建筑工程事故分析与处理(3)-地基

1、建筑事故分析与处理地基、基础工程事故处理（一）地基工程事故处理地基工程事故的原因地基工程事故类别、特征及其效应地基工程事故的分级标准和处理方案选择本章内容地基工程事故：地基失稳或变形、斜坡失稳、挡土墙失稳等基础工程事故：包括基础错位、变形过大、强度不足、设备基础振动过大等地基事故按性质分：地基强度和变形两大类。地基强度问题引起的地基事故表现在地基承载力不足或丧失稳定性；地基变形问题引起的地基事故常发生在软土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等地区；乌干达工地坍塌事故地基工程事故的原因 一、地质勘察问题勘察工作不认真，提供的指标及地基承载力不确切；钻孔间距太大，勘察不全面；钻孔深度不够；地质勘察报

2、告不详细、不准确，造成地基基础设计方案错误； 地基工程事故的原因 二、设计方案及计算问题设计方案不合理；盲目套用图纸，不因地制宜；设计计算错误，荷载不准确三、施工问题不按图施工或未按技术操作规程施工；偷工减料、以次充好；管理不善，不按建设要求和施工程序办事；地基工程事故的原因 四、环境及使用问题基础施工的环境效应；地下水位的变化；使用条件的变化所引起的地基土应力分布和性状变化（盲目加层、大面积堆载、管理不善长期不维修、改变功能）； 1、整体剪切破坏当荷载大于某数值时， 基础急剧下沉。基础周围地 面有明显的隆起现象，基础 倾斜，甚至倒塌， 地基发生整体剪切 破坏。地基工程事故类别、特征及其效应

3、一、地基失稳事故属于剪切破坏 2、局部剪切破坏滑动面从基础的一边开始，止于地基中的某点，基础周围地面也有明显的隆起现象，但基础无明显的倾斜或倒塌。 地基工程事故类别、特征及其效应3、冲切剪切破坏由于弱土层的变形使基础连续下沉，产生过大的沉降，基础就像切入土中一样。地基工程事故类别、特征及其效应地基冲切剪切破坏例：加拿大特朗斯康谷仓的倾覆 该谷仓由65个圆柱形筒仓组成，高31米，片筏基础，钢筋砼结构，自重20万KN, 建成使用时装谷27万KN后，西侧陷入土中8.8M，东侧抬起1.5M，仓身整体倾斜2653。 这是地基强度破坏发生整体滑动，建筑物失去稳定的典型例子。 软土地基上建筑物应严格控制加荷

4、速率，使软土地基排水固结，强度增长，防止失稳。整体剪切破坏实例原因分析： 经勘察，基础下为15M厚的高塑性淤泥质软粘土地基，初次存谷后使基底平均压力达330KPa，超过了地基极限承载力（280KPa）。 处理措施： 为修复筒仓，在基础下面设置了70多个支承于深16M的基岩上的混凝土墩，使用388只500KN千斤顶，逐渐将倾覆的筒仓纠正。修复后筒仓位置比原来降低了4m。整体剪切破坏实例意大利比萨斜塔 这是举世闻名的建筑物倾斜的典型实例。 全塔总重约145MN，基础底面平均压力约50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。 目前塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m

5、，倾斜5.5，成为危险建筑。1990年1月4日被封闭。 除加固塔身外，用压重法和取土法进行地基处理。目前已向游人开放。 1995年12月，武汉市整体爆破一幢18层的高层建筑。该建住高度655m，采用336根锤击沉管扩底灌注桩，桩长175m，桩端进入中密粉细砂持力层l4m。 爆破拆除的原因是该高层建筑结构到顶后3个月内产生很大的倾斜，顶部水平位移达2884mm，倾斜超过5，且发展速度很快，如不及时拆除，有整体倾覆的危险。 这一桩基失稳的事故告诉人们采用桩基础并不是万无一失的，应当重视桩基础安全度的研究。 1996年9月，海口市经受12级飓风袭击，伴有400mm以上的大暴雨，在滨海大道旁的某商住小

