因施工不當引起的幾起地基事故分析南京南房建設監理咨詢陳彩朋吳洪如內容提要：本文通過幾起地基事故分析，指出在施工過程中，一些看似普通的做法，在一定條件下，會造成嚴重的工程事故，通過案例分析，值得引起施工從業者的重視。關鍵詞：深厚軟粘土地基、地面堆載、附加應力超空隙水壓力、固結沉降、降水漏斗曲線、房屋傾斜、降水井。近日上海閔行區蓮花河畔的一幢13層住宅樓整體倒塌，無異于在工程界引起了一場強烈“地震〞。使業內人士普遍有聞所未聞的驚嘆。而事故的原因又是出人意料的簡單，施工者犯了個低級錯誤：當大樓的一側進行地下室土方開挖時，將挖出的土堆在大樓的另一側，從而引起大樓下地基土的剪切破壞而產生的水平剪力，將樓房推到。專家在分析時指出：無知是造成施工不當的主要原因，因為無知，才會在深厚軟土地基上堆土十多米高而混然不知危險所在！教訓是深刻的。近年來因施工不當造成的重大工程事故屢屢見于報端。其實施工不當是土建工程中最常見的現象，在一定條件下就會發生事故。土建工程不是一門精確的技術，但它是一門復雜技術、一個土建工程實際是一個復雜的系統工程，一些不經意的施工做法可能會導致致命的錯誤。由于根底工程技術性復雜、隱蔽性強、質量控制難度大，往往發生事故的頻率較高，引起的后果較嚴重，因此特別值得重視與關注。筆者多年從事根底工程施工與設計，擬將一些因施工不當引起的地基事故進行分析，意在與大家共勉，不當之處望批評指正。事故1：因建筑物一側回填土方引起的房屋傾斜事故。某工程位于南京水西門外茶亭西北〔河西地區〕共有A、B、C三幢七層混合結構住宅樓，其中A、B兩幢采用沉管灌注樁，按復合地基加固設計，樁長12米，樁徑￠400，滿堂正方形布樁，米。加固后復合地基承載力要求大于120KPa，根底為帶地下室外墻〔鋼筋砼〕的整板筏基，〔整體剛度好〕，為降低基底壓力和增加根底穩定，根底板四周〔外墻〕外挑1.2米，，C幢由于位于一條圩埂之上，古代圩埂經過人工加固，地耐力滿足設計要求，故采用天然地基〔不打樁〕方案，根底同A、B兩幢，其三幢建筑的平面布置如圖〔一〕eq\o\ac(○,西)CCAB填土區eq\o\ac(○,東)圖〔一〕樁基施工完成后經荷載試驗，滿足設計承載力要求后進行建筑物結構施工，但主體完工后，發生了此三幢建筑物傾斜的工程事故，其南北沉降差異最大為286mm，傾斜率為2.66%，已超過標準0.4%規定的6.6倍。筆者接報后立即到達現場，A、B兩幢樓南側沉降均大于北側，向南傾斜，C幢向北傾斜，傾斜率均超過2.5%。在現場，筆者也看見了一個奇特的現象：A、B兩幢樓的南側填土高度近3米，而樓的北側正在原自然地坪上砌化糞池，南北高差近3米，如下列圖：南北CCB填土3米化糞池經詢問得知，因場地原標高〔吳淞高程〕僅5.7米，為解決排水、淹水問題，設計室外標高為8.5米這樣就需要回填近3米高的土方，由于場地條件限制、土方來源及施工方認為北側今后要做化糞池，填后再挖重復勞動，于是就在主體施工時逐漸將A、B兩幢的南側進行了回填，而北側〔C幢的南側〕寸土未填，大樓的傾斜與填土保持“一致〞，A、B兩幢向南，C幢向北，傾斜值相差不大，但均超過25cm，但三幢建筑的墻體均沒有裂縫，在樁基施工中，設計曾因為兩幢樓的北側原有一條渠溝穿過，就將樁基北側四排樁作了如下變更：將這四排樁長由12米改為15米。將這四排樁由正方形布樁改為梅花形布樁〔加密〕。發生傾斜事故后，有人認為是設計變更造成的，北側樁基變更后得到加強，使南側相對較弱而引起沉降加大導致建筑物傾斜。筆者認為現場填土不當〔半邊填土〕是造成建筑物傾斜的主要原因。C幢建筑物并未打樁，同樣產生傾斜且與填土方向是一致，因A、B兩幢的傾斜率與C幢相差不大。樁基方案的改變對傾斜的影響不明顯。試分析如下：該工程位于河西深厚軟土地基上，所謂深厚軟土地基是一個巖土工程專用名詞，是指地基承載范圍內有厚度超過十多米，土質強度低的淤泥、淤泥質飽和軟粘土，軟粘土具有抗剪強度低、變形大、變形時間長〔低透水性〕的特點，由于上世紀八十年代中期人們還未認識到軟粘土的工程特性故采用了所謂擠密樁加固地基方案〔現已經不用〕。布樁密度高達8.7%，打樁產生的擠土效應------超空隙水壓力使得軟粘土嚴重隆起，但因工期緊，等不到超空隙水壓力消散〔一般要3---6個月〕、土體固結〔隆起消失〕、主體結構就開始施工〔加載〕，沉降就產生了，一般沉降超過10cm多。但在建造中地面的回填土是一種地面附加荷載，該工程產生的量值估算為18×2.8﹦50.4Kpa,而建筑物基底的平均壓力由于底板外挑，面積增大，估算只有80—90Kpa，也就是填土產生的附加應力超過基底壓力的60%。