鄢兆倫 彭小波 李曙光 洪海春
江蘇省地震局,南京市衛(wèi)崗3號 210014
2017年8月8日21時(shí)19分,四川省阿壩州九寨溝縣(33.20°N,103.82°E)發(fā)生7.0級地震,震源深度20km。截至8月13日20時(shí),地震造成25人死亡,525人受傷,73671間房屋不同程度受損①四川日報(bào),2017,九寨溝地震致25死525傷,人員搜救工作基本結(jié)束。此次地震發(fā)生地區(qū)地處青藏高原東緣、巴彥喀拉地塊東北邊界,位于塔藏?cái)嗔?、岷江斷裂、虎牙斷裂交匯處②中國地震局地質(zhì)研究所,2017,對2017.8.8日四川九寨溝7.0級地震發(fā)震構(gòu)造的初步認(rèn)識。陳運(yùn)泰院士研究小組認(rèn)為,此次地震的發(fā)震斷層相當(dāng)于NW向的節(jié)面,主破裂尺度約30km,矩心深度約15km,主破裂持續(xù)時(shí)間約15s③中國地震局地球物理研究所,2017,用于核實(shí)九寨溝7.0級地震災(zāi)情的地震學(xué)結(jié)論。
中國地震局現(xiàn)場工作組在充分分析現(xiàn)場震害調(diào)查結(jié)果、遙感影像解譯、震源機(jī)制解及強(qiáng)震動(dòng)觀測資料等的基礎(chǔ)上綜合研判,確定了此次地震的烈度分布圖。此次地震等震線長軸呈NNW向,最大烈度為Ⅸ度,位于漳扎鎮(zhèn),面積139km2;Ⅵ度及以上區(qū)總面積18295km2④中國地震局官方網(wǎng)站,20170812,四川九寨溝7.0級地震烈度圖。
本文工作組沿國道G213、省道S301對松潘縣城至九寨溝縣的甘海子騎馬場等地進(jìn)行了震害調(diào)查。由于G213國道及S301省道大致呈NNE向,與此次地震烈度長軸方向斜交,因此,本工作組的調(diào)查路線穿越了此次地震的各烈度區(qū)(圖1)。本文對此次地震松潘至九寨溝各個(gè)烈度區(qū)的震害特點(diǎn)及相關(guān)問題進(jìn)行了分析和討論。
松潘縣城街道兩側(cè)建筑主要為 2~4層框架結(jié)構(gòu)(圖2),少數(shù)山邊建筑為磚木結(jié)構(gòu)(圖3)。據(jù)當(dāng)?shù)匕傩辗从?,地震時(shí)震感強(qiáng)烈,掛在墻外側(cè)的廣告牌及路燈等設(shè)施晃動(dòng)劇烈,磚木結(jié)構(gòu)房屋的門窗發(fā)出“嘎吱”的響聲,但未發(fā)現(xiàn)由地震造成的建筑及設(shè)施的損害。
位于松潘縣城鳳鳴橋街上的祥和惠民超市為3層框架結(jié)構(gòu),第1層為大開間超市,第2、3層主要是臥室和儲(chǔ)物間(圖4、5)。據(jù)店主反映,地震時(shí)他們正在第2層休息,震感強(qiáng)烈,窗戶玻璃晃動(dòng)劇烈,他們驚醒后跑到戶外。超市第1層貨架輕微晃動(dòng),但是貨物并未掉落,天花板和燈管晃動(dòng)不明顯,懸掛著的燈籠擺動(dòng)明顯,收銀臺上的貨物發(fā)生了較小的移位。該處居民反映的情況符合地震時(shí)建筑物反應(yīng)的基本特征,符合Ⅵ度區(qū)的震害現(xiàn)象。
距松潘縣城約3km的十里回族鄉(xiāng)主要建筑類型為磚木結(jié)構(gòu),震害明顯。十里回族鄉(xiāng)人民政府的受災(zāi)情況報(bào)告顯示,整個(gè)鄉(xiāng)有209戶磚木房屋出現(xiàn)輕微裂縫,個(gè)別房屋有瓦片掉落,高屯子村小寨子下瑪房后(32.709°N,103.606°E)出現(xiàn)寬度約2cm地裂縫。
圖2 松潘縣縣城街道
圖3 松潘縣山腳邊磚木房屋
圖4 祥和惠民超市
圖5 祥和惠民超市貨架
圖6 火燒屯清真寺
