第三章-地基与基础工程事故分析与处理

第三章地基与基础工程事故分析与处理•第一节地基与基础工程事故概述•第二节地基工程事故原因分析与处理•第三节基础工程事故原因分析与处理•第四节建筑地基加固与纠倾技术返回第一节地基与基础工程事故概述•一、地基与基础工程的关系及建筑要求•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。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。建筑物对地基和基础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满足某一定值的要求。下一页返回第一节地基与基础工程事故概述•二、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，尤其是在软黏土深厚的地区。上一页下一页返回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，使用期间出现缺陷或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。•四、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。上一页返回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大多与地基问题有关。地基事故发生的主要原因是勘察、设计、施工不当或环境和使用情况发生改变，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地基变形两大类。地基强度问题引起的地基事故主要表现为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。•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。下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•二、导致地基工程事故产生的原因•１．地质勘察问题•地质勘察方面存在的主要问题如下：•（１）勘察工作不认真，报告中提供的指标不确切。•（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。•（３）钻孔深度不够。对较深范围内地基的软弱层、暗浜、墓穴、孔洞等情况没有查清，仅依据地表面或基底以下深度不大范围内的情况提供勘察资料。•（４）勘察报告不详细、不准确引起基础设计方案的错误。上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•２．设计方案及计算问题•由于设计方案及计算问题而导致地基工程质量事故的具体原因如下：•（１）设计方案不合理。有些工程的地质条件差，变化复杂，由于基础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）设计计算错误。有的设计单位资质低，设计人员不具备相应的设计水平，还有的无证设计或根本不懂相关理论，仅凭经验设计，导致设计出错，造成事故。•３．施工问题上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•地基基础为隐蔽工程，需保质保量认真施工，否则会给工程建设带来隐患。常见的施工质量方面的问题有：•（１）未按操作规程施工。施工人员在施工过程中未按操作规程施工，甚至偷工减料，造成事故质量事故。•（２）未按施工图施工。基础平面位置、基础尺寸、标高等未按设计要求进行施工。施工所用的材料的规格不符合设计要求等。•４．环境问题•（１）地下水位变化或污水的侵入对建筑物地基的影响。•（２）建筑物附近地面堆载引起地基附加应力及附加沉降，导致地基不均匀沉降的产生及进一步发展。上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•（３）建筑物周围地基中施工振动或挤压对建筑物地基的影响。•（４）地下工程或深基坑工程施工对邻近建筑物地基的影响。•三、地基工程事故分类•按土力学原理，常见地基工程事故分类如下。•１．地基变形造成工程事故•地基在建筑物荷载作用下产生沉降，包括瞬时沉降、固结沉降和蠕变沉降三部分。当总沉降量或不均匀沉降超过建筑物允许沉降值时，影响建筑物正常使用造成工程事故。特别是不均匀沉降，将导致建筑物上部结构产生裂缝，整体倾斜，严重的造成结构破坏。建筑物倾斜导致荷载偏心将改变荷载分布，严重的可导致地基失稳破坏。上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•湿陷性黄土遇水湿陷、膨胀土的雨水膨胀和失水收缩就属于这个问题。•２．地基失稳造成工程事故•在荷载作用下，地基土中产生了剪应力，当局部范围内的剪应力超过土的抗剪强度时，将发生一部分土体滑动而造成剪切破坏，这种现象即为地基丧失了稳定，即失稳。•３．土坡滑动造成工程事故•建在土坡顶、土坡上和土坡坡趾附近的建筑物会因土坡滑动产生破坏。造成土坡滑动的原因很多，除坡上加载、坡脚取土等人为因素外，还有土中渗流等自然因素。土中渗流会改变土的性质，特别是会降低土层界面强度。上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•４．地基渗流造成工程事故•土是有连续孔隙的介质，当在水位差作用下，地下水在土体中渗透流动的现象称为渗流。渗流不仅对土体有压力或浮力作用，当它在土体孔隙中流动时，还对土颗粒产生渗透力，由于渗透力的作用，渗透水流可能将土体中的细颗粒冲走或使颗粒同时浮起而流失，导致渗透变形。渗透变形开始时都是局部的，若不及时加以防治，将会引起工程事故。•５．特殊土地基工程事故•特殊土地基主要是指湿陷性黄土（大孔土）地基、膨胀土地基、冻土地基及软土地基等。特殊土的工程性质与一般土的不同，其地基工程事故也有其特殊性。