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1、建筑结构地基与基础工程缺陷事故的分析及预防 黄世杰 广东珠荣工程设计有限公司 摘 要： 建筑结构地基与基础工程是一项隐蔽工程, 通常在长期使用中会带来极大的安全事故, 以至于生命财产安全得不到保证, 进而造成巨大的经济损失。由此可见, 建筑结构地基和基础工程中的缺陷和事故具有普遍性、地方性和经验性等特点, 本文主要结合部分工程实践, 分别对建筑结构地基与基础工程缺陷事故的类型、原因及预防措施进行分析。关键词： 地基结构; 基础施工; 事故缺陷; 预防措施; 收稿日期：2017-9-19Received： 2017-9-191 引言建筑结构地基与基础工程缺陷事故是指由于勘察、设计、施工或监理等原
2、因造成的地基基础工程质量问题或对周围环境造成的破坏。国内外建筑工程事故调查表明, 一系列危房、倒塌房等问题是由地基变形引起的, 若地基沉降差过大、边坡失稳及基坑排水量过大, 均会引起基础破坏, 对建筑工程的稳定性和安全性造成严重影响, 因此, 加强对建筑结构地基与基础工程缺陷事故的分析与预防具有重要意义。2 地基工程事故概述建筑结构地基与基础工程缺陷事故具有一定的地方性、普遍性及突发性, 比如某楼盘一座 13 层 38m 高的高楼, 在不到 10min 的时间里向南侧整体倾倒, 最终平躺在两栋楼间的空地上。经现场调查和分析发现该楼南侧正在开挖基坑, 深度为 4.6m, 并将余泥堆在该楼的北侧,
3、 达 10m 高, 高楼两侧的压力差导致土体产生水平位移, 并且该场地的地基土均为淤泥质土, 地基土的刚度较低, 过大的水平压力超出了桩基的实际抗剪能力, 导致房屋倾倒, 具体如图 1 所示。3 建筑结构地基与基础工程缺陷常见类型3.1 地基失稳地基土的抗剪强度不足而导致地基整体失稳, 具体表现为整体或局部剪切破坏, 这种工程缺陷事故所造成的后果是建筑物发生倾斜或倒塌。3.2 地基变形在建筑物荷载作用的影响下, 地基土会产生不均匀沉降, 当建筑物的沉降量、倾斜程度等超出地基变形允许值, 则会造成建筑结构的损坏, 影响建筑物的正常使用。图 1 土方开挖堆放示意图 下载原图3.3 土坡滑动建筑物建
4、在土坡或坡顶等处, 因坡上加载、雨水渗流等原因导致土体滑动而产生破坏。3.4 地震地震对建筑物的影响与地震烈度、地基土动力特性及建筑场地类别等相关, 在场地条件等相同的情况下, 粘土地基和砂土地基、饱和土和非饱和土地基上建筑物的震害差别较大。3.5 特殊土地基特殊土地及包括湿陷性黄土地基、膨胀土地基、冻胀土地基等, 特殊土的工程性质与一般土存在较大差异, 特殊土地基工程事故具有一定的特殊性。3.6 基础工程事故基础工程事故也直接影响着建筑物的正常使用和安全, 基础工程事故可分为基础错位事故、基础构件施工质量事故等。4 建筑结构地基与基础工程缺陷事故产生原因4.1 土组成和受力的复杂性土由固相、
5、液相和空气三相组成, 三相间的特性及相对含量与相互作用决定了土的复杂性, 其复杂性使有关土的计算理论和参数选取一直处在半理论半经验状态, 确保计算准确度方面的难度较大。土是地基基础施工的承受体, 在施工过程中需经反复扰动, 在一定程度上增加了受力的复杂性, 比如打桩过程中的挤土效应;施工降水引起的土体固结;盾构机在土体推进施工中产生超孔隙水压力, 在盾构机推过后, 孔隙水压力则会逐渐消散, 即土体施工期间的主固结会随着时间的增长而发生流变位移。4.2 特殊土一些岩土的结构稳定性较低, 一旦受到扰动, 土的强度会大幅降低, 甚至呈现流塑状态, 极易造成建筑物下沉、桩的倾斜偏位等。比如湿陷性黄土的
6、湿陷性, 一旦受水浸湿, 土的结构会产生迅速破坏, 并引起显著的附加沉降, 这种情况下易造成建筑物出现不均匀沉降或破坏等现象。4.3 土的成层性和非均匀性地基土通常由诸多性质差异较大的土层组成, 比如图 2 所示的上硬下软土层分布情况, 当将上部较硬土层作为持力层时, 极易扩大建筑物的沉降幅度、延长沉降时间, 这种缺陷事故类型在一些沿湖、沿海地区极易出现。比如某工业展览馆于开工建设当年年底所测试的基础平均沉降量为 600mm, 三年后实测中央大厅四周的沉降量在 12281465.6mm 间, 可见地基下沉严重, 造成了室内外连接困难、内外管网破裂等一系列问题。图 2 上硬下软土层示意图 下载原
