建筑地基基础工程事故分析

    一、前言 

    在建筑结构的建造的使用过程中，由于地基和基础工程的质量问题，使建筑物墙体和楼盖开裂影响使用的，有碍观瞻并使人有不安全感觉的，更有甚者使建筑物倒塌的事故，近几年有上升的趋势，根据统计资料显示，其中地基和基础工程的质量问题，占总事故的确21%.在建筑结构的设计和施工过程中，人们普遍认为最难驾驭的并不是上部结构，而是该工程的地基和基础工程的问题，建筑物的上部结构尽管千变万最化，复杂万分，但是在电子计算机得普遍应用，今天，它们基本上都是在设计和施工中可以被预知和掌握。而对于建筑群所在场地的地下土层分布则不然，一般地说，人们只能在设计前通过几个钻孔的土样的试验得知其少数信息，也只能在施工后，槽底的钎探结果了解其表层信息，至于更深层更全面的情况却不能全面的掌握，往往凭经验加以处理，这就产生误差，甚至错误造成对建筑物建成后的损坏，而且，地基基础都是地下隐蔽工程，建筑工程竣工后，难以检查，使用期间出现事故的苗头也不易察觉，一旦发生事故难以补救，甚至造成灾难性的后果。 

    地基基础工程事故发生可能是因勘测、设计、构造、制造、安装与使用等因素相互作用引起的。而这些因素中。某些因素引起突发事故。另一些因素可能导致消耗性逐渐发生的事故，从安全上讲，突发事故是危险的。所以，研究并探讨地基基础工程事故发生的原因，更具有普遍性。地方性和经验性，对它的分析后得到的经验教训，更是建筑工程技术人员需要不断积累的知识财富。并对地基基础工程事故采取有效的防止措施，是一个值得重视的课题。 

    二、地基与基础的工程事故的原因及防治方法 

    （一）因工程地质勘查中的错误而产生的事故工程勘察报告要全面反映建筑场地工程地质和水文地质情况，预防地基与基础的工程事故，首先对场地工程地质和水文地质条件全面正确的了解，要做到这一点关键要搞好工程勘查工作，要根据建筑物场地的特点，建筑物情况合理确定工程勘察目的和任务，勘查工作是设计的重要称序，决不能忽视而不做，也不能随便做而不考虑是否适用。特别是对复杂的、软弱的地基，更应慎重对待。即使对单层的一般性建筑，也不能不做勘查。 

    事故实例：某市修建的一座库房楼，该库房为两层楼房，平面呈一字型，东西向长47.28m，南北向宽10.68m，高7.50m.库房正中为楼梯间，东西各两大间，每间长10.89m、宽10.20m.中部有两个独立柱基。内外墙均为条形基础。此楼在使用一年后。库房西侧二楼墙上既发现有裂缝。此后裂缝数量增多，裂缝宽度展扩。据详细调查统计，大裂缝已有33条，有的裂缝长度超过1.80m，宽度达10～30mm，且地面多处开裂。6年之后，再度调查，发现裂缝长达3.20m，裂缝宽为8～10mm，且内外贯通。说明6年多来库房的沉降一直都在发展。 

    事故原因分析：原勘查失误是事故的主因，原勘查报告虽有偿个钻孔资料但仅有库房对角线的41#、46#孔分别深5.10m、5.35m，其余5个孔只有2m多，远不及基础受压层深度。更值得注意的是有2个孔已穿过有机土和泥碳层，但却未做记录，在报告中未说明，只是简单地建议地基计算强度为fk=100KN/M2.这是该库房发生严重质量问题的根源；设计人员对这份粗糙的勘查报告，并未提出补做勘查的要求。此外按规范规定对于三层和三层以上的房屋，其长高比L/H宜小于或等于2.5；本例虽为二层砌体结构，但长高比L/H=47.28/7.5=6.3，次值》25，导致房屋的整体刚度过小，对地基过大不均匀沉降的调整能力太弱。设计人员又未采取加强上部结构刚度的有力结构措施，也是导致墙体开裂的重要原因。 

    应吸取的教训：第一，工程勘查工作做的粗糙；第二，地基的选择和处理方法不当，未能使房屋坐落在比较均匀的天然或人工地基上；第三，上部结构整体刚度弱。这三点教训也就是平时常说的“情况不明，决心不大，方法不好”。 

    此外，在勘查时要重视对钻孔深度的选择。由于钻孔深度必须符合设计要求，如果不符合设计上对压缩厚度的需要，或者大不到桩所坐落的土层时，那就不可能正确计算出地基的沉降，或桩的正确承载力，也就达不到基础设计要求。因此必须按设计要求确定合适钻孔深度。如果由于勘查量不足，钻孔和探坑布点少，再加上钻孔深度不够，以致不能表达出土的不均匀性和层理的不一致性，就有可能引起建筑的翘曲和弯折而出现裂缝，造成危害和浪费…… 

