地震作为自然灾害之首,给人类社会带来了巨大的灾难。地震造成的建、构筑物及岩土震害严重威胁着人民群众的生命及财产安全。因此,科学地进行建筑场地选址,认真开展建(构)筑物抗震设防是提高建(构)筑物防震性能,减轻地震灾害,保障人民群众生命财产安全的重要手段。

甘肃省地处黄土高原,是一个经济欠发达、地震多的省份。对历史上记载的几十次中强地震震害统计结果表明,地震共造成甘肃数十万人伤亡和严重的财产损失,其中80%以上的震害及损失发生在农村地区。位于甘肃山区的少数民族地区,由于受到经济发展状况的制约,农居大多较为老旧,房屋建筑质量普遍较差,缺乏抗震措施。同时,由于这些地区多处于黄土高原梁峁沟壑区,地形地貌复杂,地震时容易造成滑坡、震陷和泥石流等岩土地震灾害,在历次地震中造成了较大的人员伤亡和财产损失(王兰民,林学文,2006; 王峻等,2005; 钟秀梅等,2012; 周光全等,2006)。因此,在这些地区,农村民房的抗震设防和加固改造问题显得尤为迫切。

笔者以甘肃南部山区的东乡族自治县为例,考虑到甘肃少数民族山区农居的实际情况,在实地调查和科学分析的基础上提出造成农居震害的主要原因和农居震害防御的主要技术措施,对于防止和减轻甘肃省少数民族地区农居震害,保证少数民族群众的生命财产安全具有重要的意义。

东乡族自治县境四面为河流和沟壑,境内山峦起伏,沟壑纵横,绵延叠嶂。地貌属切割破碎的黄土地貌,山坡陡峭,切割较深,山体坡度一般在30°～70°之间,主要有黄土斜梁状丘陵、黄土梁峁丘陵、河谷阶地、川塬台地4种地貌类型(东乡族自治县地方史志编纂委员会,1996)。

东乡族自治县位于青藏高原北部地震区,南北地震带兰州—通渭地震亚带的向西延伸部位,是甘肃南部的地震高发区之一。县内发生的较大地方性地震有1590年7月7日的永靖—东乡6级地震(袁道阳等,2007)。此外还受到发生在邻区的金城—陇西6级地震等8次地震的波及,县境大部分位于Ⅴ～Ⅶ度烈度区,造成民房倒塌,人员受伤,受灾较为严重(袁道阳等,2004)。

通过查阅地震、地质灾害资料,考虑东乡县不同乡镇的经济发展水平,选定调查点进行现场调查,调查点分布如图1所示。

图1 研究区及现场调查点分布
Fig.1 Location distribution of the study area and field survey places

图2为东乡族自治县不同乡镇主要农居类型及其数量的统计结果。由图可知,所有调查点农村民居均以木柱土坯房为主,除锁南镇外,其余调查点木柱土坯房所占比例超过了70%,砖柱土坯房也占了较大的比例。砖木结构和砖混结构房屋大多在公路沿线,且多为2000年后新建的房屋。

图2 东乡族自治县主要农居类型的数量
Fig.2 The number of major rural houses types in Dongxiang Nationality Autonomous County

图3为东乡族自治县不同年代建造的农居所占的比例。由图可知,研究区农村民居建造的年代以20世纪八九十年代居多。结合图2以及对不同建造年代农房用途的调查结果,除东塬乡外,其余4个调查点70年代建造的房屋约占20%,这类房屋也以土木结构为主,除部分偏远山村的贫困户住人外,大多数作存储粮食和畜舍用; 70年代以前修建的房屋主要用作畜舍; 2000年以后新建的房屋以公路沿线村社居多,多为砖混结构的平房或3层以下楼房,这类房屋所占的比例在一定程度上反映了调查点的经济水平,经济较为发达的锁南镇所占比例达到了10%,而位于经济发展水平落后、交通相对不便的百和乡,砖混结构房屋所占比例仅为1.15%。

表1为不同类型农居建筑材料的主要类型和来源的调查统计结果。由表1可知,为了节约建筑成本,农村民居建造所使用的建筑材料大多取自当地,部分农居修建时建筑材料使用了从旧房上拆取的废料,农居中所占比例最大的建筑材料——土坯的制备工艺不一,制备质量较差。建筑材料来源和使用的不规范在一定程度上削弱了农居的抗震性能。

图3 东乡族自治县农居的建造年代
Fig.3 Construction ages of rural houses in Dongxiang Nationality Autonomous County

表1 不同类型农居的主要建筑材料和来源
Tab.1 The main building materials of different types of rural houses and their sources

研究区主要的农居类型如图4所示。根据图2

中的统计结果,研究区内所有的农居建筑形式中,土坯房(砖柱土坯房、木柱土坯房)所占的比例超过了70%,因此土坯房为研究区农居的主要建筑形式。此外,砖木结构平房、砖混结构平房和三层以下的砖混结构楼房是近年来新建农居的主要形式。

根据现场调查和对该地区历次地震震害统计结果,总结研究区农村民房震害的主要原因如下(李德荣等,1987; 王生荣,曹凯,1987; 崔自治等,1997; 贾冠华等,2011):

(1)建筑场地选择不当。受地形条件制约,研究区部分村社将民房地基选在坡度较大的山沟里,部分房屋建在斜坡上(图5a),或半挖半填的山坡上,还有部分房屋建造时对周围的斜坡进行人工开挖,减弱了斜坡的稳定性。一旦发生破坏性地震,就会造成有斜坡失稳、滑坡导致的民房受损甚至破坏。

