地基基础工程事故分析

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【摘要】文章分析了地基基础工程事故发生的一些因素及原因,提出了相应的防止办法,同时列举了实例加以说明。  【关键词】地基基础;工程事故;工程地质【中图分类号】TU433【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2006)05-0025-03一、前言在建筑结构的建造的使用过程中,由于地基和基础工程的质量问题,使建筑物墙体和楼盖开裂影响使用的,有碍观瞻并使人有不安全感觉的,更有甚者使建筑物倒塌的事故,近几年有上升的趋势,根据统计资料显示,其中地基和基础工程的质量问题,占总事故的确21%。在建筑结构的设计和施工过程中,人们普遍认为最难驾驭的并不是上部结构,而是该工程的地基和基础工程的问题,建筑物的上部结构尽管千变万最化,复杂万分,但是在电子计算机得普遍应用,今天,它们基本上都是在设计和施工中可以被预知和掌握。而对于建筑群所在场地的地下土层分布则不然,一般地说,人们只能在设计前通过几个钻孔的土样的试验得知其少数信息,也只能在施工后,槽底的钎探结果了解其表层信息,至于更深层更全面的情况却不能全面的掌握,往往凭经验加以处理,这就产生误差,甚至错误造成对建筑物建成后的损坏,而且,地基基础都是地下隐蔽工程,建筑工程竣工后,难以检查,使用期间出现事故的苗头也不易察觉,一旦发生事故难以补救,甚至造成灾难性的后果。地基基础工程事故发生可能是因勘测、设计、构造、制造、安装与使用等因素相互作用引起的。而这些因素中。某些因素引起突发事故。另一些因素可能导致消耗性逐渐发生的事故,从安全上讲,突发事故是危险的。所以,研究并探讨地基基础工程事故发生的原因,更具有普遍性。地方性和经验性,对它的分析后得到的经验教训,更是建筑工程技术人员需要不断积累的知识财富。并对地基基础工程事故采取有效的防止措施,是一个值得重视的课题。二、地基与基础的工程事故的原因及防治方法(一)因工程地质勘查中的错误而产生的事故  工程勘察报告要全面反映建筑场地工程地质和水文地质情况,预防地基与基础的工程事故,首先对场地工程地质和水文地质条件全面正确的了解,要做到这一点关键要搞好工程勘查工作,要根据建筑物场地的特点,建筑物情况合理确定工程勘察目的和任务,勘查工作是设计的重要称序,决不能忽视而不做,也不能随便做而不考虑是否适用。特别是对复杂的、软弱的地基,更应慎重对待。即使对单层的一般性建筑,也不能不做勘查。  事故实例:某市修建的一座库房楼,该库房为两层楼房,平面呈一字型,东西向长47.28m,南北向宽10.68m,高7.50m。库房正中为楼梯间,东西各两大间,每间长10.89m、宽10.20m。中部有两个独立柱基。内外墙均为条形基础。此楼在使用一年后。库房西侧二楼墙上既发现有裂缝。此后裂缝数量增多,裂缝宽度展扩。据详细调查统计,大裂缝已有33条,有的裂缝长度超过1.80m,宽度达10~30mm,且地面多处开裂。6年之后,再度调查,发现裂缝长达3.20m,裂缝宽为8~10mm,且内外贯通。说明6年多来库房的沉降一直都在发展。   事故原因分析:原勘查失误是事故的主因,原勘查报告虽有偿个钻孔资料但仅有库房对角线的41#、46#孔分别深5.10m、5.35m,其余5个孔只有2m多,远不及基础受压层深度。更值得注意的是有2个孔已穿过有机土和泥碳层,但却未做记录,在报告中未说明,只是简单地建议地基计算强度为fk=100KN/M2。这是该库房发生严重质量问题的根源;设计人员对这份粗糙的勘查报告,并未提出补做勘查的要求。此外按规范规定对于三层和三层以上的房屋,其长高比L/H宜小于或等于2.5;本例虽为二层砌体结构,但长高比L/H=47.28/7.5=6.3,次值》25,导致房屋的整体刚度过小,对地基过大不均匀沉降的调整能力太弱。设计人员又未采取加强上部结构刚度的有力结构措施,也是导致墙体开裂的重要原因。  应吸取的教训:第一,工程勘查工作做的粗糙;第二,地基的选择和处理方法不当,未能使房屋坐落在比较均匀的天然或人工地基上;第三,上部结构整体刚度弱。这三点教训也就是平时常说的“情况不明,决心不大,方法不好”。  此外,在勘查时要重视对钻孔深度的选择。由于钻孔深度必须符合设计要求,如果不符合设计上对压缩厚度的需要,或者大不到桩所坐落的土层时,那就不可能正确计算出地基的沉降,或桩的正确承载力,也就达不到基础设计要求。