工程事故分析与处理 第6章 地基与基础处理

1第6章地基与基础工程事故处理6.1地基工程事故类别及特征地基产生过量的变形或不均匀变形，使上部结构开裂、倾斜，削弱和破坏了结构的整体性、耐久性，并影响到建筑物正常使用。严重者，地基失稳导致建筑物倒塌。6.1.1地基失稳造成工程事故作用在地基上的荷载超过地基承载力，地基将产生剪切破坏而整体滑动或急剧下沉，造成房屋的倾斜或严重受损。2整体剪切破坏局部剪切破坏冲切剪切破坏36.1地基工程事故类别及特征6.1.2地基变形造成工程事故地基在荷载作用下产生沉降，包括瞬时沉降、固结沉降和蠕变沉降。当总沉降量或不均匀沉降量超过建筑物允许沉降量时，影响建筑物正常使用或安全造成工程事故。均匀沉降对上部结构影响不大，但沉降量过大，可造成室内地坪低于室外地坪，引起雨水倒灌、管道断裂，以及污水不易排出等问题。46.1.2地基变形造成工程事故不均匀沉降造成建筑物偏斜和产生裂缝。不均匀沉降过大对上部结构的影响：（1）产生裂缝使砖砌体承受弯曲导致砌体因拉应力过大而产生裂缝。56.1.2地基变形造成工程事故（2）柱体断裂或压碎使轴心受压柱产生纵向弯曲而导致拉裂。66.1.2地基变形造成工程事故（3）建筑物产生偏斜高耸构筑物，不均匀沉降将引起建筑物偏斜。若偏斜较大，则影响正常使用。76.1.3人工地基工程事故1.砂、石垫层置换加固地基将软弱土层挖除，换填结构较好的砂、石，或素土、石屑、粉煤灰等材料，形成素土地基（土垫层）、灰土地基或砂垫层和砂石垫层地基等。砂（砂石、碎石）垫层既要有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出。容易出现的问题：①砂垫层与砂石垫层不密实；②寒冷地区冬季施工砂石垫层，砂石被冰所包裹，春季融化，造成垫层迅速下沉。③对于深厚软土层上，且有荷载差异的建筑物来说，该法不能消除不均匀沉降，而且差异沉降发展也较快，对上部结构的危害性甚至比天然地基大。86.1.3人工地基工程事故2.灰土桩挤密加固地基利用打入钢套管（或振动沉管）在地基中成孔，通过“挤”压作用，使地基土得到加“密”，然后在孔中分层填入灰土后夯实而成灰土桩。灰土桩与桩间土共同组成复合地基。容易出现的问题：①桩内松散灰土未夯实；②桩标高不符合设计要求。③放线漏放，使得桩数不够。96.1.3人工地基工程事故3.生石灰桩挤密加固地基利用打入钢套管（或振动沉管）在地基中成孔，填入石灰夯实，产生吸水、膨胀、发热以及离子交换作用，使桩柱硬化，成形后与桩间土组成复合地基。容易出现的问题：①生石灰质量与桩长等不符合设计要求；②桩标高不符合设计要求。③石灰桩施工结束，未及时封顶或过早开挖基坑，使得生石灰桩径向约束大大降低，以致基底有大面积隆起或混凝土垫层开裂。106.1.3人工地基工程事故4.强夯法加固地基利用不同重量的夯锤，从不同的高度自由落下，产生很大的冲击力处理地基的方法。冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。容易出现的问题：①夯点选择、夯击后间歇时间、夯击次数等不合理，造成夯击过程中地面出现隆起和翻浆现象；②地基土中有冻土、淤泥，以及地下水、土的振动液化等原因，致使强夯后未能满足设计要求的密实度。③土层中存在软土夹层，影响加固深度与加固效果。116.1.3人工地基工程事故5.碎石挤密桩加固地基用振动沉桩机将钢套管沉入土中，再灌入并密实碎石而成形成的碎石桩体，与原地基土共同组成复合地基。容易出现的问题：①桩身缩颈；②灌石量不足，使碎石挤密桩密实度达不到设计要求；③桩未达到设计标高；桩体偏斜过大；④断桩。126.1.3人工地基工程事故6.深层搅拌法加固地基以水泥、石灰等材料作为固结剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地将软粘土和固化物强制拌合，使软粘土硬结成具有整体性和水稳定性的柱状、壁状和块状等的水泥加固土体。