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1、 建筑工程质量事故分析第2版 第二章地基与基础工程质量事故分析与处理 第一节地基工程质量事故分析与处理第二节基础工程质量事故分析与处理第三节工程实例分析 第一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 第一节地基工程质量事故分析与处理 地基失稳事故 加拿大特朗斯康谷仓事故 1913年9月装谷物 10月17日装了31822t谷物时 1小时竖向沉降达30 5cm 24小时倾斜26 53 西端下沉7 32m 东端上抬1 52m 上部钢混筒仓完好无损 第一节地基工程质量事故分析与处理 后查明谷
2、仓基础底面单位面积压力超过300kPa 而地基中的软粘土层极限承载力才约250kPa 因此造成地基产生整体破坏并引发谷仓严重倾斜 该谷仓由于整体刚度极大 因此虽倾斜极为严重 但谷仓本身却完好无损 后于土仓基础之下做了七十多个支承于下部基岩上的混凝土墩 使用了388个50t千斤顶以及支撑系统才把仓体逐渐扶正 但其位置比原来降低了近4 0m 这是地基产生剪切破坏 建筑物丧失其稳定性的典型事故实例 第二章地基与基础工程质量事故分析与处理 图2 1荷载试验的F S曲线 第一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 第一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
3、故 广东海康县海康大旅店倒塌事故案例分析 该工程坐落在湛江市通海南岛的公路旁 雷城镇西湖塘畔的稻田边上 是一座新建的公共建筑 当时是当地最高 标准最好的一栋大楼 在进行装饰施工收尾阶段 于1982年5月3日倒塌 七层大楼一塌到底 造成一次死亡4人 重伤1人 经济损失严重的重大事故 事故分析 倒塌的原因是结构计算错误 此工程的结构设计 因设计者不具备相应的结构知识 错误计算出来的数据 远远达不到建筑物实际荷载的需要 整个框架结构计算都有错误 经过现场观察分析 找出薄弱环节进行计算 发现底层柱截面过小 柱宽只有25cm 实际配筋量只有需要量的19 01 24 35 梁柱节点构造又都未达到刚性联结的
4、要求 地基承载力取值错误 经在现场旁边1 8m的地下取土测定 其天然含水率达到65 75 这种淤泥质的容许承载力为40 50KPa 而原设计竟错误采用100 120kPa 差2 5倍 由于基础出现了严重的持续不断的不均匀沉降 使本来配筋严重不是 截面过小的梁柱构件产生日益增大的附加应力 开始是构件出现多处明显裂缝 最后是底层某些最薄弱的柱子首先达到极限受力状态 其所受荷载转递给其他底层柱 经过连锁反映 在瞬间全部结构发生破坏 导致整幢房屋一塌到底 第一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
5、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 第一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 第一节地基工程质量
6、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 第一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
7、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 第一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
8、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 第一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 第一节地基
9、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 第一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 第一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
10、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 第一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 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 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 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
11、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 第一节地基工程质量事故分析与处理 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 软土地基中当基坑内土体不断挖去 坑内土体高差使支护墙外侧土体向坑内方向挤压 4 基坑内管涌 见图2 11f 当基坑内侧地下水位过高 基底土质较差时 可能发生管涌现象 使被动土压力减小或丧失 造成支护体系失效 第一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
12、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 第一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
13、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 第一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
14、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 第一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
15、 二 设计方案及计算问题 第一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 设计者没有选择的余地 往往只能按具体情况采用天然地基或进行地基处理 3 设计计算错误 荷载不准确这类事故多数因设计者不具备相应的设计水平 未取得可靠的地质资料 就盲目进行设计 设计又没有经过相应的复核审查 使错误设计计算得不到及时纠正而酿成 三 施工问题 1 未按图施工或不按技术操作规程要求施工如上海某住宅楼 底层为框架 2 6层为混合结构 第一节地基工程质量事故分
16、析与处理 2 工程管理不善 未按建设要求与设计施工程序办事如洛阳市五层砖混结构宿舍 地基采用灰土桩处理 四 环境及使用问题1 基础施工的环境影响 振动桩 钻孔灌注桩 2 地下水位变化 施工监控 3 使用条件变化所引起的地基土应力分布变化1 房屋加层之前 缺乏认真鉴定和可行性研究 草率上马 盲目行事 2 大面积地面堆载引起邻近浅基础的不均匀沉降 此类事故多发生于工业仓库和工业厂房 3 上下水管漏水长期未进行修理 引起地基湿陷事故 在湿陷性黄土地区此类事故较为多见 第一节地基工程质量事故分析与处理 三 地基工程事故处理地基事故发生后 首先应进行认真细致的调查研究 然后根据事故发生原因和类型 因地制宜的选择相应的基础托换方法 5类原理和方法 第二节基础工程质量事故分析与处理 一 基础错位事故 一 基础错位事故类别与特征 1 基础平面错位基础平面错位包括单向或双向错位两种 2 基础标高错误基础标高错误包括基底标高 基础各台阶标高以及基础顶面标高错误 3 预留洞和预埋件的标高 位置错误 二 基础错位事故常见原因1 勘测失误2 设计错误3 施工问题 1 测量放线错误1 看图错误 第二节基础工程质量
