典型礦業(yè)城市建筑物抗震安全性能調(diào)查與分析—以銅陵市為例

謝瑞杰，管 斌，樊 冬，徐 強(qiáng)，洪 陽(yáng)，汪樹理

（1. 銅陵市地震局，安徽 銅陵 244000；2. 安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì)，安徽 銅陵 244000；3. 安徽省地震局，合肥 230031）

0 引言

礦業(yè)城市是指在某類礦產(chǎn)資源富集的區(qū)域，因?yàn)榈V產(chǎn)資源的開發(fā)利用吸引和帶動(dòng)各類人群向礦區(qū)聚集，從而形成礦山社區(qū)，在此基礎(chǔ)上逐漸演變成功能比較齊全的特殊城市[1]。礦業(yè)城市的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用，為城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，但同時(shí)也造成了一系列的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，嚴(yán)重影響城市建筑物抗震性能。銅陵地區(qū)礦產(chǎn)開采時(shí)期長(zhǎng)、開發(fā)礦產(chǎn)種類多、開采規(guī)模強(qiáng)度大，因而，礦山生態(tài)環(huán)境破壞的規(guī)模強(qiáng)度大，引發(fā)的礦山生態(tài)環(huán)境問題嚴(yán)重[2]。本文以礦業(yè)城市銅陵為例，通過對(duì)銅陵市建筑物開展抗震性能普查，詳細(xì)了解建筑物基本情況，分析典型的環(huán)境地質(zhì)問題與地質(zhì)災(zāi)害對(duì)建筑物的影響，并提出相關(guān)建議，對(duì)礦業(yè)城市抗震設(shè)防工作具有一定意義。

1 銅陵市地震背景

銅陵市位于安徽省中南部，長(zhǎng)江下游。區(qū)域位于華北地震區(qū)的郯廬地震帶和長(zhǎng)江下游-黃海地震帶內(nèi)，斷裂構(gòu)造發(fā)育，境內(nèi)有銅陵－南陵深斷裂、銅-揚(yáng)構(gòu)造帶，位于郯-廬深斷裂帶西北60 km。歷史地震對(duì)銅陵影響烈度≥Ⅵ度的地震共有4 次，最大影響烈度為Ⅵ度。考慮到郯廬地震帶和長(zhǎng)江下游-黃海地震帶未來活動(dòng)趨勢(shì)和活動(dòng)水平，區(qū)域目前所處的活躍期還將持續(xù)一段時(shí)間，未來百年仍有發(fā)生中強(qiáng)地震的可能①（圖1）。

2 城市建筑物普查情況

2.1 普查范圍

銅陵市于2015年啟動(dòng)了全市建筑物抗震性能普查項(xiàng)目，2017年完成。普查范圍包括銅官區(qū)23個(gè)社區(qū)、義安區(qū)12個(gè)社區(qū)、郊區(qū)大通鎮(zhèn)、橋南辦以及開發(fā)區(qū)，共調(diào)查了全市民用建筑物9 196棟，建筑面積25 685 646 m2（不含工業(yè)建筑）。

普查以幢為基本單位，對(duì)既有建筑的數(shù)量（幢數(shù)）、建筑面積、結(jié)構(gòu)類型、房屋用途、所處位置、居住戶數(shù)等基本情況進(jìn)行全面排查。普查中根據(jù)建筑物抗震規(guī)范定性檢查和完好程度，初步對(duì)既有建筑物按照A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)4個(gè)等級(jí)進(jìn)行綜合抗震安全評(píng)價(jià)（表1）。

圖 1 銅陵市地震小區(qū)化圖

表 1 城市建筑物抗震安全性能綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 建筑年代統(tǒng)計(jì)

根據(jù)國(guó)家《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》修編年代不同導(dǎo)致抗震規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不同，普查按照以下幾種年代區(qū)間 統(tǒng) 計(jì)：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類統(tǒng)計(jì)表