    （二）因建筑物基础底面土压力过大超过地基承载力造成的事故地基承载力是建筑物地基基础设计中的一个关键指标。各类地基承受基础传来荷载的能力都有一定的限度，超过这一限度，首先发生的是建筑物具有较大的不均匀沉降，引起房屋开裂；如果超越这一限度过多，则可能因地基土发生剪切破坏而整体滑动或急剧下沉，造成房屋的倾倒或严重受损，下面列举全世界闻名的实例事故实例：加拿大特斯康谷仓，平面呈距形，长度59.44m，高度为31.00m，宽度为23.47m.容积为圆筒仓，每排 13个仓，5排，总计65个圆筒仓组成，谷仓的基础为整块钢筋混凝土筏板基础，基础厚度61cm，基础埋深为3.66m.1911年该仓开始施工，1913年秋完工。谷仓自重20000t，相当于装满谷物后总重量的42.5%.1913年底月起此谷仓装谷物，仔细装载，分布均匀。10月当谷仓装了31822m2谷物时，发现谷仓下沉，一小时沉降达31.5cm，结构物向西倾斜，并在24小时内，整个谷仓倾倒，倾倒度达26.53.谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1.52m.事故原因分析：经检查，谷仓工程未做勘察。设计根据邻近工程基槽开挖实验结果，计算地基承载力为352KPa，应用到这个谷仓。谷仓场地位于冰川湖的盆地中，地基表层为近代沉积层，厚度3m；表层下面为冰川沉积粘土层，厚度122m.1952年在离谷仓18.3m处打了一些钻孔，从钻孔的粘土原状式样测的：粘土层的平均含水率随深度而增加，从40%到60%；无侧限抗压强度从118.4 KPa减少到70.0 Kpa，平均为100 KPa；平均液限ωl=105%，塑限ωp=35%，塑性指数高达IP=70.由试验可知这层土是高胶体、高塑性的。按太沙基公式计算地基承载力f，如采用粘土层无侧限抗压强度平均值100 Kpa，则地基承载力f为278.6 KPa，小于谷仓地基破坏时的基础底面压力329.4 KPa，若用qumin=70.0 KPa计算，则f=193.5 KPa，更远小于谷仓基础滑动时的实际基底力。 

    事故主要原因：加拿大特斯康谷仓破坏的是因为谷仓事先未做勘察，设计盲目进行，采取设计荷载远超过地基土的承载力，导致谷仓发生地基整体滑动破坏的严重事故。 

    应吸取的教训：地基整体剪切破坏事故，它造成的工程事故灾害很严重，必须引起土建工程技术人员的极度重视。设计人员应慎重对待工程勘查 告提供的地基承载力建议值，严格计算基础的实际土压力，若对勘察告的建议值有怀疑，可以在做载荷试验验证。施工人员在天然地基上建造大中型工程时，应复核设计地基承载力的合理性。一旦发生地基产生较大的沉降或倾斜，必须立即停工，会同勘查、设计和使用单位共同研究。采取必要措施，防止地基和建筑物发生灾难性破坏。 

    （三）因地基中暗沟、古墓等旧构筑物影响造成的事故建筑物地基槽开挖后，可能遇到许多局部异常的情况，例如：在地基土中存在有暗沟、古墓、古井、旧基础等已废除了的构筑物，其中在暗沟、古井内往往填充疏松的建筑垃圾或淤泥软土，形成局部的松软部位，可能引起基础局部严重下沉。导致上部墙体或结构开裂；如遇古墓、防空洞等中空构筑物，则可能引起塌陷事故；至于遇到旧基础、废化粪池等构筑物，它们往往比周围天然地基坚实得多，形成软硬突变，也会造成上部结构开裂。因此在刨槽验槽过程中查明局部异常情况是十分重要的。 

    事故实例：某厂铸钢车间厂房长度66.75m，宽度39m，为三跨等高排架，柱基为钢筋混凝土杯形基础，基础一般埋置深度为2m.基础夯实干密度》ρd≥16g/cm3，夯实影响深度0.3～0.4m.厂房主体结构完工。安装吊车前发现结构开裂事故：房屋东侧地面开裂，裂缝长达15m，裂缝最大宽50～60mm，。南墙东侧开裂，裂缝最大宽20mm，钢筋混凝土圈梁亦被拉裂，裂缝多达20余条。厂房东南角向外偏移20mm.厂房东南6个基础下沉。下沉速度平均每月约3～4mm.事故原因分析：第一，未按设计要求探墓深度6～7m.实际探墓深度只有2m，事故发生后进行补探，在东南角10个柱基范围内，就探出木棺11个，位于基础下或旁边。木棺顶距基础底面约1.5～2.0m，木棺有的为空穴，有的充填淤泥。第二，厂房未经详细勘察，据初勘阶段临近厂房探坑资料，按地基土的承载力150KPa盲目设计，实际地基土非天然沉积土，而是填土，地基土的承载力仅为100～120KPa.一点经验：在地基基础施工中，遇到暗沟、古墓等旧构筑物是经常发生的。这时候最重要的是设法弄清情况，除进行必要的勘测、挖掘之外，虚心向当地人和工人请教，进行细微的调查研究，是十分必要的。然后才能作出符合实际的处理方法。 