因此必须按设计要求确定合适钻孔深度。如果由于勘查量不足,钻孔和探坑布点少,再加上钻孔深度不够,以致不能表达出土的不均匀性和层理的不一致性,就有可能引起建筑的翘曲和弯折而出现裂缝,造成危害和浪费。。  (二)因建筑物基础底面土压力过大超过地基承载力造成的事故  地基承载力是建筑物地基基础设计中的一个关键指标。各类地基承受基础传来荷载的能力都有一定的限度,超过这一限度,首先发生的是建筑物具有较大的不均匀沉降,引起房屋开裂;如果超越这一限度过多,则可能因地基土发生剪切破坏而整体滑动或急剧下沉,造成房屋的倾倒或严重受损,下面列举全世界闻名的实例  事故实例:加拿大特斯康谷仓,平面呈距形,长度59.44m,高度为31.00m,宽度为23.47m。容积为圆筒仓,每排13个仓,5排,总计65个圆筒仓组成,谷仓的基础为整块钢筋混凝土筏板基础,基础厚度61cm,基础埋深为3.66m。1911年该仓开始施工,1913年秋完工。谷仓自重20000t,相当于装满谷物后总重量的42.5%。1913年底月起此谷仓装谷物,仔细装载,分布均匀。10月当谷仓装了31822m2谷物时,发现谷仓下沉,一小时沉降达31.5cm,结构物向西倾斜,并在24小时内,整个谷仓倾倒,倾倒度达26.53。谷仓西端下沉7.32m,东端上抬1.52m。  事故原因分析:经检查,谷仓工程未做勘察。设计根据邻近工程基槽开挖实验结果,计算地基承载力为352KPa,应用到这个谷仓。谷仓场地位于冰川湖的盆地中,地基表层为近代沉积层,厚度3m;表层下面为冰川沉积粘土层,厚度122m。1952年在离谷仓18.3m处打了一些钻孔,从钻孔的粘土原状式样测的:粘土层的平均含水率随深度而增加,从40%到60%;无側限抗压强度从118.4KPa减少到70.0Kpa,平均为100KPa;平均液限ωl=105%,塑限ωp=35%,塑性指数高达IP=70。由试验可知这层土是高胶体、高塑性的。按太沙基公式计算地基承载力f,如采用粘土层无側限抗压强度平均值100Kpa,则地基承载力f为278.6KPa,小于谷仓地基破坏时的基础底面压力329.4KPa,若用qumin=70.0KPa计算,则f=193.5KPa,更远小于谷仓基础滑动时的实际基底力.  事故主要原因:加拿大特斯康谷仓破坏的是因为谷仓事先未做勘察,设计盲目进行,采取设计荷载远超过地基土的承载力,导致谷仓发生地基整体滑动破坏的严重事故。  应吸取的教训:地基整体剪切破坏事故,它造成的工程事故灾害很严重,必须引起土建工程技术人员的极度重视。设计人员应慎重对待工程勘查告提供的地基承载力建议值,严格计算基础的实际土压力,若对勘察告的建议值有怀疑,可以在做载荷试验验证。施工人员在天然地基上建造大中型工程时,应复核设计地基承载力的合理性。一旦发生地基产生较大的沉降或倾斜,必须立即停工,会同勘查、设计和使用单位共同研究。采取必要措施,防止地基和建筑物发生灾难性破坏。   (三)因地基中暗沟、古墓等旧构筑物影响造成的事故建筑物地基槽开挖后,可能遇到许多局部异常的情况,例如:在地基土中存在有暗沟、古墓、古井、旧基础等已废除了的构筑物,其中在暗沟、古井内往往填充疏松的建筑垃圾或淤泥软土,形成局部的松软部位,可能引起基础局部严重下沉。导致上部墙体或结构开裂;如遇古墓、防空洞等中空构筑物,则可能引起塌陷事故;至于遇到旧基础、废化粪池等构筑物,它们往往比周围天然地基坚实得多,形成软硬突变,也会造成上部结构开裂。因此在刨槽验槽过程中查明局部异常情况是十分重要的。  事故实例:某厂铸钢车间厂房长度66.75m,宽度39m,为三跨等高排架,柱基为钢筋混凝土杯形基础,基础一般埋置深度为2m。基础夯实干密度》ρd≥16g/cm3,夯实影响深度0.3~0.4m。厂房主体结构完工。安装吊车前发现结构开裂事故:房屋东侧地面开裂,裂缝长达15m,裂缝最大宽50~60mm,。南墙东侧开裂,裂缝最大宽20mm,钢筋混凝土圈梁亦被拉裂,裂缝多达20余条。厂房东南角向外偏移20mm。厂房东南6个基础下沉。下沉速度平均每月约3~4mm。  事故原因分析:第一,未按设计要求探墓深度6~7m。实际探墓深度只有2m,事故发生后进行补探,在东南角10个柱基范围内,就探出木棺11个,位于基础下或旁边。木棺顶距基础底面约1.5~2.0m,木棺有的为空穴,有的充填淤泥。第二,厂房未经详细勘察,据初勘阶段临近厂房探坑资料,按地基土的承载力150KPa盲目设计,实际地基土非天然沉积土,而是填土,地基土的承载力仅为100~120KPa。  