一般來講，建筑物的變形影響深度約為根底寬度的2.0倍，該工程為整板筏基，板寬約13米，即深度影響超過25米，地基為深厚軟粘土〔厚度超過40米〕，加固深度僅約為變形影響深度的一半〔12米〕，根底底板外挑，上部的填土附加應力大約為50Kpa，必然會引起附加沉降，因半邊填土〔加載〕引起建筑物半邊沉降加大而向回填土一側傾斜。有人提出：同樣是傾斜，上海倒塌的住宅樓的傾斜方向為何與本文提及的傾斜方向相反？即上海樓房倒塌的方向背向堆土一側。筆者試作如下分析：上海倒塌樓房的地基也屬于深厚軟土地基，其地耐力是所謂的“老八噸〞即80Kpa，實際地耐力只有60—70Kpa，而樓一側堆土高達十多米，估計堆土面基底的壓力近200Kpa，高于地基承載力約三倍，遠大于土的極限承載力。加之加載速度快〔幾天就堆土十幾米高〕連續降雨而使樓房與土堆之間大量積水，這些均使地基土的抗剪強度急劇降低、地耐力下降，最終造成地基土的整體失穩。因土的強度破壞表現為剪切破壞，剪應力將滑動體向受載面外側擠出，倒塌樓房正好位于受載面的外側即滑動體之上見示意圖〔二〕：示意圖〔二〕因此在剪應力作用下的物體位移方向總是背向受載面，這與基坑開挖時支護結構總是趨于向坑內位移是一致的，因為土壓力也是水平方向力，剪應力也是水平方向的力。而本工程沉降傾斜是正應力〔垂直壓力〕作用下的變形，因沉降不均勻，大樓必然向正應力大的一側傾斜，不同的應力是產生方向差異的原因。在深厚軟土條件下進行土建施工，應重視各種施工活動引起的土中應力、應變的改變。控制應力、應變的劇烈變化才能有效防止這類地基事故的發生。事故2：抽取地下水造成的在建房屋不均勻沉降事故某住宅片區位于南京河西中堡村，共有十幾幢六～七層磚混結構住宅，因場地位于河西深厚軟土區域，設計采用深層攪拌水泥樁復合地基方案，加固后承載力要求大于150Kpa。值得指出的是在該工程事故前，從1988～1996年間，河西軟土地基上的多層住宅絕大多數采用此類方案，建房計超過千幢，無論從設計到施工均已根本成熟，工程事故很少，建成后房屋沉降一般在10cm左右，能滿足此類房屋沉降的要求，比此前采用的沉管灌注砼擠密樁〔事故1的加固〕、振沖碎石樁、石灰樁等幾種加固方式均優越。但該片區在采用水泥樁加固后，經過試驗等驗收程序，滿足設計要求。1995年10月底開始主體結構施工，主體施工一個月后〔主體結構施工共計63天〕，發現08幢沉降加快且沉降差值增大，漸漸發現，片區內幾乎所有建筑均出現沉降大且不均勻，至1996年4月，最大沉降近50cm，外墻出現明顯裂縫。現場建筑物分部及沉降見如下列圖：經現場了解，建設場地因地處偏僻而無水源，建設方進場后就打井取水，井深70米，主要取水層為地表下40～60多米的砂土層、礫石層。見水井柱狀圖。水井柱狀圖地層年代層底孔深〔米〕地層厚度〔米〕含水層劃分層號巖性描述水井結構Q1.20①浮土層為耕植土。淤泥質粉質粘土礫石層4粉質粘土夾粉土，粉砂。5砂礫層6粉砂質泥巖37.10②37.70③48.84④61.70⑤K81.30⑥自1995年7月份開工至1996年4月共10月，每天抽水約150～240立方，在該場地軟土厚度近40米的地質條件下，長時間抽取地下水必然會引起地面沉降的嚴重后果。這其實是巖土工程方面的根本常識，上海的地面沉降引起的建筑物下沉，蘇錫常地區大面積地面沉降引起的區域性地質災害，均是抽取地下水引起的。長期抽水降低原有地下水位，在地下形成大范圍向井傾斜的漏斗曲線見圖〔三〕土中水疏干必然產生固結沉降，靠近井的一側沉降大，遠離井的一側沉降小，使上部的建筑受影響而產生傾斜、開裂。根據現場沉降觀測資料顯示，沉降曲線大致圍繞水井且由小到大向水井方向傾斜見圖〔三〕。根據降水井下土層分布狀況，該工程在軟粘土中的水位降低曲線深達三十多米，降水影響范圍以井為中心估算約300～400米。因此該工程的所有房屋均在降水井形成的沉降漏斗曲線范圍內，出現沉降大，向井傾斜是必然的。故該工程雖然進行了水泥樁加固處理，但由于抽水產生的漏斗曲線深度遠大于加固深度，而加固之下仍為軟土，因此沉降加大，傾斜就必然發生。該工程事故應與水泥樁的質量無關，也與水泥樁采用的干噴、濕噴工藝無關。只要加固體下存在軟土層，降水形成的附加應力必然引起土體固結沉降而帶動上部建筑物的下沉。與第一個工程事故原理相同，在軟土地基條件下，土中應力變化是引起沉降的主要原因。工程設計考