盈江M_S5.9地震发生于盈江盆地的北部山地,苏典—盈江断裂与苏典—昔马断裂的交汇部位^①; 盈江M_S5.8地震发生于盈江盆地,苏典—盈江断裂与大盈江断裂的交汇部位^②。两次地震的参数见表1。

表1 盈江MS5.9和MS5.8地震的参数
Tab.1 Seismic parameter of Yingjiang MS5.9and MS5.8 earthquake

房屋破坏比的确定是震害调查的重要环节之一。对于中强地震,评定地震烈度的主要依据是各类房屋的破坏程度,即各类房屋的破坏比。

某类房屋各级破坏的破坏比,是被调查的某类房屋的某级破坏的数量与某类房屋的被调查总量的比值。盈江地震灾区有土木结构、砖木结构、砖混结构和框架结构四类房屋。

按照《地震现场工作第4部分:灾害直接损失评估》(GB/T 18208.4—2005)中房屋破坏等级划分标准,进行房屋破坏等级的划分。

对于简易房屋,即土木结构和砖木结构,将毁坏、严重破坏合并为毁坏,将中等破坏、轻微破坏合并为破坏,保留基本完好,共划分为3个破坏等级:

① 基本完好(含完好):土木结构房屋个别掉瓦或墙体细裂; 砖木结构房屋非承重构件轻微裂缝,不加修理可继续使用。

② 破坏:承重构件出现位移或倾斜; 土木结构和砖木结构房屋的非承重构件如围护墙体明显裂缝或严重开裂、甚至局部倒墙,普遍梭瓦或明显掉瓦。修理后可继续使用。

③ 毁坏:土木结构和砖木结构房屋二面以上墙体倒塌,屋架明显倾斜或倒塌,屋盖坍落或完全倒塌; 承重构件多数断裂或破坏严重,结构濒于崩溃。修理困难或无法修复。

对于非简易房屋,即框架结构和砖混结构房屋,将其破坏等级划分为5个:

① 基本完好(含完好):砖混及框架结构房屋非承重构件轻微裂缝,不加修理可继续使用。

② 轻微破坏:砖混及框架结构房屋个别承重构件轻微裂缝,非承重构件明显裂缝,不需修理或稍加修理可继续使用。

③ 中等破坏:砖混及框架结构房屋承重构件轻微破坏,局部有明显裂缝,个别非承重构件破坏严重,需要一般修理后方可使用。

④ 严重破坏:砖混及框架结构房屋承重构件多数破坏严重,难以修复。

⑤ 毁坏:砖混及框架结构房屋承重构件多数断裂,结构濒于崩溃或已倒毁,无法修复。

盈江M_S5.8地震的各种房屋破坏比M_S5.9地震的严重,特别是在极震区,相当数量的砖混和框架结构房屋严重破坏或毁坏。笔者着重介绍盈江M_S5.8地震中各种房屋的破坏情况。

(1)盈江M_S5.8地震中,框架结构房屋个别倒塌,少数严重破坏(承重构件断裂、墙体产生严重裂缝),部分填充墙局部倒塌、多数开裂、抹灰层普遍脱落。框架结构房屋的底层破坏严重。较典型的例子:① 盈江县城的永胜宾馆,是一座底层框架上部砖混的四层楼房。在地震时,由于垂直地震力和水平地震力的共同作用,底层塌落,彻底毁坏(图1); ② 盈江县城的天缘超市,是一座二(三)层楼的框架房屋,沿街的部分为三层,后半部分为二层。由于该楼重心前倾,地震中底层沿街部分的前排柱子在柱上部与梁的节点处,由酥裂、弯曲开始,慢慢倾斜折断,数分钟后楼房斜趴在地上,彻底毁坏(图2); ③盈江县星星佳园,框架结构房屋底层柱体的上端混凝土酥裂、钢筋弯曲外露(图3)。

图1 永胜宾馆底层坍塌
Fig.1 First floor of Yongsheng hotel collapsed

图2 天缘超市前倾坍塌在地
Fig.2 Forward tilt of Tianyuan Supermarket collapsed

图3 星星佳园框架房屋的柱子上部钢筋弯曲外露
Fig.3 Pillars of the upper frame house exposed steel bending in Xingxing Residential Quarter

图4 盈江县糖厂的三层砖混楼的底层严重破坏
Fig.4 Three-story brick building of Yingjiang Sugar Plant serious damaged to the bottom

(4)少数土木结构房屋倒毁,部分房屋出现墙体倒塌、屋架倾斜现象。其余房屋墙体普遍稍有倾斜、变形、开裂,梭瓦、掉瓦现象。穿斗木屋架土木结构房屋比没有木屋架,土坯(或夯冲土)

图5 玉锦公司三层砖混楼的一、二层坍塌
Fig.5 First and the second floor of a brick-concrete and three-story building of Yujin Company collapsed

图6 盈江县国土局砖混办公楼毁坏
Fig.6 Brick-concrete building of Yingjiang County Land Resource Bureau destroyed