(2)民房基础处理不好。受建筑材料缺乏和经济水平的影响,研究区部分房屋在建造时不做基础,直接从地面砌墙,或者基础的埋置深度很浅,大大削弱了房屋的整体抗震性,加重民房

图4 研究区主要的农居建筑形式
(a)木柱土坯房;(b)砖柱土坯房;(c)砖木结构平房;(d)砖混结构平房;(e)砖混结构二层楼房
Fig.4 The main architectural forms of rural houses in study area

(d)horse with brick-concrete structure;(e)two stored building with brick-concrete structure

震害。此外,民房地基土多为湿陷性黄土,具有极强的湿陷性和震陷性,流水侵蚀造成的湿陷以及地震作用下的震陷极大的削弱了地基的承载力,并会产生不均匀沉降,从而导致民房破坏。

(3)墙体质量差。土坯房在打土坯时没有严格选土,制作质量差,制成的土坯强度较低; 部分砖、木从旧房拆取,因使用年限较长,强度大大衰减; 部分墙体砌筑时不咬槎立砌,接头处均为通缝(图5b); 夯土墙为多段夯筑,互不咬接或拉结不好,整体性极差。在地震作用下墙体破坏严重。

图5 农村民居建筑场址选择不当(a)及
墙体砌筑工艺不合理(b)
Fig.5 Improper selection of the building site of

walls is not rational(b)

(4)屋盖整体刚度弱。墙体与木屋盖的梁柱椽檩之间连接不好,外墙屋盖处无圈梁设置,地震时易使屋盖系统散架塌落。

(5)屋面过重。土平房、土木结构及部分砖木结构房屋的屋顶在修缮的过程中由于逐年撒土或抹草泥,造成屋面土或草泥越来越厚,荷载越来越重,致使地震作用增大,从而造成房屋倒塌。

(6)砖柱土坯墙震害较重。这类墙体用两种材料砌筑而成,其刚度和变形能力均不相同,房屋整体性差,地震时破坏较重。

根据现场调查结果和历次地震的震害统计结果得出,由于地形条件和土质条件的影响,研究区内的岩土地震、地质灾害以滑坡为主。该地区黄土梁、峁相间,季节性河流、冲沟分布较多,黄土层较为疏松,黄土与下部透水性较差的红砂岩及泥岩之间极易产生裂缝而形成滑动面,且斜坡坡角多为45°以上,是典型的滑坡频发区(罗东海等,2010; 董治平,2011)。统计资料表明,1983年3月7日发生的果园乡洒勒山大滑坡(图6),是由基岩红粘土滑动带动上覆黄土滑动的整体基底式滑坡,滑坡体4 000多万立方米,波及9个行政村,共死亡220人,摧毁民房555间,损失十分惨重。2011年3月2日,县城锁南镇发生大滑坡,滑坡区南北纵长约100 m,东西宽约70 m,高约50 m,滑坡土方量达20余万立方米。滑坡导致县城东西大街至撒尔塔文体广场,长370 m、宽100 m区域内的地面建筑物出现不同程度的倾斜、开裂、地面下陷,或成危房; 供水、供暖、排水设施和道路、电网受到不同程度的损毁,虽未造成人员伤亡,但灾害损失巨大(付东林等,2012)。此外,对历史地震的考证结果表明,1125年兰州西7级地震造成了汪集镇池沟村、锁南镇对巴山村等大型滑坡24处,导致数百人死亡和大量的农居倒塌,现今多数村庄仍重建在滑坡体之上

图6 洒勒山滑坡
Fig.6 Landslide of Sale Mountain

综上所述,由于研究区斜坡坡角较大,土质疏松,因而在地震作用下极易产生滑坡灾害。研究区在不同强度地震作用下滑坡震害的主要特征为:小震作用下不产生滑坡,仅可能出现局部滑塌、土石掉块等现象; 中强震作用下,研究区内山前、塬边及冲沟边缘可能出现滑坡,规模一般较小,塬边及冲沟边缘地面开裂,使得斜坡稳定性降低,从而在降雨、冻融等因素作用下产生地震诱发滑坡; 强震作用下,研究区内黄土陡坡的前缘可能产生较密集、连续分布的滑坡,罕遇地震作用下,山前和塬边可能出现个别规模较大的滑坡; 地裂缝大量出现,在降雨、冻融等因素作用下产生地震诱发滑坡的可能性显著增大。

(1)甘肃省东乡族自治县经济发展落后,农村民房仍以传统的土坯房为主,且多数施工质量差,无任何防震措施; 而新建的农房虽然分布在公路沿线,以砖木结构平房和砖混结构单层或三层以下房屋为主,但其中大部分未采取防震措施或防震措施达不到当地的抗震设防水准要求。

(2)该地区农居震害的主要原因有:建筑场地选址不当、民房基础处理不好、墙体质量差、屋盖整体刚度弱及屋面过重5个方面,砖柱土坯房防震安全性差。

(3)影响该地区农居地震安全性的主要岩土地震—地质灾害为滑坡,其对农村民居具有严重的威胁。

(4)新建农村民房时应对建筑场址进行选择,避开抗震不利地段; 对建筑材料进行优选,按照标准的工艺进行施工,并采取相应的防震构造措施; 未采取抗震措施的农村民房在进行加固时应采取防震构造措施,增加房屋的整体性。

(5)研究区经济发展水平落后,农村民居防震性能较差,在甘肃少数民族地区具有典型性,本文在实地调查和科学分析的基础上提出造成农居震害的主要原因和农居震害防御的主要技术措施,对于我省少数民族地区农村民房抗震具有较好的普适性。

本文得到了甘肃省少数民族文化教育促进会2012年度“未来精英”奖学金资助,在此表示衷心感谢!