第二章_地基与基础工程质量事故分析与处理

建筑工程质量事故分析第2版主编第二章地基与基础工程质量事故分析与处理第一节地基与基础工程事故概述第二节地基工程质量事故分析与处理第三节基础工程质量事故分析与处理第四节建筑地基加固与纠倾技术第一节地基与基础工程事故概述•一、地基与基础工程的建筑要求•地基和基础是建筑物的重要组成部分，任何建筑都必须有可靠的地基和基础。建筑物对地基的要求可概括为以下三个方面：一是可靠的整体稳定性；二是足够的地基承载力；三是在建筑物的荷载作用下，其沉降值、水平位移及不均匀沉降差需要满足某一定值的要求。•二、地基与基础的关系•基础是与地基紧密联系、互相依存的工程结构。基础的设计、施工必须依据地质情况，采用适宜的基础形式、材料、埋深与施工方法，以有效地承受上部结构的荷载。不合理或错误的基础设计与施工质量问题都会导致基础工程质量缺陷与事故。第一节地基与基础工程事故概述•三、地基与基础工程事故的发生•当地基的整体稳定性和承载力不能满足要求时，在荷载作用下，地基将会产生局部或整体剪切破坏。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、基础底面积大小和埋深有关。在建筑物荷载（包括静、动荷载的各种组合）的作用下，地基将产生沉降、水平位移以及不均匀沉降，若地基的变形超过允许值，将会影响建筑物、构筑物的安全与正常使用，严重的将造成建筑物破坏甚至倒塌。其中以不均匀沉降超过允许值而造成的工程事故比例最高，尤其是在深厚的软钻土地区。第一节地基与基础工程事故概述•四、地基与基础工程事故的特点•地基和基础都属地下隐蔽工程，建筑工程竣工后难以检查，使用期间出现缺陷事故苗头也不易察觉。一旦发生事故，难以补救，甚至造成灾难性的后果。因此，建设工程中的地基基础工程的缺陷和事故，具有普遍性、地方性、隐蔽性和严重性的特点。第一节地基与基础工程事故概述•五、地基与基础工程质量控制的重要性•地基与基础工程是建筑施工技术复杂、难度很大的分部工程之一。主要包括无支护土方、有支护土方、地基处理、桩基、地下防水等子分部工程。地基与基础施工质量合格与否，直接影响到建筑物的结构安全。随着国家经济的发展和施工技术的进步，单体工程的建筑规模越来越大，综合使用功能越来越多，故地基与基础的施工质量越来越受到人们的关注和重视。第二节地基工程事故原因分析与处理•一、地基工程事故概述•建筑工程事故的发生不少与地基问题有关。地基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发生改变引起的，最终表现为产生过大的变形或不均匀沉降，从而使基础或上部结构出现裂缝或倾斜，削弱和破坏了结构的整体性、耐久性，严重的会导致建筑物倒塌。•地基事故，按其性质可分为地基强度和变形两大类。地基强度问题引起的地基事故主要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事故常发生在软土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等地区。第二节地基工程事故原因分析与处理•地基事故发生后，首先应进行认真细致的调查研究，然后根据事故发生的原因和类型，因地制宜地选择合理的基础托换方法进行处理。•二、导致地基工程事故产生的原因•（一）地质勘察问题•（二）设计方案及计算问题•（三）施工问题•（四）环境问题•三、地基工程事故的类型及特征•（一）地基的沉降与变形事故•1.软土地基不均匀沉降事故第二节地基工程事故原因分析与处理•2.膨胀土地基变形事故•3.湿陷性黄土地基变形事故•（二）地基失稳事故•1.事故类型：（1）冲切剪切破坏。（2）整体剪切破坏。（3）局部剪切破坏。•2.事故特征：地基失稳的特征如图所示。•四、地基工程事故分析与实例•（一）地基沉降造成的工程事故•1.事故现象•（1）建筑物产生倾斜。长高比较小的建筑物，特别是高耸构筑物，不均匀沉降将引起建（构）筑物倾斜。