(1)电力系统:变压器移位,电线杆倾斜、移位或下陷; 线路损坏; 用户电表损坏; 个别高压线塔和少数高压电气设备折断或损坏。

(2)交通系统:县乡道路路面开裂,路基下沉、开裂、塌方,挡墙开裂; 桥梁桥面、路基、桥拱开裂,护栏、挡块损毁; 涵洞开裂。

(3)通信系统:电视台接收发射设备发生倾覆、移位、接头拉断现象; 硬件播出系统、演播厅系统设备、摄像机、编辑系统设备受地震震动坠落、内部附件脱出、硬件出现故障; 城域网光纤、Epon接入点、用户接入电缆和长途光缆拉断,导致网络通讯一度中断; 干网传输设备、光发射机、光接收机、播出监看设备、用户放大器、机房空调、机房机柜不同程度受损。

(4)供排水系统及其它市政设施:管道拉裂,接头破坏; 阀门和配水支管道受损; 加压设备、加压车间和压力泵受损; 消防栓及配套设施损坏; 水厂处理池及其他设施受损; 市政道路开裂,公园路面开裂、围栏倒塌、湖心亭柱子破坏,绿化带、市政照明等设施损坏。

(5)水利工程结构:蓄水池、管网等开裂漏水,沟渠开裂、局部垮塌; 挡墙开裂、基础下沉。江堤路面开裂、下陷; 防洪站房、水文站房受损。

极震区地表开裂,砂土液化引起地面沉陷和大量喷沙冒水,贺哈村和附近江堤两侧出现大规模的喷沙冒水现象。在弄璋镇贺哈村一带,发育宽数百米,长数千米的地裂缝带。其中,沿大盈江南岸江堤公路分布的地裂缝规模及变形强度最大,该地裂缝长约3 km,宽1～40 cm,垂向落差可达40 cm。

地震造成的人员伤亡数量由有关部门在现场统计上报得到。

死亡是指因地震直接或间接致死,以及在地震灾害损失评估期间死亡的人员。重伤是需要住院治疗的伤员。轻伤是无须住院治疗的伤员。两次地震的伤亡人数差别很大,2011年M_S5.8地震的人员伤亡数比2008年M_S5.9地震大了很多(表2)。

表2 两次地震的伤亡人数(人)
Tab.2 Casualties of the two earthquakes

失去住所人口数是指因地震失去住所而在室外避难的人数。失去住所的人数T按下式统计计算:

T=(c+d+e/2)/a×b-f.(1)

式中,a表示户均居住面积; b表示户均人口; c表示所有住宅房屋的毁坏面积; d表示所有住宅房屋的严重破坏面积; e表示所有住宅房屋的中等破坏面积; f表示死亡人数。参数a、b、c、d、e、f由统计计算得到。对于简易房屋而言,破坏等级中的“破坏”就相当于非简易房屋中的“中等破坏”。

2008年盈江M_S5.9地震中,失去住所人数为99 480人 云南省地震局.2008.2008年8月20日、21日盈江5.0、4.9、5.9级地震灾害直接损失评估报告.。2011年M_S5.8地震失去住所人数为123 729人 云南省地震局.2011.2011年3月10日盈江5.8级地震灾害直接损失评估报告.。

两次地震的极震区的烈度均为Ⅷ度,但其烈度区的面积却有着较大的差别。两次地震各烈度区的面积见表3^①,②。

表3 两次地震各烈度区的面积(km2)
Tab.3 Area of intensity zone of the two earthquakes(km2)

在地震现场通过对各个调查点的各类房屋的破坏情况的调查,计算得出各类房屋的各级破坏的破坏比,列于表4云南省地震局.2008.2008年8月20日、21日盈江5.0、4.9、5.9级地震灾害直接损失评估报告.^, 云南省地震局.2011.2011年3月10日盈江5.8级地震灾害直接损失评估报告.、表5^①,②。从表4、5中可以看出,2011年M_S5.8地震的各类房屋的破坏比2008年M_S5.9地震更严重,特别是框架结构和砖混结构房屋。

表4 两次地震简易房屋的破坏比
Tab.4 Simple house damage ratio of the two earthquakes

表5 两次地震非简易房屋的破坏比
Tab.5 Non-simple house damage ratio of the two earthquakes

(1)震害积累

盈江县在2008年5.0、5.1、5.9级地震中屡遭破坏,县城处于Ⅵ度区,许多建筑物虽然破坏不太严重,但普遍存在“内伤”。2011年1月1日、1月2日、2月1日盈江地区分别发生M_S4.6、M_S4.8、M_S4.8小震,3月10 日再次遭受M_S5.8中强地震的破坏,震害的积累效应使得震害加重。在云南地区的历史地震中,震害的积累效应普遍而突出(姜葵等,1993)

(2)地基失效

盈江盆地是云南省8大盆地之一,沿大盈江断裂呈长条状分布,北东走向,属河流冲积盆地。盆地内主要发育第四纪及新近纪河流及湖泊沉积,地表以下20 m内主要为第四系冲积砂、粉质粘土和圆砾层。