一点经验:在地基基础施工中,遇到暗沟、古墓等旧构筑物是经常发生的。这时候最重要的是设法弄清情况,除进行必要的勘测、挖掘之外,虚心向当地人和工人请教,进行细微的调查研究,是十分必要的。然后才能作出符合实际的处理方法。  (四)因建筑地基发生溶蚀与管涌造成的事故  1.当建筑地基中存在地下水,并有下列条件时,则可能发生溶蚀与管涌事故:  (1)石灰岩地区经长期地下水的作用,可能发生溶洞。溶洞发育地区,将发生地基溶蚀。  (2)山区残积土或披积土颗粒大小相差悬殊时。在地下水流动作用下,可能发生溶蚀或管涌。  (3)如地基土质级配不良,地下水流速大,则地基中土的细颗粒可能被冲走,而产生管涌。  凡在上述地区建造的工程都应仔细进行工程地质勘察,如果认为地基中存在上述溶蚀问题,应另选场地,因为上述溶蚀事故的措施相当不容易,并且费用很高。  事故实例:美国东南部亚拉巴马洲净水厂建在一座小山旁,基槽开挖6m深,以建造沉淀池和过滤建筑物,工厂完工并使用一个月后。一天早上,操作人员听到很响的咕咕声,随着一连串的隆隆声,像远距离开大炮一样,过滤建筑物发生严重摇动并开裂,从顶部一直开裂到底部,同时建筑物一半发生倾斜。  事故原因分析:净水厂的地基土为残积土,基岩为石灰岩,裂缝发育。建筑物施工其间,施工单位不慎打破直径457的自来水总管,结果将容量为226的大水箱放空,使得大量水渗入地下,当地基受水浸泡后,由于残积土颗粒大小悬殊,细颗粒被水冲走,发生溶蚀与管涌造成的事故,导致沉淀池底部出现大的洞穴,沉淀池基础与地基之间多处产生很大的缺口,宽达15~30。由于地基严重溶蚀与管涌结果。净水厂完全遭到破坏,无法使用。  应吸取的教训:土建工程技术人员应该认识到地下水对工程的设计方案、施工方法和工期、建筑工程的投资和使用都有密切关系。如果对地下水处理不当,可能发生工程事故。  2.地下水的主要影响有:   (1)基础埋深——基础宜埋置在地下水位以上,冻土层厚度以下,后者与土中的毛细水有关。  (2)施工排水——当基础埋置地下水位以下时,基槽开挖和基础施工必须排水。如果排水不好或基槽遭踩踏都会造成隐患。  (3)地下水升降——下降会使建筑物产生不均匀沉降,而上升会使粘土层软花、湿陷性黄土下沉、膨胀土层吸水膨胀。  (4)溶蚀与管涌——在石灰岩地区地下水存在会造成溶蚀,在有承压水地区,如基槽挖除承压水以上隔水层,则可能出现大量涌水浸泡地基。  (5)空心结构浮起——水池、油罐、空旷地下工程埋深超越地下水位教多时,可能上浮,影响使用。  三、结语  当发生一次重大的地基基础事故后,最关键的事对这次质量事故发生的原因进行分析,只有正确的分析,才能发现事故的原发症结。进行公正的仲裁,明确事故(下转第28页)(上接第26页)的责任;只有正确的分析,才能找到今后应吸取的教训,化消极因素为积极因素;也只有正确的分析,才能制定出适宜的防治措施,防患于未然。对于结构设计,施工技术和使用中的错误引起的,其中大部分是主观性的错误。而当严格遵守勘查、设计与施工的标准文件的规定和相应要求,则错误是可以避免的。工程设计人员在进行地基基础的设计时,应注意以下几个方面:  第一,地基基础的设计应当根据建筑物的使用要求,结构型式和工地的土质条件,并结合现场具体情况,在适用与经济的前提下,要保证建筑物的主要承重结构在正常使用过程中不发生裂缝或损坏。  第二,地基基础工程事故是目前在建筑工程中出现得较多的问题。为防患于未然,有关人员应针对地基情况,“对症下药”认真细致地做好勘查、总体布置,选取基础类型和设计计算等方面的工作。  第三,有关人员不仅要研究已出现的工程事故作为“前车之鉴”,同时也应学习已有的成功经验与方法,不断提高技术水平,确保工程质量。  第四,在地震区中,对已发生的消耗性地基基础事故,不应忽视而应及时修好,否则在地震作用下可能转变为灾难性的工程事故。  第五,建议编制有关防止地基基础工程事故的法规,以使有关方面重视这项工作。【参考文献】[1]崔干祥.工程事故分析与处理[M].科学出版社,2002.[2]罗福干.建筑结构缺陷事故的分析及防治[M].清华大学出版社,2002.[3]建筑地基基础设计规范GB50007—2002[S].中国建筑工业出版社,2002.  [4]陈仲颐,叶书麟.基础工程学[M].中国建筑工业出版社,1991.

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