容易出现的问题：①工艺不合理，搅拌机械提速不均匀等造成搅拌体质量不均匀；②注浆泵损坏，喷浆口堵塞，管道内有硬结快及杂物，水泥浆稠度不合适等造成喷浆不正常；③工艺不适当，粘土颗粒的粘结力强等原因造成施工中发生抱钻或冒浆现象。136.1.3人工地基工程事故7.旋喷法法加固地基用钻机把带有合金喷嘴的注浆管钻进土中预定位置，通过高压泵，把浆液（水泥浆）喷射到土中，浆液喷射流把一定范围内土层射穿，使原状土破坏，同时钻杆以一定速度渐渐向上提升，将被浆液射流切削的土粒与浆液进行搅拌混合，胶结硬化后，在土中便形成新的固结体，达到加固地基的目的。容易出现的问题：①加固体的成桩直径不同，桩身强度不均匀，局部出现缩颈；②钻孔沉管困难，并出现偏差过大及冒浆现象。146.1.4特殊土地基工程事故1.湿陷性黄土地基工程事故黄土在一定压力作用下受水浸湿，土体结构迅速破坏而发生显著附加下沉称为湿陷性。在其自重压力下受水浸湿发生湿陷的称为自重湿陷性黄土；在其自重压力下受水浸不发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。防止措施:①通过地基处理消除建筑物地基的全部湿陷量和部分湿陷量；处理方法主要有：垫层法、强夯法、预浸水法、灰土桩、碎石桩、搅拌桩等。②防止水浸入地基，避免地基土体发生湿陷；③加强上部结构刚度，采取合理体型，使建筑物对地基湿陷性变形有较大的适应性。156.1.4特殊土地基工程事故2.膨胀土地基工程事故膨胀土是具有较大的吸水膨胀和失水收缩变形特征的高塑粘性土，自由膨胀率一般超过49%。膨胀土地基吸水膨胀，失水收缩将造成地基上建筑物及市政设施破坏。防治措施:①排水和保湿措施②换土（置换范围厚度宜采用基础宽度的1.8~2.2倍，宽度宜采用基础宽度的1~1.2倍）；③加深基础埋深（1.2~3.0m）或采用桩基础。16散水灰土沟壁塑料薄膜帷幕保湿帷幕示意图17散水素土夯实砂子沟壁保湿暗沟示意图186.1.4特殊土地基工程事故4.盐渍土地基工程事故盐渍土含盐量较高，固相中有结晶盐，液相中有盐溶液。盐渍土地基浸水后，因盐溶解而产生地基溶陷。盐渍土中盐溶液还将腐蚀建筑物材料。防治措施:①桩基础；②加大混凝土保护层；③增强结构刚度，提高适应变形的能力。196.1.5地震造成工程事故地震时饱和砂土和粉土地基可能产生液化，饱和软粘土地基可能产生震陷。造成地基承载力降低甚至丧失，引起建筑物产生较大的沉降和不均匀沉降，造成建筑物的严重破坏。地震对建筑物的影响与地震烈度和建筑物场地效应、地基土动力特性有关，还与基础型式、上部结构、体型、刚度等有关。防治措施:①建筑物场址的选择；②基础类型选择；③结构类型选择；④地基处理。206.1.6地基渗流造成工程事故◆渗流造成潜蚀，在地基中形成土洞、溶洞或土体结构改变，导致地基破坏；◆渗流形成流土、管涌导致地基破坏；◆地下水位下降引起地基中有效应力改变，导致地基沉降，严重的可造成程事故。其他地基工程事故：土坡滑动；采矿造成的采空区；地下水位的变化等。216.2地基工程事故的原因6.2.1地质勘察问题不能正确了解建筑场地土质分布、各土层物理力学性质，错误估计地基承载力和地基变形特征，导致发生地基与基础工程事故。1.工程勘察工作不符合要求1）没按规定要求进行勘察工作。如勘察布孔间距偏大、钻孔取土深度太浅，不能全面反映建筑场地地基土层实际情况。226.2.1地质勘查问题1.工程勘察工作不符合要求2）勘察工作质量事故。取土、试样储运和土工试验中发生质量问题，导致提供的勘察报告不能反映实际情况，如提供的土的强度指标和变形模量与实际情况差距很大。236.2.1地质勘查问题2.建筑场地工程地质和水文地质情况非常复杂地基中存在尚未发现的软弱层、暗浜、古河道、墓穴、古井等。3.没有按规定进行工程勘察工作不按规定进行工程勘察工作，及地质勘察报告不详细、不准确。246.2.2设计方案及计算问题1.设计方案不合理不能根据建筑物上部结构荷载、平面布置、高度、体型，场地工程地质条件，合理选择地基处理方案和基础形式。2.设计计算错误1）荷载计算不正确，低估实际荷载，导致地基超载造成地基承载力或变形不能满足要求。2）基础设计方面错误。基础底面积偏小。