由表2可以看出，建筑物中絕大部分抗震性能較差和差的建筑物主要集中在1979年之前和1980—1990年之間，雖然多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)完整，但抗震措施不完備，且普遍存在腐蝕、開裂等現(xiàn)象；1990年之后的建筑物抗震性能評(píng)定為A級(jí)（好）的共有5 501棟，占1990年之后的建筑物總數(shù)的78.27%，這主要是由于中國(guó)在1990年以后對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)劃進(jìn)行了修訂，加強(qiáng)了對(duì)建筑物的抗震設(shè)防要求，因此1990年之后的建筑物抗震性能大大提高。

2.3 建筑物結(jié)構(gòu)類型統(tǒng)計(jì)

此次普查的城鎮(zhèn)建筑物中，磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的建筑物分別有5 773棟和2 399棟，建筑面積分別為1 127萬(wàn)m2和841萬(wàn)m2，分別占普查中城鎮(zhèn)建筑物數(shù)量的62.61%和26.02%，普查面積的43.80%和32.69%，合計(jì)區(qū)域普查建筑物數(shù)量的88.63%和建筑面積的76.49%，為普查區(qū)域城鎮(zhèn)建筑的主要結(jié)構(gòu)形式（表3）。

表 3 城市建筑物結(jié)構(gòu)類型分類統(tǒng)計(jì)表

抗震性能評(píng)價(jià)為C級(jí)和D級(jí)的城鎮(zhèn)建筑物主要為磚混結(jié)構(gòu)，抗震性能評(píng)價(jià)為差的城鎮(zhèn)建筑物同樣主要為磚混結(jié)構(gòu)。這些建筑物多為城鎮(zhèn)和社區(qū)內(nèi)的散戶住房，且多為1979年之前的建筑，許多沒有采取抗震措施。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，部分建筑物已經(jīng)腐蝕開裂?？蚣芙Y(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)的建筑物絕大部分抗震性能評(píng)價(jià)為A級(jí)和B級(jí)。只有框架結(jié)構(gòu)的建筑物中有少量建筑物抗震性能評(píng)價(jià)為C級(jí)和D級(jí)，主要是業(yè)主對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改建改造，破壞了房屋的整體性。

2.4 設(shè)防烈度統(tǒng)計(jì)

從表4中可以看出，按照設(shè)防烈度來統(tǒng)計(jì)，城鎮(zhèn)絕大部建筑物為Ⅵ度設(shè)防的建筑，占整個(gè)普查城鎮(zhèn)建筑的65.72%，面積也占普查城鎮(zhèn)建筑總面積的78.93%，為主要的建筑類型；其次為不設(shè)防，占整個(gè)普查城鎮(zhèn)建筑的22.74%，面積占普查城鎮(zhèn)建筑總面積的7.91%，這一比例與建筑年代在1990年之前的比例較為接近，與當(dāng)時(shí)缺乏抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求密切相關(guān)；還有部分設(shè)防烈度為Ⅶ度，占整個(gè)普查城鎮(zhèn)建筑的11.54%，面積占普查城鎮(zhèn)建筑總面積的13.16%。

表 4 城市建筑物按設(shè)防烈度統(tǒng)計(jì)表

3 城市建筑物安全性能存在的問題

銅陵是以礦山開發(fā)而逐步發(fā)展起來的典型礦業(yè)城市，因銅而興、依礦建市，全市棚戶區(qū)量大、點(diǎn)多、面廣，棚戶區(qū)建筑物安全性能值得關(guān)注。因礦山采掘活動(dòng)強(qiáng)烈，加之所處地形地貌條件獨(dú)特，產(chǎn)生了一系列非常嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問題與地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害主要有滑坡、崩塌、泥石流、采空塌陷、巖溶塌陷（圖2），對(duì)建筑物安全性能產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。

3.1 棚戶區(qū)