圖7 火燒屯清真寺內(nèi)墻裂縫
十里回族鄉(xiāng)火燒屯清真寺為一層磚木結(jié)構(gòu),面積約120m2。清真寺后面窗戶與上部木結(jié)構(gòu)相連接的墻體出現(xiàn)了約3mm的裂縫(圖6、7),北面墻體出現(xiàn)一條貫穿整個(gè)墻體的約2mm裂縫,輕微破壞。大溝村一戶2層磚木結(jié)構(gòu)(木柱與墻體基本無連接,墻柱共同承重)共出現(xiàn)了11條裂紋(包含1條地面地磚的裂縫),其中,3~4處裂縫貫穿墻體,由梁架往下延伸(圖8、9)。屋內(nèi)墻體涂料脫落,懸掛照片傾斜,桌椅輕微移動(dòng),達(dá)到中等破壞程度。此種結(jié)構(gòu)抗震性能較差,墻柱共同承重,但是柱子和墻體之間沒有連接,缺乏整體性,在地震作用下容易松垮。木質(zhì)屋頂與墻體之間也沒有連接,梁架砌筑在承重墻體中,依靠重力作用放置于墻柱之上,地震時(shí)易發(fā)生移位。
圖8 大溝村房屋內(nèi)裂縫
圖9 與圖8對應(yīng)的屋外裂縫
佑所屯清真寺,面積約420m2,第1層為用于聚會(huì)的大開間框架結(jié)構(gòu)(圖10),填充墻出現(xiàn)輕微裂紋。第2層以上為磚木結(jié)構(gòu),一面以6根木柱(直徑約30cm,高6m)承重(圖11)。地震造成柱體的漆皮掉落,并發(fā)生同方向約2cm的移位(圖12)。柱體與屋蓋卯榫連接,這是一種具有較好減震耗能效果的連接方式(徐超等,2013),故基本完好。寺外面的脆性巖體欄桿出現(xiàn)約2cm的斷裂縫(圖13),可能是不同高度的地震動(dòng)水平不一致造成的欄桿高低處位移差異而導(dǎo)致的欄桿脆性破裂。
圖10 佑所屯清真寺側(cè)后方
圖11 佑所屯清真寺正面
圖12 佑所屯清真寺立柱移位
圖13 佑所屯清真寺欄桿裂縫
川主寺鎮(zhèn)黑斯村有2戶磚木結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞。一戶墻體在2個(gè)窗戶相接處出現(xiàn)約3mm的裂縫(圖14)。此種類型的破壞一般是地震動(dòng)引起的應(yīng)力集中作用于墻體薄弱環(huán)節(jié)造成的(李碧雄等,2009)。因此,在設(shè)計(jì)、施工中需要加強(qiáng)窗戶連接處等薄弱位置的強(qiáng)度。另一戶窗戶下緣至墻角處出現(xiàn)多條裂縫,并且部分裂縫灰土脫落(圖15)。該處破壞位于接近地面的窗戶下口,可能是開窗過大導(dǎo)致窗戶下部承重墻抗剪能力減弱引起的。
圖14 黑斯村2個(gè)窗戶間墻體裂縫
圖15 黑斯村窗臺下墻體裂縫
川主寺鎮(zhèn)山巴鄉(xiāng)山巴寺的一幢磚木結(jié)構(gòu)寺房,屋檐瓦片掉落(圖16),廊房屋頂 “梭瓦”(圖17),具有類似的“鞭梢效應(yīng)”。磚木結(jié)構(gòu)一般未經(jīng)過抗震設(shè)計(jì),房屋延性弱,抗剪強(qiáng)度低,抗震性能較差(秦松濤等,2010),但是,該處建筑的連接處采用了扒釘加固,符合相關(guān)規(guī)程(中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,2008)。除掉瓦外,未發(fā)現(xiàn)其他震害現(xiàn)象。
川主寺鎮(zhèn)水晶鄉(xiāng)寒盼村多數(shù)房屋出現(xiàn)了裂縫。圖18為寒盼村一組53號磚木結(jié)構(gòu)房屋墻體連接處出現(xiàn)上下貫穿裂縫,表現(xiàn)形式為山墻與后墻的張性裂縫,主要是由于橫縱墻之間缺乏可靠的拉結(jié)(劉建達(dá)等,2012,鄭山鎖等,2016)。墻外窗戶角處出現(xiàn)的裂縫如圖19所示,同時(shí),該戶院子1.5m高圍墻出現(xiàn)多處裂縫。
