1、軟土地區(qū)工程事故實(shí)例 主講人：李顯忠 中國(guó)建筑科學(xué)研究院,巖土工程一般是隱蔽工程，工程質(zhì)量的控制更需要施工單位的巖土工程師加強(qiáng)責(zé)任感，提高技術(shù)水平，不要犯低級(jí)的錯(cuò)誤。 從我國(guó)近年來重大工程事故發(fā)生的頻率、后果的嚴(yán)重性和事故的原因來看，值得我們總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以杜絕重大事故。 在嚴(yán)格監(jiān)測(cè)的條件下，重大事故應(yīng)該可以避免，但許多事故的教訓(xùn)都是在監(jiān)測(cè)眼皮底下發(fā)生的。,18層樓整體爆破拆除，樁的最大偏位從1700mm變?yōu)?70mm。 去年那次基坑整體垮塌了，監(jiān)測(cè)還說基坑的變形很小。 13層樓倒塌，也說倒塌前樓沒有很大的變形。 軟土地區(qū)10m深基坑放坡開挖竟然沒有位移監(jiān)測(cè)。 18年前那次基坑垮塌之前半個(gè)月，

2、路面1天沉降150mm也沒有報(bào)警。,施工中工程安全度的失控原因，從現(xiàn)象上看，是偷工減料，趕進(jìn)度，但從技術(shù)上看卻是技術(shù)人員缺乏最起碼的安全度控制的知識(shí)，缺乏實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)安全度的意識(shí)。 在事故頻發(fā)的深基坑工程領(lǐng)域中，存在著超挖不按設(shè)計(jì)驗(yàn)算的工況挖土和及時(shí)支撐、該加固被動(dòng)區(qū)的不加固、挖出的土亂棄土以及違背先地下、后地上施工的原則。 這些一直都是基坑工程施工中的頑癥，是許多重大工程事故的主要原因。,設(shè)計(jì)是根據(jù)各個(gè)工況分別進(jìn)行計(jì)算，然后按照包絡(luò)圖的軸力、彎矩、剪力設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐。 一旦超挖，圍護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的內(nèi)力就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)值，安全度就急劇降低。 什么是設(shè)計(jì)工況？,不按照設(shè)計(jì)工況施工的案例,前面

3、介紹的這個(gè)深基坑工程的事故中，由于設(shè)計(jì)表達(dá)式兩邊不匹配，設(shè)計(jì)安全度的不足已經(jīng)使基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)處于病態(tài)工作，而施工的超挖更使這個(gè)深基坑工程雪上加霜，一場(chǎng)重大工程事故終于不可避免地發(fā)生了。 從下面的照片中可以看出超挖的嚴(yán)重程度，如此嚴(yán)重的超挖，不出事故才怪呢？,從這個(gè)斷面來看，設(shè)計(jì)考慮了坑底注漿以加強(qiáng)被動(dòng)區(qū)的抗力，但施工時(shí)卻沒有按照設(shè)計(jì)要求去做，沒有在被動(dòng)區(qū)注漿，被動(dòng)抗力不足，設(shè)計(jì)時(shí)賴以維持圍護(hù)結(jié)構(gòu)平衡的被動(dòng)抗力缺失了。,與超挖一樣，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了的坑底加固部位的抗力，但實(shí)際沒有加固，被動(dòng)抗力不復(fù)存在，于是本來可以穩(wěn)定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)失去了支承條件，圍護(hù)結(jié)構(gòu)就不可避免地傾覆了。 從安全度的構(gòu)成來看，超挖是

4、從加大設(shè)計(jì)表達(dá)式中的作用項(xiàng)來降低安全度，而坑底加固的缺失，降低了被動(dòng)區(qū)的抗力，降低了設(shè)計(jì)表達(dá)式中的抗力來降低安全度。,如果在同一個(gè)基坑中，既不加固被動(dòng)區(qū)而又超挖，在設(shè)計(jì)表達(dá)式兩邊，抗力降低而作用又增大，安全度就急劇降低。 許多工程事故有驚人的相似之處，在10年前、20年前發(fā)生過的事故，現(xiàn)在還在一再發(fā)生，這不得不使人感到?jīng)]有真正發(fā)揮“前車之鑒”的作用。在工程技術(shù)人員中進(jìn)行工程事故的剖析教育是何等重要。,最近一次重大的基坑事故，究其主要原因，仍不外乎超挖和沒有坑底加固這兩項(xiàng)頑癥。 這是一個(gè)四道支撐的深基坑，開挖深度為16m，由于施工超挖，第四道支撐沒有及時(shí)支撐。經(jīng)反算，由于沒有第四道支撐的作用，致