銅陵市棚戶區(qū)房屋大多建于20世紀(jì)70、80年代，廣泛分布在市區(qū)各處（圖3）。2009年調(diào)查統(tǒng)計(jì)，全市成片棚戶區(qū)共56處、3.92萬(wàn)戶、187.5萬(wàn)m2，經(jīng)幾年棚戶區(qū)和老舊小區(qū)改造，數(shù)量有所下降。棚戶區(qū)以單層或二層磚木和磚混結(jié)構(gòu)為主（圖4），因房屋陳舊缺少維修，部分棚戶區(qū)處于或靠近礦區(qū)，長(zhǎng)期受開礦發(fā)炮震動(dòng)影響，且沒有消防通道，缺少必要的消防防火措施，亂搭亂建嚴(yán)重，安全隱患多，房屋整體抗震性能差。

圖 2 銅陵市主要地質(zhì)災(zāi)害分布圖

圖 3 銅陵市棚戶區(qū)分布圖

圖 4 抗震性能較差的棚戶區(qū)房屋

3.2 巖溶塌陷、采空塌陷

過去已發(fā)生過的地震事實(shí)表明，在巖溶發(fā)育區(qū)，當(dāng)發(fā)生地震的烈度大于或等于Ⅶ度時(shí)，地表就有可能發(fā)生塌陷[3]。銅陵地區(qū)經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷裂較為發(fā)育，加之屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，降水豐富，地下水動(dòng)力作用強(qiáng)烈，場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件利于巖溶地層分布區(qū)的巖溶發(fā)育。采空區(qū)是指各種地下有用礦物開采后所留下的空間區(qū)域[3]。隨著礦產(chǎn)資源及巖溶水資源被大量開采，巖溶塌陷日益頻繁，尤其是一些礦山疏干排水引發(fā)了大規(guī)模的巖溶塌陷。眾多的礦山及煤礦，導(dǎo)致采空塌陷較嚴(yán)重。巖溶塌陷和采空塌陷在塌陷處發(fā)生地裂縫和地面沉陷，導(dǎo)致房屋開裂，甚至整體坍塌，危及建筑物安全（圖5），1989年銅陵小街地區(qū)發(fā)生巖溶塌陷造成0.51 km2范圍內(nèi)一千多戶民房開裂、傾斜、倒塌，供水、供氣管道斷裂，鐵路路基下沉影響鐵路正常運(yùn)輸，幾十家企業(yè)的生產(chǎn)受到影響，直接經(jīng)濟(jì)損失超億元。

圖 5 塌陷造成的房屋倒塌和墻體開裂

3.3 滑坡、崩塌

長(zhǎng)期的礦山開采，廢雜廢料堆積，山區(qū)地形坡度陡，坡面碎屑物質(zhì)豐富，植被稀少，特別是城市、工礦、交通等工程活動(dòng)進(jìn)一步誘發(fā)斜坡巖土體位移，加上皖南地區(qū)多雨，滑坡、崩塌以及泥石流地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)，嚴(yán)重威脅建筑物安全性能（圖6）。

圖 6 滑坡和崩塌威脅建筑物安全

3.4 軟土震陷、砂土液化

銅陵市中心城區(qū)場(chǎng)地范圍內(nèi)長(zhǎng)江沖積成因的粉細(xì)砂層大部分分布于長(zhǎng)江漫灘地貌，長(zhǎng)江漫灘、西湖湖積平原、順安河、新橋河河谷平原分布有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，剪切波速vS≤150 m/s①① 馬東輝，蘇經(jīng)宇. 銅陵市抗震防災(zāi)規(guī)劃 (2013—2030)[R]. 2013.。據(jù)《銅陵市抗震設(shè)防區(qū)劃綜合性巖土工程地質(zhì)研究報(bào)告》（銅陵市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，1999），本場(chǎng)地內(nèi)存在軟弱土，有發(fā)生軟土震陷的可能。地震砂土液化一般是指飽和松散的砂土，尤其是粉細(xì)砂，在地震動(dòng)的作用下，砂土顆粒趨于密實(shí)重新排列，瞬間處于懸浮狀態(tài)失去地基承載力的現(xiàn)象。砂土液化常常引起地面開裂，邊坡滑移、噴水冒砂和地基不均勻沉降導(dǎo)致地基失效，造成上部結(jié)構(gòu)破壞，對(duì)城市建筑物安全性能威脅較大。