從松潘縣十里回族鄉(xiāng)至川主寺沿線震害明顯,符合Ⅵ度區(qū)的震害特征。而在松潘縣城附近,建筑物未見明顯的震害現(xiàn)象,松潘縣城多為“5·12”汶川地震后新建的框架結(jié)構(gòu)類型房屋,抗震性能優(yōu)良;少數(shù)山邊房屋為木結(jié)構(gòu),地震時(shí)震感強(qiáng)烈,但無明顯的破壞。
圖16 山巴寺屋頂?shù)敉?/p>
圖17 山巴寺廊房梭瓦
圖18 寒盼村墻體連接處裂縫
圖19 寒盼村窗戶左下角墻體裂縫
九寨溝縣干海子社區(qū)一組53號(32.872°N,103.650°E)為1層14間的磚木結(jié)構(gòu)房屋,是九寨溝公路管理分局的便民服務(wù)點(diǎn)。全部房屋均出現(xiàn)了不同程度的裂縫,其中,最大裂縫超過了1cm。多數(shù)房間的連接墻體出現(xiàn)了貫穿性破壞裂縫(圖20、21),同時(shí),屋檐出現(xiàn)不同程度的掉瓦現(xiàn)象。該處房屋整體性也比較差,墻體與墻體之間沒有有效的連接。據(jù)居民李女士反映,地震時(shí)房屋晃動(dòng)強(qiáng)烈,她從床上驚醒,屋內(nèi)的電視機(jī)晃動(dòng)掉落,倚立在墻邊的木板傾倒,地震后房屋后面山體有落石滾落。距該處建筑約30m處的電信通訊信號塔基本未破壞,但地震造成信號塔供電中斷,工作停止。由強(qiáng)震記錄分析可知,加速度反應(yīng)譜在大于1s的中長周期部分只有幾個(gè)gal,甚至接近于0(王文才等,2017),中長周期的地震動(dòng)強(qiáng)度弱是信號塔完好的主要原因。
圖20 干海子社區(qū)一組53號外墻垂直裂縫
圖21 干海子社區(qū)一組53號內(nèi)墻垂直裂縫
南坪林場職工宿舍(33.224°N,103.740°E)為2層未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的磚砌體結(jié)構(gòu),第1層出現(xiàn)大量的“X”形裂縫和局部的倒塌(圖22)。第1層在上部第2層的重力和水平向地震動(dòng)的共同作用下,易出現(xiàn)“X”形裂縫,而第2層位于頂部,易出現(xiàn)“鞭梢效應(yīng)”類型的破壞。據(jù)職工楊先生介紹,地震時(shí)屋內(nèi)7人全部安全撤離,屋內(nèi)的電視機(jī)、櫥柜等傾倒掉落。距該建筑約20m的一層磚木結(jié)構(gòu)的小賣部出現(xiàn)垮塌(圖23),而在馬路對面的“5·12”汶川大地震后經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)僅出現(xiàn)墻面掉漆現(xiàn)象。可見,經(jīng)過抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)類型可以大量減輕建筑物在地震中受到的損害(周正華等,2008a;韋鋒等,2009)。
圖22 南坪林場職工宿舍
圖23 南坪林場小賣部
巖質(zhì)滑坡點(diǎn)(33.106°N,103.710°E)寬約 40m,高約 24m,坡度約 47°(圖 24)。滑坡體沖積到河谷,沖毀路基,大量樹木傾倒,初步估計(jì)滑坡體量約20萬m3(圖25)。隨著震中距的減小,滑坡的數(shù)量與規(guī)模逐漸加大。四川地區(qū)屬于強(qiáng)震區(qū),地震頻度大(陳國興等,2009),地形上高山峽谷,坡度大,在多次地震后巖體松動(dòng),易發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害(陳寧生等,2013)。