5、使第三道支撐的軸力增加了4347，地下連續(xù)墻的彎矩增加了3751，剪力增加了3840。,除了上述超挖和坑底被動(dòng)抗力的缺失之外，基坑工程施工的第三個(gè)頑癥就是亂棄土。盡管，在基坑設(shè)計(jì)中，對(duì)基坑周圍的地面荷載也作了規(guī)定，設(shè)計(jì)考慮了一定數(shù)量的地面荷載所產(chǎn)生的土壓力，留有一定的裕度，但施工也經(jīng)常在基坑周邊堆放超過規(guī)定的重物，包括建筑材料和棄土。由于坑邊超載而產(chǎn)生的圍護(hù)結(jié)構(gòu)過大變形，甚至基坑破壞的事故時(shí)有發(fā)生，直到最近擠到了一幢小高層。,對(duì)于重大工程事故，除了責(zé)任查處和經(jīng)濟(jì)理賠之外，在技術(shù)上展開充分的討論，分析事故產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)理，從保證實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)安全度控制的角度進(jìn)行技術(shù)上的總結(jié)，發(fā)揮反面教材的作用，是巖土工

6、程界值得重視的一件工作，也應(yīng)該是巖土工程師繼續(xù)教育的重要內(nèi)容。 對(duì)于這一工程事故，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的資料，抽象出體系破壞的力學(xué)模型，進(jìn)行事故的機(jī)理分析。,在軟土地區(qū)，地面堆載究竟能產(chǎn)生多大的水平推力和多大的水平位移？事故現(xiàn)場(chǎng)的資料當(dāng)然是最直接的，如果不充分，可以借鑒其他的資料佐證，進(jìn)行工程類比分析，這也是巖土工程師很常用和很有效的分析思考工程問題的方法。 地面堆載對(duì)相鄰建筑物變形的影響和地基穩(wěn)定性分析的數(shù)據(jù)是非常寶貴的資料?？梢杂兄谒伎己头治觯獙W(xué)會(huì)借鑒、分析與思考。,在建筑物的運(yùn)營(yíng)階段，仍然存在施工時(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的工程安全度能否得以繼續(xù)保持的問題。特別是對(duì)活荷載占的比例比較大的工業(yè)建筑物，如果

7、在建筑物使用過程中，沒有按照設(shè)計(jì)計(jì)算所控制的要求加載，工程的設(shè)計(jì)安全度控制就得不到保證，輕者出現(xiàn)建筑物的開裂和損壞，重者發(fā)生重大的工程事故。例如工業(yè)車間室內(nèi)外地坪的大面積堆料，車庫(kù)、油罐使用時(shí)的加料速度控制不當(dāng)，都會(huì)引發(fā)工程事故。,著名的加拿大特朗斯康谷倉(cāng)，設(shè)計(jì)時(shí)沒有進(jìn)行勘察，建成后使用時(shí)發(fā)生地基失穩(wěn)傾倒的事故。 吳涇焦化廠配煤房則是我國(guó)的著名一項(xiàng)工程事故，它的典型性在于深刻地揭示了加載速率對(duì)地基穩(wěn)定性的重要影響，同時(shí)，它又成功地采用技術(shù)措施糾傾成功。,加拿大特朗斯康谷倉(cāng),加拿大特朗斯康谷倉(cāng)長(zhǎng)59.44m，寬23.47m，高31.00m，容積36368m3。 谷倉(cāng)的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏基，厚61