4 總體評(píng)價(jià)

從普查結(jié)果來看，銅陵市城市建筑物抗震性能較好[4]。9 221棟城鎮(zhèn)建筑物中有5 685棟抗震性能評(píng)價(jià)為好，占普查城鎮(zhèn)建筑物數(shù)量的61.65%；有1 429棟抗震性能評(píng)價(jià)為一般，占普查城鎮(zhèn)建筑物數(shù)量的15.50%；有406棟抗震性能評(píng)價(jià)為較差，占普查城鎮(zhèn)建筑物數(shù)量的4.40%；有1 701棟抗震性能評(píng)價(jià)為差，占普查城鎮(zhèn)建筑物數(shù)量的18.45%（表5）。

表 5 城市建筑物總體評(píng)價(jià)表

礦業(yè)城市在發(fā)展過程中存在大量棚戶區(qū)，棚戶區(qū)的部分建筑未進(jìn)行抗震設(shè)防，許多建筑已經(jīng)接近或超過了使用年限，抗震能力很低，棚戶區(qū)建筑物存在重大安全隱患。以銅陵市為例，建筑物綜合評(píng)價(jià)為D等級(jí)的基本為棚戶區(qū)。

城市地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)處于動(dòng)態(tài)變化，本文對(duì)銅陵市2019年城市地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)范圍內(nèi)建筑物進(jìn)行了排查統(tǒng)計(jì)（表6）。從表6可以看出，滑坡和采空塌陷區(qū)建筑物C、D等級(jí)比例較大，值得關(guān)注。實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，滑坡地質(zhì)災(zāi)害范圍內(nèi)的建筑物，大多是依山建造的散戶住房，屬于自建房，地基條件差，缺乏技術(shù)，房屋存在重大的安全問題。采空塌陷區(qū)存在老舊的廠房和職工宿舍，建造簡(jiǎn)單，房屋整體質(zhì)量差。

表 6 2019年地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)范圍建筑物統(tǒng)計(jì)表

5 對(duì)策建議

1）礦業(yè)城市棚戶區(qū)存量比較大，對(duì)棚戶區(qū)改造仍是礦業(yè)城市抗震設(shè)防工作的重點(diǎn)，對(duì)不符合抗震設(shè)防要求的建筑物，應(yīng)按危險(xiǎn)程度和重要性進(jìn)行有計(jì)劃地拆遷或抗震加固，充分發(fā)揮政府投入的社會(huì)效益，提高城市整體抗御地震能力。2）礦業(yè)城市存在大量的地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅建筑物安全。由于礦業(yè)城市發(fā)展的特殊性，地質(zhì)災(zāi)害往往分布在城市的主要街道、道路、市區(qū)等人員集聚區(qū)。礦業(yè)城市要根據(jù)地震環(huán)境、場(chǎng)地環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害分布等要素，科學(xué)開展土地利用防災(zāi)適宜性評(píng)價(jià)，規(guī)避潛在風(fēng)險(xiǎn)，為工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)（圖7）。3）對(duì)礦業(yè)城市現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害，要積極推進(jìn)災(zāi)害點(diǎn)專業(yè)監(jiān)測(cè)和群測(cè)群防監(jiān)控體系建設(shè)，建立地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)體系，分步分期有序安排地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的安全排查和工程治理。對(duì)處于災(zāi)害點(diǎn)范圍內(nèi)的危房或者抗震性能差的建筑物可采取搬遷等方式規(guī)避災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

圖 7 銅陵市場(chǎng)地防災(zāi)適宜性分區(qū)