    （四）因建筑地基发生溶蚀与管涌造成的事故 

    1、当建筑地基中存在地下水，并有下列条件时，则可能发生溶蚀与管涌事故： 

    （1）石灰岩地区经长期地下水的作用，可能发生溶洞。溶洞发育地区，将发生地基溶蚀。 

    （2）山区残积土或披积土颗粒大小相差悬殊时。在地下水流动作用下，可能发生溶蚀或管涌。 

    （3）如地基土质级配不良，地下水流速大，则地基中土的细颗粒可能被冲走，而产生管涌。 

    凡在上述地区建造的工程都应仔细进行工程地质勘察，如果认为地基中存在上述溶蚀问题，应另选场地，因为上述溶蚀事故的措施相当不容易，并且费用很高。 

    事故实例：美国东南部亚拉巴马洲净水厂建在一座小山旁，基槽开挖6m深，以建造沉淀池和过滤建筑物，工厂完工并使用一个月后。一天早上，操作人员听到很响的咕咕声，随着一连串的隆隆声，像远距离开大炮一样，过滤建筑物发生严重摇动并开裂，从顶部一直开裂到底部，同时建筑物一半发生倾斜。 

    事故原因分析：净水厂的地基土为残积土，基岩为石灰岩，裂缝发育。建筑物施工其间，施工单位不慎打破直径457的自来水总管，结果将容量为226的大水箱放空，使得大量水渗入地下，当地基受水浸泡后，由于残积土颗粒大小悬殊，细颗粒被水冲走，发生溶蚀与管涌造成的事故，导致沉淀池底部出现大的洞穴，沉淀池基础与地基之间多处产生很大的缺口，宽达15～30.由于地基严重溶蚀与管涌结果。净水厂完全遭到破坏，无法使用。 

    应吸取的教训：土建工程技术人员应该认识到地下水对工程的设计方案、施工方法和工期、建筑工程的投资和使用都有密切关系。如果对地下水处理不当，可能发生工程事故。 

    2、地下水的主要影响有： 

    （1）基础埋深——基础宜埋置在地下水位以上，冻土层厚度以下，后者与土中的毛细水有关。 

    （2）施工排水——当基础埋置地下水位以下时，基槽开挖和基础施工必须排水。如果排水不好或基槽遭踩踏都会造成隐患。 

    （3）地下水升降——下降会使建筑物产生不均匀沉降，而上升会使粘土层软花、湿陷性黄土下沉、膨胀土层吸水膨胀。 

    （4）溶蚀与管涌——在石灰岩地区地下水存在会造成溶蚀，在有承压水地区，如基槽挖除承压水以上隔水层，则可能出现大量涌水浸泡地基。 

    （5）空心结构浮起——水池、油罐、空旷地下工程埋深超越地下水位教多时，可能上浮，影响使用。 

    三、结语 

    当发生一次重大的地基基础事故后，最关键的事对这次质量事故发生的原因进行分析，只有正确的分析，才能发现事故的原发症结。进行公正的仲裁，明确事故的责任；只有正确的分析，才能找到今后应吸取的教训，化消极因素为积极因素；也只有正确的分析，才能制定出适宜的防治措施，防患于未然。对于结构设计，施工技术和使用中的错误引起的，其中大部分是主观性的错误。而当严格遵守勘查、设计与施工的标准文件的规定和相应要求，则错误是可以避免的。工程设计人员在进行地基基础的设计时，应注意以下几个方面： 

    第一，地基基础的设计应当根据建筑物的使用要求，结构型式和工地的土质条件，并结合现场具体情况，在适用与经济的前提下，要保证建筑物的主要承重结构在正常使用过程中不发生裂缝或损坏。 

    第二，地基基础工程事故是目前在建筑工程中出现得较多的问题。为防患于未然，有关人员应针对地基情况，“对症下药”认真细致地做好勘查、总体布置，选取基础类型和设计计算等方面的工作。 

    第三，有关人员不仅要研究已出现的工程事故作为“前车之鉴”，同时也应学习已有的成功经验与方法，不断提高技术水平，确保工程质量。 

    第四，在地震区中，对已发生的消耗性地基基础事故，不应忽视而应及时修好，否则在地震作用下可能转变为灾难性的工程事故。 

    第五，建议编制有关防止地基基础工程事故的法规，以使有关方面重视这项工作。