8、cm，埋置深度3.66m。 谷倉(cāng)于1911年開始施工，1913年秋竣工。 谷倉(cāng)自重20000t，相當(dāng)于裝滿谷物后滿載重量的42.5。1913年9月起，往谷倉(cāng)裝谷物，10月當(dāng)谷倉(cāng)裝了31822m3時(shí)，發(fā)現(xiàn)1小時(shí)內(nèi)沉降達(dá)30.5cm。谷倉(cāng)向西傾斜，并在24小時(shí)內(nèi)傾倒，但谷倉(cāng)結(jié)構(gòu)沒有損壞。,對(duì)谷倉(cāng)地基沒有事先進(jìn)行取土試驗(yàn)，根據(jù)相鄰項(xiàng)目的資料，計(jì)算承載力為352kPa。 谷倉(cāng)的地基由厚3m的近代沉積黏土、12.2m厚的冰河沉積的黏土和3m厚的老黏土組成。 谷倉(cāng)倒塌40年后，1952年，加拿大國(guó)家研究委員會(huì)建筑研究部會(huì)同Peck教授，取土補(bǔ)做了試驗(yàn)，粘土層的含水量隨深度增加，從40增加到60，無側(cè)限抗壓

9、強(qiáng)度從118.4kPa減少到70.0kPa。,平均液限105，塑限70%，塑性指數(shù)70。 用淺層的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度118.4kPa， 按太沙基公式計(jì)算地基極限承載力為 59.25.71338kPa 根據(jù)荷載資料，總荷載47058.8 t，其中谷物的重量為27058.8 t?；卓倝毫?37.3kPa。 結(jié)構(gòu)自重的基底壓力為143.36kPa，活荷載的基底壓力為193.96kPa。,估算安全系數(shù)的結(jié)果 谷倉(cāng)自重的安全系數(shù) 338/143.36=2.36 谷倉(cāng)加載后的安全系數(shù) 338/337.32=1.002 工程處于極限狀態(tài)。,工業(yè)構(gòu)筑物的過大傾斜,一座30m高的筒倉(cāng) 最大沉降速率達(dá)到每晝夜45

10、mm！ 15天內(nèi)傾斜從2.7 發(fā)展到14.1 2 年傾斜達(dá)到24 會(huì)不會(huì)成為第二個(gè)加拿大谷倉(cāng)？,焦化廠配煤房,基本數(shù)據(jù),47.5m10.8m筏形基礎(chǔ) 5個(gè)直徑8m、高31m的儲(chǔ)煤斗 基礎(chǔ)埋置深度1.5m 構(gòu)筑物自重壓力76kPa 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)： 三軸不排水強(qiáng)度20kPa 十字板強(qiáng)度22kPa,焦化廠配煤房?jī)A斜事故,結(jié)構(gòu)完工后3個(gè)月 平均沉降47mm，沉降速率0.5mm/d 傾斜2.7 ，還比較正常 完工后6個(gè)月投產(chǎn) 5天裝煤215噸 加煤停止時(shí)沉降速率810mm/d； 第4天，2745mm/d，加速沉降，危險(xiǎn)！,沉降的發(fā)展,沉降速率的變化,傾斜的急劇發(fā)展與糾傾時(shí)的回傾,荷載與地基承載力,地基極

11、限承載力： 按固結(jié)快剪指標(biāo)為202kPa 按不固結(jié)不排水剪指標(biāo)為135kPa 建筑物恒載38000kN，產(chǎn)生基底壓力76kPa， 裝煤21500kN，產(chǎn)生基底壓力44kPa 活載與恒載之比0.57 基底總壓力120kPa,安全度分析,如果不快速加煤，安全系數(shù)1.68；實(shí)際快速加煤，故安全系數(shù)低于1.68；不考慮施工期的排水固結(jié)，安全系數(shù)1.13；而實(shí)際安全系數(shù)介于1.131.68之間,變形分析,加煤2年后，平均沉降630mm 堆放鋼錠糾傾以后沉降達(dá)846mm，推算最終沉降量為1150mm 按壓縮層厚度16.7m，平均模量2MPa計(jì)算，得最終沉降量689mm， 兩者之比為1.67 估計(jì)發(fā)生了側(cè)向擠出，但沒有實(shí)測(cè)水平位移的數(shù)據(jù)驗(yàn)證,借鑒堆載試驗(yàn)的資料,堆載面積22m30m，不排水強(qiáng)度31kPa 在150kPa荷載作用下，離堆載邊緣外0.7m，地面下7m處的實(shí)測(cè)水平位移810m