或基础底平面布置不合理，造成不均匀沉降偏大。3）地基沉降计算不正确导致不均匀沉降失控。256.2.3施工质量问题1.不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。2.未按技术操作规程施工施工人员在施工过程中不按操作规程施工，甚至偷工减料。3.材料不合格所用材料的规格、质量不符合设计要求等。266.2.4环境及使用问题1）地下工程或深基坑工程施工对邻近建筑物地基与基础的影响；2）建筑物周围地面堆载引起建筑物地基附加应力增加导致建筑物沉降和不均匀沉降进一步发展；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）地下水变化对建筑物地基的影响；5）建筑物加层、维修、使用等影响。276.3地基事故的分级标准和处理方案6.3.1地基事故的分级标准建筑物损坏程度分级事故判断严重程度不均匀沉降超过规范容许值，墙面出现1㎜以下裂缝或稍有倾斜1不均匀沉降超过规范容许值，墙面与梁柱有少量裂缝，门窗开启不灵2不均匀沉降显著或均匀沉降很大，承重墙、梁、柱普遍开裂，或倾斜明显，影响安全使用3不均匀沉降严重，或结构破损，危及安全，不能使用4286.3.2托换技术对既有建筑物的地基和基础进行处理与加固，或在既有建筑物基础下修建地下工程（如隧道穿越），以及邻近建造新工程而影响到既有建筑物安全等问题的处理技术。托换技术分类：◆按施工方法分：扩大基础面积；墩式托换；桩式托换；地基加固等。◆按性质分：补救性托换；预防性托换；维持性托换。296.3.3调查研究为制定地基处理技术方案提供依据。1.基本调查：◆工程情况：场地；环境；结构等。◆事故情况：时间、经过；事故现状和实测数据，人员伤亡和经济损失；是否进行过处理；沉降与裂缝实测资料。◆查阅原有地质勘察报告：摸清地基的持力层、下卧层和基岩的性状和埋深；地基土的物理力学性能；地下水位及其变化和补给等情况。301.基本调查：◆复核原有建筑结构设计图纸：了解该建筑物的结构、构造和受力特征。◆检查竣工验收资料：了解施工过程中所发生的各种问题（建筑材料、成品、半成品的质量），以及施工变更记录。◆生产、使用等情况：生产或使用情况是否与设计相符，是否有变更及其具体影响；312.补充调查：◆补勘：当地质资料不完整、不准确或没做过勘察工作时，须进行补勘（差异沉降大、开裂、倾斜等问题严重的部位）。◆补查：对计算书进行必要的核算；对隐蔽工程局部开挖检查落实等。◆补测：对建筑物进行补充沉降观测；326.3.4地基事故处理的程序和注意事项1.地基和基础加固的工作程序调查—鉴定—拟定方案—方案优化—施工方案—施工◆施工人员要对地基基础加固目的、加固原理、技术要求和质量标准等心中有数；严格控制质量；◆加强施工期间的沉降观测。对重要的或对沉降有严格限制的建筑，应在加固后继续进行长期沉降观测。336.3.4地基事故处理的程序和注意事项2.地基和基础加固方案的选择处理的目的在于加强基础和改善地基的承载能力，有效地传递建筑物荷载，从而控制沉降，减少差异沉降，根除病害，使建筑物恢复安全使用。处理方案：基础扩大（基础加宽或联片）、墩式置换、地基处理（如灌浆）、做桩设梁（或台）托换原地基、调整沉降纠偏等。有时尚需采取排水、支挡、减重和护坡等措施综合治理。342.地基和基础加固方案的选择方案选择考虑的因素：1）地基事故的类型、范围大小、变形特征；2）建筑场地地基土分布与组成状况、地下水位高低与水质（有无侵蚀性）、所需新持力层埋藏深度等；3）该建筑物现状，如结构与基础类型、完整程度、荷载大小等；4）周围房屋的密集程度；5）施工条件、经验、费用等。352.地基和基础加固方案的选择例如：某浴室建造在Ⅲ级湿陷性黄土地基上，由于管道漏水发生湿陷事故。但因场地湿陷性土层太厚，采用灌浆法造价太高。根据该地区地下水较低和黄土开挖后可保持竖直边坡的特点，采用施工简易的基底下直接做墩的处理方法。对于荷载大、上部结构刚度较好，地质条件复杂，持力层埋藏深，地下水位较高的地区，可采用桩式托换。362.地基和基础加固方