甲蕃古城(33.239°N,103.741°E)中建筑多數(shù)為框架結(jié)構(gòu),多數(shù)填充墻破壞嚴(yán)重,局部非承重構(gòu)建倒塌,酒店外墻裝飾及玻璃幕墻局部脫落(圖26、27)。圖26顯示的填充墻砌塊大多為礫石,只有少量磚塊,它們之間膠結(jié)較差,易松散。同時(shí),填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間沒有拉筋,與框架結(jié)構(gòu)缺乏整體性,破壞嚴(yán)重。
圖24 滑坡掩埋公路
圖25 大型滑坡
圖27 甲蕃古城酒店
從漳扎鎮(zhèn)往九寨溝景區(qū)崩塌數(shù)量和規(guī)模逐漸加大,損害嚴(yán)重。落石砸壞汽車和轉(zhuǎn)經(jīng)筒(圖28、29)。圖29顯示的崩塌垂直落差近200m,水平距離5~40m不等,崩塌巖石寬度40~150cm不等。對于這樣大型的崩塌,建構(gòu)筑物應(yīng)避讓足夠的安全距離。
圖28 九寨溝漳扎鎮(zhèn)崩塌
圖29 九寨溝火花海巖石崩塌
漳扎鎮(zhèn)朗寨村(33.305°N,103.816°E)一處框架結(jié)構(gòu)房屋柱梁錯(cuò)斷(圖30)。柱端混凝土剝落,主筋屈服外露,破壞嚴(yán)重,可能施工中鋼筋配置不足(呂偉榮等,2012)。圖31所示朗寨村磚木結(jié)構(gòu)房屋,第2層倒塌、毀壞。這種破壞現(xiàn)象與圖23顯示的南平林場小賣部破壞現(xiàn)象類似,邊側(cè)的墻體與整個(gè)建筑物的整體性較差,在地震作用下兩面墻體完全傾倒。
圖30 朗寨村框架柱端破壞(葉祖明組拍攝)
圖31 朗寨村磚木結(jié)構(gòu)房屋(葉祖明組拍攝)
漳扎鎮(zhèn)漳扎村3組一處單層磚木結(jié)構(gòu),橫墻與縱墻之間沒有有效的連接(熊立紅等,2008),南側(cè)一面墻體整體傾倒,嚴(yán)重破壞(圖32)。由這種破壞形式可見,水平沿縱墻方向地震動(dòng)較大。九寨溝售票大廳的磚混承重外墻出現(xiàn)典型的“X”形剪切裂縫,窗角應(yīng)力集中區(qū)域發(fā)生破壞,破壞嚴(yán)重(圖33)。以上的破壞以脆性破壞為主,這是由于建筑材料為磚石,具有很低的抗拉、抗剪和抗彎能力(周曉等,2013)。
從松潘至九寨溝建筑類型主要以磚木、磚混和框架結(jié)構(gòu)為主,僅有少量的土木結(jié)構(gòu),越接近震中區(qū),震害越顯著,符合一般震害規(guī)律。磚木、磚混建筑在類型上比較混亂,墻體、柱體等設(shè)置不合理,缺乏抗震設(shè)計(jì),普遍整體性較差,在此次地震中損害較重。框架結(jié)構(gòu)填充墻與結(jié)構(gòu)之間普遍缺乏拉筋,與結(jié)構(gòu)整體性較差,地震中框架結(jié)構(gòu)損害主要是填充墻體倒塌,極少數(shù)框架結(jié)構(gòu)垮塌(九寨天堂酒店)。因此,建議在建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)如構(gòu)造柱的頂端、墻體的連接處如橫縱墻連接處及填充墻與框架結(jié)構(gòu)之間設(shè)置加強(qiáng)筋,以提高結(jié)構(gòu)整體性;在窗角等應(yīng)力集中區(qū)域以及相鄰窗戶的墻體處提高材料強(qiáng)度?;潞捅浪饕性诰耪瘻暇皡^(qū)內(nèi),數(shù)量較多,由于地形地貌特征,其呈現(xiàn)出高位、角度大、體量大、沖擊距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。
沿省道S301進(jìn)入九寨溝縣后,沿途偶見小型滑坡和崩塌,建筑物數(shù)量急劇減少,僅在Ⅶ度區(qū)發(fā)現(xiàn)干海子社區(qū)一組的幾幢建筑,同時(shí),Ⅶ度區(qū)與Ⅷ度區(qū)(甲蕃古城)之間也幾乎沒有建筑物。這使得烈度評定工作增加了難度,工作組未能從建筑物震害方面確定Ⅶ度區(qū)與Ⅷ度區(qū)的分界點(diǎn)(線)。