6、区内，一座停工中的体积达30000m3的巨型地下室突然窜出地面56m，整体倾斜，犹如平地出现一艘水泥船，停泊在两幢高楼的中间。 虽然经过降水、牵引、归位等工程措施处理，但因地下室两端高差仍有900mm无法扶正，且顶板和外墙均已开裂，不能继续利用而报废。 这一典型的倾覆失稳的事故再次告诫人们，粘性土中的巨大浮力不容忽视。二、滑坡（斜坡）失稳1、滑坡（斜坡）失稳的特征 斜坡失稳常以滑坡形式出现，对工程危害极大； 滑坡可以是缓慢的、长期的，也可以是突然的发生，以每秒几米甚至几十米的速度下滑； 大部分在山区，受一些因素影响，斜坡土石体在重力作用下失稳，沿斜坡向下缓慢整体移动。地基工程事故类别、特征及其

7、效应2、滑坡（斜坡）上房屋稳定性破坏类型1）建筑物位于斜坡顶部时，在顶部形成滑坡，土就从基础下挤出，地基土松动，地基出现不均匀沉降，房屋将出现开裂损坏或倾斜。如图a地基工程事故类别、特征及其效应山顶民房夜遇山体滑坡 地基悬空阳台消失2、滑坡（斜坡）上房屋稳定性破坏类型2）位于斜坡上的房屋，在土体发生滑坡情况下，部分土绕过基础移动，建筑物随部分土体一起移动。如图b地基工程事故类别、特征及其效应2、滑坡（斜坡）上房屋稳定性破坏类型3）位于坡脚下部的房屋，通常只是经受滑坡土体的压力，如图c地基工程事故类别、特征及其效应 3、滑坡整治 整治前，应深入了解形成滑坡的内外部条件，对诱因应分清主次； 整治必

8、须及时，最好在滑坡初期，且要根本解决； 整治方法： 排水、支挡、减重和护坡；也可用通风疏干、电渗排水、爆破灌浆、化学加固等方法来改善滑动带岩土的性质，以稳定边坡。地基工程事故类别、特征及其效应 1959年法国67m高的马尔帕塞薄拱坝因坝基失稳而毁于一旦，死亡380人。 4年后，意大利265m高的瓦昂拱坝上游托克山左岸发生大规模的滑坡，滑坡体从大坝附近的上游扩展长达1800m，并横跨峡谷滑移300400m，估计有23亿立方米的岩块滑入水库，冲到对岸形成100150m高的岩堆，致使库水漫过坝顶，冲毁了下游的朗格罗尼镇，死亡约2500人，但大坝却未遭破坏。 这两起震惊世界的特大灾害给人们敲响了警钟，

9、在岩石工程中必须重视岩石力学。 1985年6月12日凌晨，在长江西陵峡上段，兵书宝剑峡出口处发生总体积为2107m3的新摊滑坡。 新滩古镇滑入长江，古镇全部被毁。由于自1968年以来对该滑坡进行了深入的研究与地表位移的长期监测，在滑坡发生以前及时发出临滑警报，由于紧急疏散人员而全镇1371人无一伤亡。 这一大灾无人员伤亡的事例说明只要重视岩土工程工作，加强监测和预报，地质灾害是可以预测、预报，可以减少损失的。 1998年长江全流域特大洪水时，万里长江堤防经受了严峻的考验，一些地方的大堤垮塌，大堤地基发生严重管涌，洪水淹没了大片土地，人民生命财产遭受巨大的威胁。仅湖北省沿江段就查出4974处险情

10、，其中重点险情540处中，有320处属地基险情；溃口性险情34处中，除3处是涵闸险情外，其余都是地基和堤身的险情。可见，长江防洪工程的重点在岩土工程。三、挡土墙失稳 指挡土墙的滑动、倾覆或倒塌 原因： 设计时没有考虑排水措施或排水措施不当，增加了挡土墙的压力； 墙后填土夯不密实； 挡土墙的基础埋置深度选择不当； 地基工程事故类别、特征及其效应四、地基变形事故 1、软土地基不均匀沉降；（软土指抗剪强度较低、压缩性较高、渗透性较小的淤泥、淤泥质土、和某些充填土、杂填土及高压缩性土层。） 变形特征沉降大而不均匀； 沉降速率大； 沉降稳定历时长；地基工程事故类别、特征及其效应 不均匀沉降对上部结构产生

