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.