7、图土层的非均匀性会导致建筑物的沉降差异。比如某项目在建成后 (图 3) , 经检测发现建筑物上部结构墙体出现大规模裂缝, 地基基础南北沉降差异较大, 最大沉降差达到 132mm, 建筑物整体倾斜值为 0.417%, 该值已经超出了国家相关标准的地基变形允许值。而造成该建筑物沉降差异的主要原因在于粉质黏土层局部缺失, 而沉降大的部位即出现在粉质黏土层缺失的部位。图 3 某建筑物各点沉降量 (单位:mm) 下载原图4.4 地下水的影响地下水对地基基础的影响较大, 其升降可能会引起建筑物上浮、开裂等问题, 相关调查报告显示, 国内每年因基坑降水造成地面沉降、地下管线开裂的事故所占比例较大。比如某建筑
8、在开挖基坑的过程中, 日抽水量达 1 万 m, 抽水时间30d, 造成周边 100m 范围内相关建筑物出现不同程度的开裂现象, 造成了巨大的经济损失。地下室设计应参考地勘资料提供的抗浮设防水位计算地下室水浮力, 如果水浮力超过建筑物恒荷载, 应进行锚杆或抗拔桩设计。5 建筑结构地基与基础工程缺陷事故预防措施5.1 地基与基础的加固措施(1) 置换法。利用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中的软弱土体或不良土体, 形成双层地基或复合地基, 以减少地基沉降的可能性;(2) 排水固结。在一定的荷载作用下固结, 以达到提高承载力、减少沉降的目的。常见的排水固结法包括超载预压法、真空预压和堆载预压联
9、合作用等;(3) 灌入固化物。向土体内灌入水泥、石灰或其他化学固化浆材, 使其能在地基中形成增强体, 进而达到地基处理的目的;(4) 振密、挤密法。采用振动或挤压的方法, 使地基土体密实密实以达到提高地基承载力和减少地基沉降的目的。(5) 加筋法。主要是在地基中设置高强度、模量大的材料, 以达到提高地基承载力的目的。5.2 确保工程建设关键指标的合理性在建筑结构地基基础设计中, 地基承载力是一个关键的指标, 各类地基所能承受基础传来荷载的能力有一定的极限值, 超过这一极限值极易引起建筑物出现较大的不均匀沉降、建筑物倾倒或严重受损等问题。因此, 设计人员应高度重视勘查报告所提供的地基承载力建议值
10、, 严格计算持力层和软弱下卧层的承载力, 必要的话可开展荷载试验对地基承载力进行验证。施工人员应按设计要求在施工期间及使用期间对建筑物进行沉降变形观测, 如果地基变形量超出规范要求, 应立即停工, 并与勘查单位、设计单位和施工单位等负责人进行协商, 以采取必要的措施避免建筑物发生灾难性破坏。5.3 提高建筑地基设计的科学性(1) 在全面了解工程地质条件的基础上, 做到精心设计与施工。根据建筑物对地基的要求进行地基基础设计, 并在设计中考虑地基、基础和上部结构的整体性;(2) 重视建筑场地工程地质、水文条件: (1) 结合建筑场地特点和建筑物实际情况, 合理确定工程勘察的目的、任务; (2) 在
11、工程勘察报告中应明确建筑场地工程地质、水文条件等情况, 预防地基和基础的工程缺陷事故; (3) 重视钻孔深度的选择, 若钻孔深度不符合设计要求, 则会影响地基的沉降或地基承载力计算的准确值, 进而影响地基土的变形值, 这种情况下极易引起建筑物的不均匀沉降, 以致出现裂缝。因此, 应严格按照设计要求确定合适的钻孔深度。6 结语本文对建筑结构地基和基础工程缺陷事故的特点进行了总结, 并对建筑结构地基和基础工程事故的原因进行了分析和探讨, 得出以下结论:工程缺陷事故的发生较高、发生事故时间段不确定、事故处理难度大, 应以预防为主;建筑结构地基与基础施工不当极易引起工程缺陷事故, 故施工中应注意周边环境的影响;经对建筑结构地基与基础工程缺陷事故原因的正确分析, 可见采取有效的事故处理和预防措施是非常必要的。参考文献1龚晓南.地基处理手册 (第三版) .中国建筑工业出版社, 2008, 9. 2韩建强, 张晓伦, 黄俊光, 等.广州南沙软土地基基础事故浅析J.工业建筑, 2016, 46 (4) :163168. 3周智, 衡朝阳, 孙曦源.隧道下穿施工诱发框架结构建筑物变形规律研究J.岩土工程学报, 2015, 37 (s1) :110114. 4陆伟, 杨明珊, 段尔焕.某坡地建筑上部结构、地基及基础共同作用的抗震分析J.四川建筑科学研究, 2014, 40 (6) :150153.
