规范》第4.1.3条第3款表4.1.3的规定解答。

[3.1.2] 确定场地覆盖层厚度时，下述说法中不正确的是（ ）。

（A）一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离确定

（B）当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的土层，且其下卧岩土的剪切波速不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定

（C）剪切波速大于500m/s的孤石，透镜体可作为稳定下卧层

（D）土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除

答案：（C）

根据《建筑抗震设计规范》第4.1.4条第3款的规定解答。

[3.1.3] 关于等效剪切波速，下述说法中（ ）是正确的。

（A）等效剪切波速为场地中所有土层波速按厚度加权平均值

（B）等效剪切波速计算深度为覆盖厚度与20m两者的较小值

（C）等效传播时间为剪切波在地面至计算深度之间的实际传播时间

（D）等效剪切波速即加权平均剪切波速

答案：（B）、（C）

根据《建筑抗震设计规范》第4.1.5条的规定解答。

[3.1.4] 有甲、乙两个建筑场地，甲场地由两层土组成，第一层厚度为5m，剪切波速度为100m/s，第二层厚度为10m，剪切波速度为400m/s；乙场地也由两层土组成，第一层厚度为7.5m，剪切波速度为150m/s，第二层厚度为7.5m，剪切波速度为250m/s，甲、乙两个场地的等效剪切波速的关系为下列何项？

（A）二者相等 （B）甲场地大于乙场地

（C）乙场地大于甲场地（D）不能确定

答案：（C）

根据《建筑抗震设计规范》第4.1.4条2款及4.1.5条的规定解答。

[3.1.5] 计算土层的等效剪切波速时，下述说法中不正确的是（ ）。

（A）土层的等效剪切波速为计算深度与剪切波速在地面与计算深度之间的传播时间的比值

（B）土层的等效剪切波速为各土层剪切波速的厚度加权平均值

（C）当覆盖层厚度大于等于20m时，计算深度取20m，当覆盖层厚度小于20m时，计算深度取覆盖层厚度

（D）剪切波速在地面与计算深度之间的传播时间为剪切波速在地面与计算深度之间各土层中传播时间的和

答案：（B）

根据《建筑抗震设计规范》第4.1.5条的规定解答。

[3.1.6] 场地地层情况如下：

①0～6m淤泥质土，v_s=130m/s

②6～8m粉土，v_s=150m/s

③8～15m密实粗砂，v_s=420m/s

④15m以下，泥岩，v_s=1000m/s

其场地类别应为（ ）。

（A）Ⅰ类 （B）Ⅱ类 （C）Ⅲ类 （D）Ⅳ类

答案：（B）

根据《建筑抗震设计规范》第4.1.4条、第4.1.5条、第4.1.6条的规定解答。

（1）覆盖层厚度为8m，d_OV=8m。（第4.1.4条2款）

（2）计算深度取20m与8m二者的较小值，即d₀=8m。（第4.1.5条）

（3）等效剪切波速v_se：

（4）场地类别为Ⅱ类（《建筑抗震设计规范》表4.1.6）。

[3.1.7] 某场地地层资料如下：

①0～12m黏土，v_s=130m/s；

②12～22m，粉质黏土，v_s=260m/s；

③22m以下，泥岩，强风化，半坚硬状态，v_s=900m/s。

该建筑场地类别应确定为（ ）。

（A）Ⅰ类 （B）Ⅱ类 （C）Ⅲ类 （D）Ⅳ类

答案：（B）

根据《建筑抗震设计规范》第4.1.4条、第4.1.5条、第4.1.6条的规定解答。

（1）覆盖层厚度d_OV为22m（v_s＞500m/s土层顶面）。

（2）计算深度取20m与覆盖层厚度的较小值，d₀=20m。

（3）等效剪切波速v_se：

（4）场地类别为Ⅱ类。

[3.1.8] 在抗震设防地区，建设场地的工程地质勘察内容，除提供常规的土层名称、分布、物理力学性质、地下水位等以外，尚需提供分层土的剪切波速、场地覆盖层厚度、场地类别。根据上述内容，以下对场地的识别，（ ）是正确的。

Ⅰ.分层土的剪切波速（单位为m/s）越小，说明土层越密实坚硬

Ⅱ.覆盖层越薄，震害效应越大

Ⅲ.场地类别为Ⅰ类，说明土层密实坚硬

Ⅳ.场地类别为Ⅳ类，场地震害效应大

（A）Ⅰ、Ⅱ （B）Ⅰ （C）Ⅲ、Ⅳ （D）Ⅱ

答案：（C）

根据《建筑抗震设计规范》表4.1.3，土层剪切波速（m/s）越小，场地土越软弱；

根据《建筑抗震设计规范》表4.1.6，覆盖层越薄，场地土越坚硬，因而震害效应越小；

根据《建筑抗震设计规范》表4.1.6，当场地类别为Ⅰ类时，说明土层密实坚硬，当场地为Ⅳ类时，震害效应大。因此，题中Ⅰ、Ⅱ项为错误，Ⅲ、Ⅳ项为正确。

[3.1.9] 某场地地质勘察资料如下

①0～2.0m，淤泥质土，v_s=120m/s；

②2.0～25.0m，密实粗砂，v_s=400m/s；

③25.0～26.0m，玄武岩，v_s=800m/s；

④26.0～40.0m，密实含砾中砂，v_s=350m/s；

⑤40.0m以下，强风化粉砂质泥岩，v_s=700m/s。

则该场地类别为（ ）。

（A）Ⅰ类 （B）Ⅱ类 （C）Ⅲ类 （D）Ⅳ类

答案：（B）

根据《建筑抗震设计规范》第4.1.4条、第4.1.5条、第4.1.6条的规定，有：

（1）场地覆盖层厚度

①层与②层波速比为400/120=3.33＞2.5，但界面埋深为2m且④层v_s=350m/s＜400m/s，2m不能定为覆盖层厚度；应以强风化粉砂质泥岩顶面为覆盖层界面，但应扣除玄武岩层的厚度，因此，覆盖层厚度应取为（40-1）m=39m。

（2）场地等效剪切波速

因覆盖层厚度为39m，大于20m，取计算深度d₀=20m。计算深度范围内各土层厚度：d₁=2m，d₂=18m。计算等效剪切波速v_se：

v_se=d₀ /t=d₀Σ（d_i/v_si）=20/（2/120+18/400）m/s=324.3m/s

（3）场地类别

查《建筑抗震设计规范》表4.1.6，应划分为Ⅱ类。

[3.1.10] （2014年一级）

某高层钢筋混凝土房屋，抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，根据工程地质详勘报告，该建筑场地土层的等效剪切波速为270m/s，场地覆盖层厚度为55m，试问，计算罕遇地震作用时，按插值方法确定的特征周期T（s）取下列何项数值最为合适？

（A）0.35 （B）0.38 （C）0.40 （D）0.43

答案：（D）

根据《抗规》4.1.6条及条文说明（292页图7），按差值方法确定特征周期，查图为0.38；

根据《抗规》5.1.4条，罕遇地震+0.05，0.38+0.05=0.43，故选（D）