圖32 漳扎村3組磚木結(jié)構(gòu)(毛利組拍攝)
圖33 九寨溝售票大廳(葉肇恒組拍攝)
根據(jù)震害基本情況,選取部分典型的震害點(diǎn),依據(jù)各級震害建筑的面積所占比例與其震害指數(shù)的乘積之和,得到平均震害指數(shù)(國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局等,2012)(表1)。其中,框架結(jié)構(gòu)只計(jì)算平均震害指數(shù),不參與該調(diào)查點(diǎn)的評定烈度。針對部分調(diào)查點(diǎn)框架結(jié)構(gòu)占建筑類型的絕大多數(shù)的情況,同時(shí)提高框架結(jié)構(gòu)的平均震害指數(shù)與磚混結(jié)構(gòu)的平均震害指數(shù)的可比性,使框架結(jié)構(gòu)震害指數(shù)的選取與磚混結(jié)構(gòu)一致,而破壞等級評定則較磚混結(jié)構(gòu)破壞等級的評定更嚴(yán)苛。
結(jié)果表明,各調(diào)查點(diǎn)的震害指數(shù)符合相應(yīng)烈度區(qū)的建筑物或地質(zhì)損害特點(diǎn);框架結(jié)構(gòu)震害指數(shù)在Ⅵ度、Ⅷ度區(qū)、Ⅸ度區(qū)分別為0、0.21、0.29,具有隨烈度增加而劇烈加大,但增加幅度減小的特點(diǎn)。不參與烈度評定的框架結(jié)構(gòu)類型的震害指數(shù)普遍小于相同烈度區(qū)磚木、磚混結(jié)構(gòu)類型的震害指數(shù),與廣泛認(rèn)識的抗震性能相符,因此,建議將框架結(jié)構(gòu)類型添加到參與烈度評定的結(jié)構(gòu)類型中來。
表1 典型震害點(diǎn)平均震害指數(shù)
本文調(diào)查的震害特征與中國地震局發(fā)布的烈度圖相吻合。松潘縣城至九寨溝漳扎鎮(zhèn),建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜,多種類型建筑并存。城鎮(zhèn)建筑抗震性能優(yōu)于農(nóng)村建筑,新改造區(qū)域的建筑抗震性能優(yōu)于未改造區(qū)域。例如,松潘縣羌寨村落——立殼村基本沒有震害,該處農(nóng)居內(nèi)部設(shè)立構(gòu)造柱和圈梁,外墻按照羌族的風(fēng)格裝飾,這樣既保留了民族特色,也提高了農(nóng)居抗震性能。同時(shí),該地區(qū)建筑的整體性普遍較差,大量磚木、磚混和框架結(jié)構(gòu)的主要承重部分與輔助承重部分或填充部分之間沒有有效的連接,常見非主要承重部分嚴(yán)重破壞。例如,山巴寺的木柱之間有簡易的扒釘連接,損害就輕很多,而沒有連接的墻體均出現(xiàn)不同程度的裂縫。建議相關(guān)部門繼續(xù)加強(qiáng)對建筑物抗震設(shè)防的管理,加大對抗震設(shè)計(jì)、施工的管理力度(非明倫等,2006),在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加強(qiáng)對建筑物整體性的要求。同時(shí),針對嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害隱患成立專門的調(diào)查組,仔細(xì)排查地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)并給出相關(guān)的治理意見。
