富民县位于昆明市西北部地区,地震地质条件较为复杂。据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》,该县辖区为抗震设防烈度达Ⅶ度(峰值加速度0.15g)及以上的地震易发区,43%的乡镇抗震设防烈度达Ⅷ度(峰值加速度0.20g),其中普渡河断裂带沿线的东村、款庄、散旦镇均位于Ⅷ度高烈度地震易发区。东村、款庄、散旦镇四面环山,地理位置特殊,镇内主要街道和人口密集区均毗邻普渡河断裂带,需加强建筑抗震设防宣传、教育及监管工作。
我国地震灾害频发,据调查显示,房屋倒塌是导致人员重大伤亡的直接原因,而房屋损毁所致经济损失占比高达85%—97%(王兰民等,2005)。通过查阅相关资料,发现针对富民县普渡河断裂带沿线房屋抗震能力的相关调查较少,为深入了解并提升沿线地区房屋抗震性能,对该区域房屋现状开展抗震能力调查工作显得尤为重要。
通过对富民县普渡河断裂带沿线房屋进行实地调查,收集当地典型建筑的结构特征数据,深入分析房屋抗震性能及地震灾害风险,针对现有抗震设防中存在的问题提出对策和建议,为提升研究区新建、改建房屋抗震设防水平提供科学依据,并为存量房屋抗震设防能力的改善提出可行性建议。
1 地震地质背景 1.1 区域地震构造及历史震情普渡河断裂作为云南省主要断裂之一,是一条贯穿昆明、玉溪地区的区域性活动断裂。该断裂起于四川省宁南,向南沿普渡河进入云南省,经禄劝、富民,沿滇池西侧达玉溪而止。在富民县辖区,该断裂贯穿东村、款庄、散旦等镇(图 1)。
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图 1 富民历史地震及断裂分布 Fig.1 Distribution of historical earthquakes and faults in Fumin County |
历史上,断裂带沿线地区曾多次发生中强地震。据史料记载,富民县曾发生3次5级及以上地震,最大地震发生在康熙四十年(公元1701年),震级M 5½。《雍正富民县志》对此次地震有详细记载:“康熙四十年岁辛巳地大震,城圮数十丈,西南山崩,黄尘蔽天,地裂出黑水,昼夜屡震,弥月方止”①。1927年11月,富民县再次发生M 5½地震,《云南省志·地震志》中记载:“富民房屋倒塌甚多,土主庙厢房山墙震裂,伤毙人口乡村田埂震塌”(云南省地方志编纂委会员,1999)。1986年10月7日,富民县发生MS 5.1地震,此为距今最近的一次破坏性地震,导致280余间房屋倒塌,30人受伤(图 1)(中国地震简目汇编组,1988)。在当前云南及滇东中强地震长期平静的背景下,必须高度重视富民县发生中强地震的危险性,切实加强抗震设防及地震灾害风险防范应对工作。
① 中国人民政治协商会议云南省富民县委员会.雍正富民县志校注. 2016.