11、的影响 砖墙开裂；（砖砌体受弯，受主拉应力过大开裂） 砖柱断裂；水平缝（下部）及垂直缝（上部） 钢筋砼柱倾斜或断裂；（裂缝多为水平缝，且集中在柱身变截面处及地面附近） 高耸建筑物倾斜；地基工程事故类别、特征及其效应2、湿陷性黄土地基的变形； 湿陷性黄土中粉土颗粒占60%以上，含有大量的可溶盐类，土中有肉眼可见的大孔隙，在建筑物和土作用下受水浸湿，土的结构迅速破坏，强度降低，并发生显著的附加沉降。 变形特征变形量大； 发展速度快；地基工程事故类别、特征及其效应 湿陷变形可分为外荷湿陷变形及自重湿陷变形；前者由基础荷载引起，后者是在土层饱和自重压力作用下产生的；对上部结构产生的效应（影响） 基础及

12、上部结构开裂； 倾斜；湿陷变形只出现在受水浸湿部位，而没有水浸部位基本不动，造成倾斜 折断；地基遇到多处湿陷时；地基工程事故类别、特征及其效应3、膨胀土地基(胀缩)的变形； 膨胀土地基指黏粒成分由强亲水性矿物组成，具有吸水膨胀和失水收缩且胀缩性能较大的黏性土。 变形特征不均匀性；可逆性； 边坡变形特征不但有升降变形，还有水平位移。地基工程事故类别、特征及其效应胀缩变形对上部结构产生的效应（影响） 结构开裂；（特点：地域性和成群性） 遇水膨胀，失水收缩，反复作用； 室内地面开裂； 外墙与内墙交接处； 在地质条件相同的情况下，单层房屋开裂较为普遍；地基工程事故类别、特征及其效应地基沉降地基下沉引起

13、开裂地面下沉导致楼梯裂陷浙江萧甬铁路路基下沉事故4、季节性冻土地基冻胀有规律的季节性变化冬季冻结，夏季融化（冻结发胀、融化沉陷，即冻融）变形与气温、基础埋深有关； 破坏现象墙体裂缝；基础拉断；外墙因冻胀抬起，内墙不动，天棚与内墙分离；台阶隆起，门窗歪斜；地基工程事故类别、特征及其效应地基工程事故的分级标准和处理方案选择一、地基事故的分级不均匀沉降超标，墙面出现1mm以下的裂缝或稍微倾斜1级不均匀沉降超标，墙面、梁、柱出现少量裂缝，门窗开启不灵2级不均匀沉降显著或均匀沉降很大，墙、梁、柱开裂普遍，倾斜明显，影响安全和适用3级不均匀沉降严重，结构有破损，危及安全，不能使用4级 对严重程度为1、2级

14、事故的建筑物，可先观察，视沉降和裂缝是否稳定和建筑物的重要程度，确定处理与否； 对严重程度为3级事故的建筑物，无论其发展情况和重要程度如何，均应立即着手补救处理； 对严重程度为4级事故的建筑物，需要采取紧急安全措施，并进行有效的补救托换处理。地基工程事故的分级标准和处理方案选择二、地基的托换方案选择 地基的托换指对原有建筑物的地基或基础进行处理和加固的技术总称。 托换的方法基础扩大托换、坑式托换、桩式托换、灌浆托换、纠偏托换（迫降纠偏、顶升纠偏）地基工程事故的分级标准和处理方案选择选择托换方法应考虑的因素：地基事故的类型、范围大小、变形特征建筑场地地基分布与组成状况，地下水位高低与水质（有无侵

15、蚀性）建筑物的结构、基础状况，完整程度，荷载大小等周围房屋的密集程度施工条件、经验、造价等工 程 实 例大厦失稳抢险方案选择 一. 原因分析 悬浮在软土层或粉细砂层中的桩基础，在挤土效应和超静孔隙水压力效应作用下，对水平力作用最为敏感，容易出现整体失稳现象。 在地震力作用下的粉砂土出现液化现象和软黏土出现流变现象以后，土体颗粒呈悬浮状态，失去自重应力，也失去部分侧向约束力，即主动部分土压力和被动土压力。由此导致的桩基或建筑物整体失稳现象就更严重了。大厦失稳抢险方案选择 二. 风险评估 大厦的结构特征是整体性较好，空间刚度较大，有较大的基础底盘与较大的基础埋深。因而具有较强的抗裂损和抗倾覆能力。