发生M_S5.8地震后,盈江盆地内多处出现喷砂冒水,特别是大盈江江堤两侧多为松软的冲积砂和粉质粘土,导致地基下沉、失效,因而发生了建(构)筑物倾斜、下沉,严重开裂等震害加重的现象。

(3)覆盖层影响

盈江盆地的覆盖层较厚。基岩接受到的地震波相同,由于覆盖层的不同,地表反应也会大不相同。这是由于地震波携带的能量进入覆盖层后,在地表和强界面间形成多次反射,不易散失到基岩中。因此,地表的地震动将反应出场地的特征,而基岩面的埋深是控制因素,因为它决定了地震波来回反射的时间。覆盖层越厚,地震动的放大率越高,导致震害加重(施伟华等,2002,2003)。强震观测和理论研究表明,土层对地震动有放大作用,主要表现在地动位移幅度加大、震动持续时间增长等方面,尤其是软土层,这种影响更大。

(4)软土效应

盈江盆地的覆盖层中存在大量的软土。当地震波到达盆地时,由于软土与基底的波阻抗比不同,于是在软土与基底之间形成了波阻抗比很高的强界面,地震波在地表与强界面之间多次反射。在这一过程中,地震动被放大,加重了地面建筑物的震害。这一现象在云南的历次地震中屡次出现过(施伟华等,2002; 陈立德,赵维城,1979; 孙平善,1992)

(5)垂直地震力的影响

本次地震震中距盈江县城2 km,是城市直下型地震。地震发生时,建筑物的底层首先受到较大的垂直地震力,而水平地震力沿房屋的高度成倒三角形分布,底层受到的水平地震剪力最大,在这两个合力的作用下,最终导致底层破坏严重。M_S5.8地震中,垂直地震力对震害的贡献很突出,较典型的有:盈江县星星佳园,其框架结构房屋底层柱体的上端混凝土酥裂、钢筋弯曲外露就是垂直地震力作用的效果。盈江县糖厂的三层砖混结构办公楼,其底层的破坏比二、三层严重得多。底框结构的永胜宾馆,底层坍塌在地,造成整个楼房毁坏。

当地震动加速度不超过0.5 g时,a_v(竖向最大地震动加速度)总是小于a_h(横向最大地震动加速度),一般而言,a_v大约是a_h的1/2～2/3。当加速度最大值很大时(大于0.5 g),那么a_v接近等于a_h(胡聿贤,1988)。

(6)建筑材料抗震力弱

空心砖的相互黏结面积小于普通砌砖,因而其抗剪力降低,遭遇地震后,众多住房的空心墙体或者围墙倒塌,造成严重的人员伤亡和财产损失。M_S5.8地震中死亡的25人,其中有11人是由于空心砖房屋或者围墙倒塌压埋受伤致死。

(7)设计缺陷

部分房屋的设计存在缺陷。如平、立面布置不合理,构造措施不到位等原因造成了部分房屋的严重损坏。比较典型的如前述的永胜宾馆、天缘超市和玉锦公司。

以上所述的诸多原因,造成了盈江2011年M_S5.8地震的震害显著重于2008年M_S5.9地震,为了提高震区建(构)筑物的抗震性能,努力减轻地震灾害,根据震区震害特征,笔者提出以下建议:

(1)较厚的软土地基由于地震波持续时间比较长,对上部建筑的动力效应也将增大,研究场地条件对建筑物震害的影响,加强地震地质的勘察工作,判明震害轻重的地区、地段,搞好场地选择对建筑防震抗震具有重大的现实意义。对于必须建在软土地带的建筑物,应改变建筑物的基础形式,使用承重力大的桩基、箱基或伐基。

(2)液化地基和软土地基上的建筑物的长高比值较小时,可以增强建筑物的刚度,这对减轻因地基的不均匀沉陷导致建筑物的损坏有一定效果。如果条件允许,也可以采取更换地基土的方法以避免砂土液化。

(3)建筑材料是建筑物具备抗震能力的物质基础,不同的材料,具备着极不相同的抗震能力。因此,要从抗震的观念上,加快改革建筑材料。同时,根据不同基本烈度和不同工程对象,尽可能选用抗震性能较好的材料,淘汰或改良性能不好的材料。空心砖比实心砖粘接面积小,抗震能力低,不应再使用。

(4)对于容易遭遇近震作用的地区,在建筑物抗震计算设计时,必须考虑垂直地震作用的影响,特别要加强建筑物底层的抗震能力。不应再建造底层框架上部砖混的多层房屋。

(5)提高抗震概念设计水平,注意建筑物平立面的布局,加强构造措施,注意施工质量。

(6)云南省全面加强预防和处置地震灾害能力建设的十项重大措施实施以后,2011年盈江M_S5.8地震灾害中,当地政府的抗震减灾工作取得明显效益。灾区于2008年盈江M_S5.9地震后重建的中小学校舍地震安全工程和农村民居地震安全工程经受住了2011年盈江M_S5.8地震考验,全部保持完好。在下一步的恢复重建工作中,这些经验措施值得借鉴推广。