由表1可見,本次現(xiàn)場震害調(diào)查中框架結(jié)構(gòu)數(shù)量較多。框架結(jié)構(gòu)的平均震害指數(shù)較磚木、磚混結(jié)構(gòu)的低,隨著烈度的增加,框架結(jié)構(gòu)的平均震害指數(shù)增加,但是增加的幅度逐漸減小。這主要是由于框架結(jié)構(gòu)抗震性能優(yōu)于磚混、磚木結(jié)構(gòu)。在Ⅵ、Ⅶ度區(qū)框架結(jié)構(gòu)可能基本完好,而磚混、磚木結(jié)構(gòu)可能輕微至中等破壞;在Ⅷ、Ⅸ烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)可能輕微破壞,而磚混、磚木結(jié)構(gòu)可能嚴(yán)重破壞甚至毀壞,如南平林場的磚木、磚混結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重至倒塌,而框架結(jié)構(gòu)僅僅出現(xiàn)掉墻皮掉漆現(xiàn)象。對于多層建筑物,結(jié)構(gòu)類型應(yīng)首選框架結(jié)構(gòu)(郭婷婷等,2010)?!吨袊卣鹆叶缺怼罚▏屹|(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局等,2009)規(guī)定,當(dāng)采用質(zhì)量特別好或者特別差的建筑以及采用低于或高于Ⅶ度抗震設(shè)計(jì)的建筑物作為評定烈度的依據(jù)時(shí),烈度評定的結(jié)果應(yīng)當(dāng)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,但沒有提供具體的調(diào)整方法,為經(jīng)驗(yàn)性的,這對于只有框架結(jié)構(gòu)的地區(qū)的烈度評定工作增加了難度。因此,建議增加用于評定地震烈度的建筑類型(現(xiàn)階段為3類),將現(xiàn)階段應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)類型,如框架結(jié)構(gòu)納入到評定烈度中來(周正華等,2008b),研究此類結(jié)構(gòu)的破壞等級與地震烈度間的定量關(guān)系。其次,建議相關(guān)單位建立建筑結(jié)構(gòu)類型、材料、年代等建筑屬性及與抗震設(shè)防情況相關(guān)的數(shù)據(jù)庫,以便評定地震烈度時(shí)參考。
沿圖1的調(diào)查路線方向上,由于建筑數(shù)量少,工作組未發(fā)現(xiàn)此次地震的Ⅶ度區(qū)與Ⅵ度區(qū)的分界點(diǎn)(線)。如何在建筑物數(shù)量稀少地區(qū)評定地震烈度,值得探究?,F(xiàn)階段,在建筑物缺乏情況下評定烈度主要是依據(jù)地表的破壞現(xiàn)象,如地裂縫、崩塌、滑坡等。采用地表破壞程度評定地震烈度時(shí)應(yīng)充分考慮地表地質(zhì)體、地形地貌等的具體特征,該工作綜合性強(qiáng),對調(diào)查人員的專業(yè)要求高,難度也較大。同時(shí),在四川這樣植被覆蓋良好的地區(qū),地表破壞明顯的地區(qū)烈度一般較高(如此次地震規(guī)模較大的滑坡、崩塌集中于Ⅸ度區(qū)),對于低烈度區(qū)的評定比較困難。因此,在建筑稀少地區(qū)調(diào)查震害,還應(yīng)參考地震動(dòng)的特性,結(jié)合地震動(dòng)模擬、Shake Map、震害預(yù)測等的相關(guān)研究,綜合確定烈度特征。
致謝:部分圖片和資料取自四川九寨溝7.0級地震中國地震局現(xiàn)場指揮部,衷心感謝四川省地震局周志華同志提供資料,感謝全體現(xiàn)場工作隊(duì)員的辛勤工作。