1.2 区域抗震设防概况富民县辖区全区处于抗震设防烈度Ⅶ度(峰值加速度0.15g)及以上地震易发区,全县43%的区域,即普渡河沿线的东村镇、款庄镇、散旦镇3个乡镇位于Ⅷ度抗震设防区(地震易发区),在GB 18306—2015“中国地震动峰值加速度区划图”上,50年超越概率10%的场地基本地震动峰值加速度均为0.20g,特征周期均为0.45 s。根据富民县地震灾害风险普查成果,从地震危险性等级来看,普渡河断裂带沿线乡镇地震危险性等级相对较高(周青云等,2023)。
据周青云等(2023)在《富民县地震灾害风险普查成果技术报告》中提出的地震危险性分级方法,以年超越概率(100年超越概率1%)的地震动峰值加速度(以Gal为单位,100 Gal≈0.01g),将场地地震危险性分为4级(1级代表地震危险性最高,4级最低),富民县分别处于地震危险性2级区[360 Gal,600 Gal)和3级区[180 Gal,360 Gal),其中普渡河断裂沿线的东村镇、款庄镇、散旦镇均位于2级区(图 2)。
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图 2 富民县地震危险性等级分布(据周青云等,2023) Fig.2 Earthquake risk level map of Fumin County (Zhou et al, 2023) |
近年来,通过对富民县房屋建筑的实地调查,发现在该县普渡河断裂带沿线地震易发区域,有相当一部分房屋建筑的抗震能力较弱,难以有效抵御中高烈度地震的影响,地震灾害风险相对较高。
2.1 结构多元化经现场调查、资料收集等手段,富民县普渡河断裂带沿线城镇房屋建筑可细分为5类:砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构、木结构、其他结构(表 1),其中砌体结构占比约38%,钢筋混凝土结构占比约57%,钢结构占比约1%,其他结构占比约4%(图 3)。城镇房屋建筑以钢筋混凝土结构和砌体结构为主,占比约95%,抗震性能较好,而少数其他结构和无圈梁构造柱的老旧砖混结构房屋占比约5%,抗震性能较差。
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表 1 富民县普渡河沿线城镇房屋建筑结构统计 Table 1 Statistics of housing construction structures in towns along the Pudu river in Fumin County |
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图 3 富民县普渡河沿线城镇房屋结构比例 Fig.3 Proportion of urban housing structures along the Pudu river in Fumin County |
富民县普渡河断裂带沿线农村房屋建筑结构细分为7类:砌体结构、土木/土石结构、混杂结构、钢筋混凝土结构、钢结构、底部框架—上部砌体结构、其他结构(表 2),其中砌体结构占比约63%,土木/土石结构占比约11%,混杂结构占比约13%,钢筋混凝土结构占比约12%,其他结构占比约1%,钢结构和底部框架—上部砌体结构所占比例不足1%(图 4)。在农村房屋建筑中,砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构房屋占比约75%,抗震性能相对较好,而其他抗震性能相对较差的房屋占比约25%。
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表 2 富民县普渡河沿线农村房屋建筑结构统计 Table 2 Statistics of rural house construction structures along the Pudu River in Fumin County |
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图 4 富民县普渡河沿线农村房屋结构比例 Fig.4 Proportion of rural house structures along the Pudu river in Fumin County |
整体看,富民县普渡河断裂带沿线抗震性能相对较差的房屋建筑主要集中在农村,这些房屋多为土木/土石结构和混杂结构,一般未经抗震设计,而少数分布在城镇的房屋多为老旧砖混结构和其他结构。抗震性能较差的房屋(约25%)在抗震设防Ⅷ度高烈度区面临较高的地震灾害风险。
2.2 结构不合理在富民县普渡河断裂带沿线房屋建筑中,农村房屋占比高达96.8%,城镇房屋占比仅3.2%。农村房屋多由居民自行设计和建造,经验为主,缺乏专业技术指导,未纳入统一规划建设管理和设计施工监管体系。为追求外观美观和建筑面积,部分房屋忽视内部结构的合理性,导致结构混乱。一些老旧房屋还存在缺少构造柱及圈梁、纵横墙间距不合理、承重墙开门窗洞过大、二层以上悬挑尺寸过长等问题(冯然等,2024),严重削弱了房屋建筑的抗震性能,地震安全隐患较为突出。