若倾斜较大，第二节地基工程事故原因分析与处理图2-1荷载试验的F—S曲线第二节地基工程质量事故分析与处理一、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。(一)地基失稳事故图2-2加拿大特朗斯康谷仓的地基事故第二节地基工程质量事故分析与处理图2-3地基局部剪切破坏第二节地基工程质量事故分析与处理图2- 4地基冲切剪切破坏(二)地基变形事故第二节地基工程质量事故分析与处理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较小，四层房屋的沉降量较大，五层至六层则更大。图2-5某建筑物沉降随时间衰减曲线第二节地基工程质量事故分析与处理(2)沉降速率大建筑物的沉降速率是衡量地基变形发展程度与状况的一个重要标志。(3)沉降稳定历时长建筑物沉降主要由于地基土受荷后，孔隙水压力逐渐消散，而有效应力不断增加，导致地基固结作用所引起的。2.不均匀沉降对上部结构产生的影响(1)砖墙开裂由于地基不均匀沉降使砖砌体受弯曲而导致砌体因受主拉应力过大而开裂。(2)砖柱断裂砖柱裂缝有水平缝及垂直缝两种类型。(3)钢筋混凝土柱倾斜或开裂单层钢筋混凝土柱的排架结构，常因地面上大面积堆料造成柱基倾斜。第二节地基工程质量事故分析与处理(4)高耸构筑物的倾斜建到软土地基上的烟囱、水塔、筒仓、立窑、油罐和储气柜等高耸构筑物，采用天然地基，则产生倾斜的可能性较大。3.地基湿陷变形对上部结构产生的影响(1)基础及上部结构开裂湿陷性黄土地基引起房屋下沉量大，墙体裂缝大，并开展迅速。(2)倾斜湿陷变形只出现在受水浸湿部位，而没有浸水部位则基本不动，从而形成沉降差，因而整体刚度较大的房屋和构筑物，如烟囱、水塔等则易发生倾斜。(3)折断当地基遇到多处湿陷时，基础往往产生较大弯曲变形，引起房屋基础和管道折断。4.地基胀缩变形对上部结构产生的影响第二节地基工程质量事故分析与处理(1)建筑物的开裂破坏一般具有地区性成群出现的特性建筑物大部分是在建成后三五年，甚至一二十年后才出现开裂，也有少部分在施工期就开裂的。(2)遇水膨胀、失水收缩引起墙体开裂墙体裂缝有正、倒八字形、X形，还有水平缝及局部斜裂缝(见图2-6)。图2-6墙体裂缝示意图a)正八字形b)倒八字形c)局部斜裂缝d)水平裂缝第二节地基工程质量事故分析与处理(3)在地质条件相同情况下的房屋开裂破坏此种破坏以单层、二层房屋较多，三层房屋较少、较轻。(4)外墙与内墙交接处的破坏。(5)室内地坪开裂，特别是空旷的房屋或外廊式房屋的地坪易出现纵向裂缝。5.地基冻胀、融陷变形对上部结构产生的影响(1)墙体裂缝一、二层轻型房屋的墙体裂缝很普遍。(2)基础拉断这种情况经常发生在不采暖的轻型结构砖砌基础中，主要因侧向冻切力作用所致。(3)外墙因冻胀抬起、内墙不动、天棚与内墙分离这种情况常发生在农村单层住宅采暖房屋里。第二节地基工程质量事故分析与处理(4)台阶隆起、门窗歪斜冬天由于冻胀，台阶隆起导致外门不易推开，来年开冻以后台阶又回落。(三)斜坡失稳引起地基事故1.斜坡失稳的特征1)斜坡失稳常以滑坡形式出现，滑坡规模差异很大，滑坡体积从数百立方米到数百万立方米，对工程危害极大。2)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。2.斜坡上房屋稳定性破坏类型1)房屋位于斜坡顶部时，从顶部形成滑坡，发生土从房屋下挤出，地基土松动，如图2-7所示。第二节地基工程质量事故分析与处理2)房屋位于斜坡上，在滑坡情况下，房屋下的土发生移动，部分土绕过房屋基础移动，如图2-8所示。图2-7房屋下地基松动第二节地基工程质量事故分析与处理图2-8房屋下土移动3)房屋位于斜坡下部，房屋要经受滑动土体的侧压力(见图2-9)。第二节地基工程质量事故分析与处理图2-9滑动土体压在房屋上3.基坑工程质量事故1)基坑支护全体系具有临时性，地下工程完工后即失去作用，因而它设计时的安全储备较小。第一节地基工程质量事故分析与处理2)基坑工程具有较大的综合性，从土力学看它涉及土的稳定、变形和渗流三方面问题；从支护结构看它涉及结构、力学和材料三方面知识。