地基与基础工程事故分析与处理.pdf

地基与基础工程事故分析与处理第一节地基工程质量事故分析与处理一、建（构）筑物对地基的要求1．地基承载力或稳定性问题地基承载力或稳定性问题是指地基在建（构）筑物荷载（包括静、动荷载的各种组合）作用下能否保持稳定。若地基承载力不能满足要求，在建（构）筑物荷载作用下，地基将会产生局部或整体剪切破坏，影响建（构）筑物的安全与正常使用，甚至造成建（构）筑物的破坏。天然地基承载力的高低主要与土的抗剪强度有关，也与基础形式、大小和埋深有关。边坡稳定也属于这类问题。2．沉降、水平位移及不均匀沉降问题在建（构）筑物的荷载（包括静、动荷载的各种组合）作用下，地基将产生沉降、水平位移以及不均匀沉降。若地基变形（沉降、水平位移、不均匀沉降）超过允许值，将会影响建（构）筑物的安全与正常使用，严重的将造成建（构）筑物破坏。其中不均匀沉降超过允许值造成的工程事故比例最高，特别在深厚软粘土地区。天然地基变形大小主要与荷载大小和土的变形特性有关(见图2-1)，也与基础型式有关。3．渗透问题渗透问题主要分两类：一类是堤坝蓄水构筑物地基渗流量超过其允许值时，其后果是造成较大水量损失，甚至蓄水失败；另一类是地基中水力比降超过其允许值时，地基土会因潜蚀和管涌产生破坏，严重的将导致建（构）筑物破坏。天然地基渗透问题主要与地基中水力比降和土的渗透性有关。二、建筑工程地基事故类别及特征建筑物事故的发生，不少与地基问题有关。而地基工程事故的主要原因是由于勘察、设计、施工不当或环境和使用情况改变而引起的。其最终反映是产生过量的变形或不均匀变形，从而使上部结构出现裂缝，倾斜，削弱和破坏了结构的整体性、并影响到建筑物的正常使用。严重者，地基失稳，导致建筑物倒塌。地基事故可分为天然的地基事故和人工地基事故两大类。无论是天然地基上事故还是人工地基上事故，按其性质都可概括为地基强度和变形两大问题。地基变形问题引起的地基事故常发生软土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等地区。地基强度问题引起的地基事故主要表现在下列两方面：（1）地基承载力不足或地基丧失稳定性；（2）斜坡丧失稳定性。（一）地基失稳事故特征对于一般地基，在局部荷载作用下，地基的失稳过程，可以用荷载试验的P~S曲线来描述。图2-1表示由静荷载试验得到的两种类型的荷载P沉降S的关系曲线。当荷载大于某一数值时，曲线1有比较明显的转折点，基础急剧地下沉。同时，在基础周围的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。图2-2所示的加拿大特朗斯康谷仓的地基破坏情况，是地基发生整体滑动、建筑物丧失了稳定性的典型例子。图2-1图2-2曲线2没有明显的转折点，地基发生局部剪切破坏。软粘土的松砂地基属于这一类型如图2-3。它类似于整体剪切破坏。滑动面从基础的一边开始，终止于地基中的某点。只有当基础发生相当大的竖向位移时，滑动面才发展到地面。破坏时，基础周围的地面也有隆起现象，但是基础不会明显倾斜或倒塌。1图2-3图2-4其P~S曲线也没有明显的转折点，但地基破坏是由于基础下面软弱层的变形使基础连续下沉，产生了过大的不能容许的沉降，基础就象“切入”土中一样，故称为冲切剪切破坏，如图示2-4所示。例如建在软土层上的某仓库，由于基底压力超过地基承载力近一倍。建成后，地基发生冲切剪切破坏，造成基础过量的沉降。地基究竟发生那一种形式的破坏，除了与土的种类有关以外，还与基础的埋深、加荷速率等因素有关。例如当基础埋深较浅，荷载为缓慢施加的恒载时，将趋向于形成整体剪切破坏；若基础埋深较大，荷载是快速施加的，或是冲击荷载，则趋向于形成冲切或局部剪切破坏。在建筑工程中，地基失稳的后果常很严重，有时甚至是灾难性的破坏。如广东海康县7层旅店大楼因地基失稳而倒塌的事故。该大楼地处沿海淤泥质土地区，而设计人员在没有工程地质勘察资料的情况下，盲目地按100~120KPa的地基承载力进行设计。事故发生后，在建筑现场旁边1.8m的地下取土测定，土的天然含水量为65~75%，按当时的地基基础设计规范规定，这种土的容许承载力只有40~50KPa，仅为设计承载力的40%。又由于少算荷载，实际柱基底压力为189.6KPa，为土容许承载力的4倍左右。由此造成基础的严重不均匀沉降，使上部结构产生较大的附加应力，导致建筑物破坏倒塌，造成了多人伤亡的严重事故。因此，对地基强度破坏的危害性应有足够的重视，特别是在土承载力不高，渗透性低而加荷速度快（如过快的施工速度），或有水平荷载作用（如风荷载），或在斜坡及丘陵地段进行建筑时，更应慎重处理。（二）地基变形事故特征1．软弱地基变形特征（1）沉降大而不均匀：软土地区大量沉降观测资料统计表明，砖墙承重的混和结构建筑，如以层数表示地基受荷大小，则三层房屋的沉降量为15~20cm；四层变化一般为20~50cm；五层至六层则多超过70cm。有