据实地调查,城镇房屋中部分老旧建筑在追求美观外形和扩大面积的同时,忽视了建筑形体的规则性,采用大跨度悬挑等设计,导致建筑物的质心大幅偏离,形成薄弱层,进而降低了房屋抗震性能,使得房屋整体存在安全隐患。
2.3 施工质量差在普渡河断裂带沿线地震易发区内,部分房屋建筑施工质量差,对抗震性能产生直接影响,存在显著安全隐患。主要体现在:①建筑材料质量差。表现在:部分老旧房屋所用水泥标号过低;农房建筑多未使用预拌混凝土,自拌混凝土仅凭经验调配,且不进行强度性能测试;建筑钢筋未经“见证取样”抽检直接使用;砂浆和砌体质量不达标,部分农户新房建设过程中使用老旧砖石。②施工工艺质量差。表现在:建筑工匠业务水平参差不齐;施工流程为赶进度而简化;部分老旧房屋预制板与承重墙体搭接宽度不足;混凝土浇筑后振捣不充分、养护不到位;钢筋接头连接不规范,砌体施工未按要求预埋拉结筋等(冯然等,2024)。
3 对策及举措针对研究区内房屋建筑存在的安全隐患,提出以下建议,供富民县普渡河沿线地震易发区房屋设施加固工程及民房建设参考,旨在改善当地抗震设防水平。具体建议如下:
(1)政府主导,对既有房屋全面开展抗震安全隐患排查,精准掌握房屋安全隐患底数。对存在隐患的房屋进行安全鉴定,并进行分级分类处置:B级房屋进行修缮,C级房屋进行加固,D级危房拆除重建。
(2)依托地震易发区房屋设施加固改造、农房抗震改造、老旧小区改造、自建房专项整治、中小学校舍加固改造等一系列民生工程,从政府层面出发,对存在抗震安全隐患的房屋进行针对性帮扶,加快消除安全隐患房屋存量。
(3)积极开展农房示范工程工作。科学制定工作方案,组织专家指导农房示范工程实施。以示范户、示范区、示范村等多种形式实施农房示范工程评选,展示和推广良好的集中安置点运作模式和自然村建房管理方法(张海钧,2023)。在富民县赤鹫镇龙发新村地质灾害隐患点易地扶贫搬迁项目中,首次将减隔震技术用于云南省民居建筑。借此契机,应积极倡导并广泛宣传,激励农户采用减隔震等抗震新技术、新结构和新材料,提高房屋建设水准,提升建筑质量,增强抗震性能。
(4)加强对农村工匠系统性、专业性、多元化的培训(张海钧,2023)。例如:开展《房屋抗震加固设计导则》《房屋设施抗震加固工作指南》《高烈度区典型房屋建筑抗震加固设计案列》等技术文件的培训和学习;邀请专家和专业技术人员,从选址、选材、合理结构设计、施工技术、施工标准等多方面开展培训,提升农村工匠的专业能力和知识储备。
(5)加强政府引导和管理,积极推广先进技术和优质建材。建立管理制度,加强施工安全管理,与村镇行政管理现行体系相结合,充分发挥村委会的自治作用,调动村干部的积极性和责任心,并配以相应的巡察监管制度。参考富民县采用先进抗震材料的新建房屋,积极推广先进技术和优质建材,推动节能改造,重视结构设计,加大对农房标准图纸、图集的支持力度,引导专业设计单位和个人深入农村,建立普通农户与专业设计人员之间的桥梁,为农户自行委托设计农房建立客观基础(张海钧,2023)。
(6)加大抗震设防宣传力度。例如,开展关于避开活动断层合理选址、抗震材料科学应用、房屋抗震结构设计重要性等抗震设防宣传活动。既要提升居民对农房风险的意识,也要普及居民对抗震设防的认知。
(7)制定符合实际的技术指南和地勘报告。组织专家和技术骨干,编制适用于农房建设的房屋设施抗震加固工作指南,以及高烈度区典型房屋建筑抗震加固设计方案等技术指导文件。针对农村自建房规模小、基础浅的实际情况,探索并构建适于农村的地质勘查新模式。
4 结束语富民县作为川藏、滇北通往滇中重镇昆明的交通要塞,房屋的整体抗震性能和安全性不仅事关广大人民群众的生命财产安全,更是构建共同富裕背景下美丽乡村的重要环节。针对富民县普渡河断裂带沿线房屋现有问题采取有效措施,不仅能够提升房屋抗震性能,还能提高农房建设质量和结构安全性,对于建设美丽乡村和推动共同富裕进程具有重要意义。
冯然, 陈丽丽, 刘爱东, 等. 滁州市郯庐断裂带沿线地震易发区房屋设施抗震设防现状分析及对策研究[J]. 城市与减灾, 2024, 4: 17-23. |
王兰民, 陶裕禄, 袁一凡, 等. 中国地震安全农居示范工程综述[J]. 西北地震学报, 2005, 27(4): 305-311. |
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周青云, 庄儒新, 于江, 等. 富民县地震灾害风险普查成果技术报告[R]. 云南省地震工程勘察院, 2023: 36-37.
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张海钧. 杭州市在建农房抗震设防质量调研及对策[J]. 浙江建筑, 2023, 40(3): 59-62. |
中国地震简目汇编组. 中国地震简目[M]. 北京: 地震出版社, 1988: 154.
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