上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•湿陷性黄土在天然状态下具有较高强度和较低的压缩性，但受水浸湿后，结构迅速破坏，强度降低，产生显著加下沉。在湿陷性黄土地基上建造建筑物前，如果没有采取措施消除地基的湿陷性，则地基受水浸湿后往往发生事故，影响建筑物正常使用和安全，严重的甚至破坏倒塌。•膨胀土是吸水后膨胀、失水后收缩的高塑性黏土，膨胀收缩特性可逆，性质极不稳定。膨胀土的危害较大，能引起建筑物的内墙、外墙、地面开裂，建筑物产生不均匀沉降，使建筑物产生较大的竖向裂缝，有时裂缝甚至呈交叉形。上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•建造在膨胀土地基上的建筑物，随季节气候变化会反复不断地产生不均匀的抬升和下沉，建筑物的开裂破坏具有地区性成群出现的特点，建筑物的裂缝随气候变化不停地张开或闭合，而且对低层轻型房屋和构筑物的危害尤其严重，且不易修复，膨胀土上建筑物层数或建筑物荷载越小，破坏越严重。•冻土地基，土中水冻结时，其体积增大。土体在冻结时，产生冻胀，在融化时，产生收缩。土体冻结后，抗压强度提高，压缩性显著减小，土体导热系数增大，并具有较好的截水性能。土体融化时，具有较大的流变性。冻土地基因环境条件改变，地基土体产生冻胀和融化，地基土体的冻胀和融化导致建筑物开裂，甚至破坏。上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•软土指在静水或缓慢流水环境中沉积的、天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状态的饱和黏土。若处理不当，会引起上部建筑物产生过大的沉降或倾斜，甚至造成地基失稳破坏。•６．地震造成工程事故•地震对建筑物的影响不仅与地震烈度有关，还与建筑场地效应、地基土动力特性有关。对同一类土，因地形不同，可以出现不同的场地效应，房屋的震害因而不同。在同样的场地条件下，黏土地基和砂土地基、饱和土和非饱和土地基上房屋的震害差别也很大。地震对建筑物的破坏还与基础形式、上部结构、体型、结构形式及刚度有关。•７．其他地基工程事故上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•除了上述情形外，诸如地下铁道、地下商场、地下车库和人防工程等地下工程的兴建，地下采矿造成的采空区，以及地下水位的变化，均可能导致影响范围内地面下沉，从而造成地基工程事故。•四、地基工程事故分析与实例•（一）地基变形造成工程事故•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，则影响正常使用。若倾斜不断发展，重心不断偏移，严重的将引起建（构）筑物倒塌破坏。上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•（２）墙体产生裂缝。不均匀沉降使砖砌体承受弯曲而导致砌体因受拉应力过大而产生裂缝。长高比较大的砖混结构，若中部沉降比两端沉降的大，可能产生八字裂缝，如图３-１所示；若两端沉降比中部沉降大，则可能产生倒八字裂缝，如图３-２所示。•（３）柱体断裂或压碎。不均匀沉降将使中心受压柱体产生纵向弯曲而导致拉裂，严重的可造成压碎失稳。•２．事故原因分析•地基变形沉降大是地基工程中较常见的质量问题，其原因包括以下几方面：•（１）未搞清地基中的软弱土层、暗沟、暗塘和古墓等。上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•（２）明知地基软弱，但设计未进行沉降验算或未采取适宜设计方案预防沉降。•（３）上部结构荷载密度过大、基础偏小或荷载增大（如房屋加层），使地基超负荷而加大变形。•（４）地基浸水湿陷，地下水位变化及产生管涌、潜蚀等，使地基承载力下降，变形增大。•（５）邻近基坑开挖，但原基础未采取相应的稳定加固措施，或新建建筑沉降使原建筑地基沉降增大。•３．事故处理措施上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•当发现建筑物产生不均匀沉降导致建筑物倾斜或产生裂缝时，首先要搞清不均匀沉降发展的情况，然后再决定是否需要采取加固措施。若必须采取加固措施，则要确定其处理方法。•如果不均匀沉降会继续发展，首先要通过加固地基基础遏制沉降继续发展，如采用锚杆静压桩托换，或其他桩式托换，或采用地基加固方法。沉降基本稳定后，再根据倾斜情况决定是否需要纠倾，未影响安全使用的可不进行纠倾，对需要纠倾的建筑物，视具体情况可采用迫降纠倾法、顶升纠倾法或综合纠倾法。•（二）地基失稳造成工程事故•１．事故破坏形式上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•地基承载力是基础设计中一个重要的指标，在荷载作用下，当地基承载力不能满足要求时，地基可能产生冲切剪切破坏、整体剪切破坏、局部剪切破坏等破坏形式。•（１）冲切剪切破坏。压缩性较大的软黏土和松砂，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，故称为冲切剪切破坏。•（２）整体剪切破坏。当荷载大于某数值时，基础急剧下沉。同时，基础周围的地面有明显的隆起现象，继而基础倾斜，甚至倒塌，地基发生整体剪切破坏。•（３）局部剪切破坏。上一页下一页返回第二节地基工程事故原因分析与处理•与整体剪切破坏类似，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，但基础无明显的倾斜或倒塌。•地基失稳破坏往往是灾难性的，地基失稳造成的工程事故补救比较困难，建筑物地基失稳破坏将导致建筑物倒塌破坏，造成人员伤亡，对周围环境产生不良影响。因此，地基失稳造成的工程事故重在预防。除在工程勘察、设计、施工、监理各方面做好工作外，进行必要的监测也是重要的，对地基失稳预兆（如沉降速率过大）应高度重视。若发现沉降速率或不均匀沉降速率较大，应及时采取措施，进行地基基础加固或卸载，以确保安全。在进