3)基坑工程具有很强的地区性，在不同工程地质、不同的建筑要求下，它的差异很大。图2-10常用桩墙式支护结构a)钢筋混凝土悬臂支护b)钢筋混凝土内撑式支护c)钢板桩水平锚碇支护d)钢板桩坑内斜撑支护e)钢板桩多层水平内撑支护f)钢板桩多层锚拉支护第二节地基工程质量事故分析与处理1)属于结构构件失效形式有：①内撑压屈或锚拉杆断裂(见图2-11a)。主要原因是地面荷载增大或土压力计算有误，也可能是内部支撑断面过小导致受压失稳，或者锚拉杆断面不足、长度不足以及锚固部分失效。为此要正确设计内撑和锚拉杆，留有足够安全储备。②支护墙平面外变形过大或弯曲破坏(见图2-11b)。支护墙过薄、土压力计算不准、地面增加堆载或基坑挖土超深等原因都可能产生这种现象。为此要正确地设计墙体，严格控制挖土深度。2)属于土体失效形式有：①基坑外侧土体失稳，滑动面在支护墙下通过(见图2-11c)。主要原因往往是支护墙底部入土深度不足或撑锚系统失效、地面荷载过大所造成的基坑边坡整体滑动破坏，也称整体失稳破坏。第二节地基工程质量事故分析与处理②支护墙底部走动(见图2-11d)。主要原因是基坑底部土质太差，能承受的被动土压力很小，或支护墙埋深过浅使得墙底部被动土压力不足，它们都可能使墙底踢脚处的土体失稳破坏。3)基坑底部土体隆起(见图2-11e)。4)基坑内管涌(见图2-11f)。图2-11锚桩式支护结构的破坏形式a)锚拉破坏或支撑压屈b)平面变形过大或弯曲破坏c)墙后土体整体滑动失稳d)底部走动e)坑底隆起f)管涌第二节地基工程质量事故分析与处理4.滑坡原因分析1)边坡坡度倾角过大，土体因自重及地下水或地表水的浸入，使土体内聚力减弱，土体失稳而产生滑动。2)土层下有倾斜度较大的岩层，在填土和地下、地表水的作用下，降低了土层之间、土层和岩层之间的抗剪强度，从而引起了土体沿岩层面的滑动。3)土层或岩层中有倾向相近、层理发达、风化严重的软弱层或其他易滑动的岩层、软泥层等，受水浸入后，土体强度降低，使上部结构沿软弱层发生滑动。4)由于河流冲刷及地下潜水冲蚀等原因破坏了坡体的坡脚，使斜坡坡度增大，破坏了土体的内部平衡，使土体失去稳定而产生滑移。第二节地基工程质量事故分析与处理5)在斜坡上堆置较大荷载，增加了斜坡重量，使土体失去平衡而产生滑动；大型车辆振动或爆破的影响，使坡体土层间内摩擦力减少，抗剪强度降低从而产生土层之间的滑动。5.滑坡治理(四)常见的人工地基事故1.砂石垫层的质量事故原因1)砂垫层与砂石垫层不密实引起质量事故。2)寒冷地区冬季砂石垫层施工，因砂石被冰所包裹，造成砂石垫层不密实，到春天砂石垫层中冰融化，造成垫层迅速下沉。3)砂石垫层属于浅层加固方法。2.灰土桩、水泥土桩的质量事故原因3.灰土地基质量事故原因第二节地基工程质量事故分析与处理4.强夯地基质量事故的原因二、地基工程事故原因分析(一)地质勘察问题(1)地基勘察工作欠认真，所提供的土体性质指标及地基承载力不确切例如某办公楼，设计之前仅作简易触探，而设计者又按勘察报告提出的偏高土力学指标进行设计。(2)地质勘察时，钻孔间距太大，不能全面准确地反映地基的实际情况在丘陵、山坡地区的建筑中，由于这个原因造成的事故实例比平原地区多。第二节地基工程质量事故分析与处理(3)地质勘察时，钻孔深度不够如有的工程在没有查清较深范围内地基中有无软弱层、暗浜、墓穴、孔洞等情况下，仅根据勘察资料提供的地表面或基础底面以下深度不大范围内的地基情况进行地基基础设计，因而造成明显的不均匀沉降，导致建筑物裂缝，有的甚至不能使用。(4)地质勘察报告不详细、不准确地质勘察报告不详细、不准确造成地基基础设计方案的错误，如四川某工程，根据建筑物两端钻孔提供的岩石埋藏深度在基础底面以下5m的资料，采用了5m的爆扩桩基础。(二)设计方案及计算问题第二节地基工程质量事故分析与处理(1)原设计方案不尽合理有些工程的地质条件差、变化复杂，由于设计方案选择不合理，不能满足上部结构与荷载的要求，因而引起建筑物开裂或倾斜。(2)盲目套用设计图样当建筑场地选定后，设计者没有