16、 即使在失稳情况下出现较大的顶点位移摆幅和较大的重心偏离形心现象，也仍然保持有较大的抗倾覆安全储备，不容易导致倾覆危险。 对于桩基础来说，还拥有很强的抗拔能力，倾覆危险就更小了。 三.方案选择 稳与失稳的分水岭是极限平衡条件。像天平一样，处于极限平衡条件下，就存在四两可拔千斤的机遇。只须增加些许外力，就可转危为安，扭转局面。相反，只须在不利方向再增加些许外力作用，就可在顷刻之间形成坍塌事故。 因此治理大厦失稳病症应该在“稳”字上下工夫。然后逐步采取相应的加固措施，改善地基与基础的稳定状态。大厦失稳抢险方案选择 1. 基本情况 武汉某18层楼工程为剪力墙结构，高56.6m，建筑面积14600m2

17、，建于汉口沿江软土地段；筏基，板厚1600mm，底盘尺寸近30m见方；以336根标准承载力1000kN、600mm的锤击沉管扩底灌注桩承重；桩间还设计了394根挤密排水沙桩，后因施工困难取消。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 桩入土深20.5m，有效桩长17.5m，穿过淤泥及淤泥质黏土进入中密粉细砂持力层1m4m；中密砂厚度在10m以上，下卧层为1.3m3.2m的沙卵石，以下层是基岩。 桩基未做静载试验，动测抽查63根桩，发现其中13根存在缺陷，但有9根属挖掘机掘土过程中造成的表面砸撞损伤，只有4根存在深部断面缺损。应认为，桩身浇注的完整度是基本合格的。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳

18、事故分析 由于施工进度快，从筏板施工到结构封顶前后不到5个月。封顶后约3个月，于1995年12月3日初次觉察大楼出现470mm的相对倾斜。 经采取配重加压、注浆、粉喷、锚杆、压桩等多种措施，倾斜未终止，倾向却有改变(从东北改为西北向)。顶端水平偏移量达2884mm，被迫采取了控爆拆毁措施。 工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 2. 事故起因 事故形成因素自然是多方面的，但从技术分析着眼，认为主导原因还是单一的。 有学者认为，事故原因是由于基坑开挖程序不当引起软土侧移，造成桩身倾斜弯折所致，并作了大量的理论计算工作来验证。 但经研究，认为基坑开挖违反操作规程自是不当，但绝非主导原因。工程实

19、例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 因为对于受扰动的桩间土来说，尤其在超静孔隙水压力完全消退以前，其物理力学计算参数如含水量w、重度、孔隙比e、压缩模量E、侧向反力系数Ks等已发生了根本变化，因此所有计算也失去了依据，何况根据有关资料理论计算，基坑开挖引起的桩顶水平位移值仅为140mm190mm，还在规范允许的桩顶水平误差范围内，这说明基坑开挖不当不应成为事故主导原因。事实上基坑开挖深度只有3m，仅在局部曾挖到5m，高差有限。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 如果桩间土不曾受到严重扰动，在群桩和土体共同工作条件下，土拱作用、嵌固作用、粘滞作用形成的桩土共同体的抗侧向刚度决不致引起严重的

20、桩土侧移。即使基坑底面以上的桩身部分受到一些推移影响，至少不会导致全桩身弯曲弯折或倾斜位移。 因此认为，事故根本原因只是因为在打桩过程中的挤土效应导致了桩间土的严重扰动破坏。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 挤土形成的强大侧压力导致新浇注桩身缩颈、弯曲、弯折、裂缝。根据设计，近30m30m见方面积内布置了336根600的锤击沉管灌注桩，布桩率(桩密度)达10。按900的扩底面积计算，则布桩密度达24，挤土效应是惊人的。 挤土效应和超静孔隙水压力造成的恶果不仅使桩身弯曲弯折，还会使地面隆起、桩身上浮、软土失重、粉砂土液化。 这就是桩基整体失稳的根本原因。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事

21、故分析 3. 倾斜机理分析 (1) 在桩基完工5个月以后，超静孔隙水压力已经消除，被扰动土体已基本固结。如桩尖能达到设计的持力层深度，单桩允许承载能力为总荷载为15kN/m214600m2 21900kN，在未满载时，单桩实际荷载应小于Pd=21900/336 650kN。PaPd的值在1.281.92。桩基支承能力安全储备足够，不应出现过大沉降和倾斜。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 (2) 正因为打桩过程中的挤土效应和超静孔隙水压力作用引起了桩身弯曲、弯折和上浮，其上浮、弯曲、弯折的具体情况和严重程度与施工顺序及挤土方向密切相关。 但根据工程地质条件，若粉砂层较薄，桩尖入砂深度浅(

22、1000mm)的部分桩，因嵌固程度小，甚至当软土失重、粉砂土液化以后使桩身上浮，完全处于悬浮状态，此时桩身的自由度大，不致被弯折受损，却有可能倾斜。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 若粉砂层较厚，桩尖入砂深度较大(4000mm)的部分，桩尖被嵌固程度大，桩身受弯折的可能性大； 应该承认，即使是浮悬、弯曲或弯折的桩，虽然不能提供预期的支承(垂直受压)力，但仍可达到树根桩或加筋土的作用，能保持桩土共同体的抗拔能力和抗剪切破坏能力。 工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 (3) 群桩受荷后有以下两种破坏机理：一是受荷后浮桩桩尖很快进入持力层(粉砂)时，弯折桩一侧先屈服，因为浮桩桩身受损较

23、轻，只要桩尖一达到持力层，即能发挥支承作用，而弯折桩受损严重，受荷压屈后会有较大沉降发生；二是浮桩桩尖离持力层较远时，基本失去了支承能力，必将引起较大沉降，而弯折较严重一侧的桩相对沉降量较小。根据以上两种机理判断，建筑物向北而不向南倾斜绝非偶然。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 (4) 建筑物的抗倾覆平衡方程为 We = +式中：W建筑物总荷载； e建筑物偏心距； Pc受压桩支承力； Pt受拔桩支承力； ec受压桩合力偏心距； et受拔桩合力偏心距。 工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 在沉降和倾斜发展过程中，受压桩群和受拔桩群的受力情况在不断调整，e、ec、et值在不断变化，接

24、近临界倾覆状态时，可假定受压桩完全屈服， = 0。此时建筑物总抗拔力N可按下式计算： = +式中： 连桩拔起的土体重量，与土的内摩擦角有关； 受拔桩群的总重量。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 经略算得知 179265kN；设取中和轴00为旋转轴，则倾覆力矩 M = =219000e，M 抗=1792657.5，按M 抗=M 倾，算得e = 6.139m，其值远大于1.442m。 事实上，即使全部抗压桩处于悬浮状态，加筋土体也能提供一定的抗压(抗倾覆)能力。 因此认为，倾覆风险并不存在，可以采取拯救措施。 工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 4. 拯救措施 既然一时不存在倾覆危险

25、，且剪力墙结构整体性好，刚度大，抗变形能力强，在倾斜度远大于规范限值的情况下，可采取拯救(纠倾)措施。 其实，在大楼处于临界平衡状态时，就像天平一样对外力作用非常敏感，只须稍施外力，就可以改变其平衡状态，制止倾斜发展，或改变倾斜方向。因此纠倾难度并不大。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 (1) 从大楼的四角适当高度(12层左右)选择着力点，甩出8根稳绳(拖拉绳)，分别用8台大吨位矿用稳车稳住，以控制倾斜发展，并逐步进行扶正导向。 (2) 沿大楼北侧基础周边静压若干钢管桩，补充受压桩群支撑能力，加大抗倾覆力矩。 (3) 沿南侧基础周边打降水井(或利用施工降水井)加大南翼降水力度，加速南半部地基土的固结与下沉。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 (4) 在北半部筏板上布孔，从北向南压桩，并灌注高压粉煤灰水泥浆，以顶升筏基，并充填筏板底下的空隙。 (5) 在南半部筏板上布孔，灌注低压粉煤灰水泥浆，起充填作用。 (6) 经检测，纠倾满足要求，筏底粉煤灰水泥达到强度后，即可停止静压桩的顶升，放松稳绳，交付使用。工程实例武汉某18层大楼桩基失稳事故分析 5. 安全评估 由于地基土体还在恢复固结阶段，沉降与倾斜正在迅速发展中，一切参数变化不定，要对整个拯救过程的安全度进行