工程事故分析与处理第6章地基与基础处理.ppt

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 3 6 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 4 6 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 5 6 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 6 6 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 7 6 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 砂垫层与砂石垫层不密实 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 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 8 6 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 桩内松散灰土未夯实 桩标高不符合设计要求 放线漏放 使得桩数不够 9 6 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 生石灰质量与桩长等不符合设计要求 桩标高不符合设计要求 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 10 6 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 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 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 土层中存在软土夹层 影响加固深度与加固效果 11 6 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 桩身缩颈 灌石量不足 使碎石挤密桩密实度达不到设计要求 桩未达到设计标高 桩体偏斜过大 断桩 12 6 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 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 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 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 13 6 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 加固体的成桩直径不同 桩身强度不均匀 局部出现缩颈 钻孔沉管困难 并出现偏差过大及冒浆现象 14 6 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 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 防止水浸入地基 避免地基土体发生湿陷 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 15 6 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 排水和保湿措施 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 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 18 6 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 桩基础 加大混凝土保护层 增强结构刚度 提高适应变形的能力 19 6 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 建筑物场址的选择 基础类型选择 结构类型选择 地基处理 20 6 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 21 6 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 22 6 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 23 6 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 24 6 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 25 6 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 26 6 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 27 6 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 28 6 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 29 6 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 30 1 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 31 2 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 32 6 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 33 6 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 34 2 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 35 2 地基和基础加固方案的选择例如 某浴室建造在 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 36 2 地基和基础加固方案的选择例如 膨胀土地基上的建筑物破坏程度较严重 一般应拆除重建 重建工作应按照 膨胀土地区建筑技术规范 进行 对于轻微的破坏等级 应尽量进行加固 以节约资金 需要注意 地基处理费用一般较高 且工程施工有一定难度 因冻害所引起的事故 很少采用地基处理办法 而多采用消除冻胀的措施 必要时也可采用混凝土做墩进行处理 37 3 地基和基础加固方案的实施1 实施步骤 对需要加固的原有建筑物结构进行加固 采取适当而稳妥的方法 将原有建筑物基础的全部或部分支托 根据工程需要 对原有建筑物地基或基础进行加固 当需要在建筑物下建造地下构筑物 如地铁通道 车站等 时 在基础已支托的状态下 在原基础下开挖土方 并进行施工 将荷载传到新建的地下工程上 必要时 拆除托换结构 38 3 地基和基础加固方案的实施2 注意事项 托换范围由小到大 逐步扩大 工期长 要考虑如季节性的温度变化和雨雪影响 深基坑开挖后土层卸载引起的基坑回弹影响 基坑排水对相邻建筑物的影响 及临时性的支护结构的可靠性等问题 高难度的技术工作 要由具备丰富经验的单位和技术人员承担 加强施工监测 监测内容包括 建筑物沉降 倾斜和位移观测 地面沉降观测 托换结构变形观测 建筑物和地面裂缝观测 以及地质资料和地下水变化情况等 39 6 4地基加固及事故处理6 4 1基础扩大基础扩大对减少基底接触压力效果明显 施工方便 费用低 有条件时应优先考虑 40 41 加强连接的措施 原有基础凿毛和刷洗干净 隔一定高度 如250 设置钢筋锚杆 可与原基础钢筋焊接连接 沿原基础周边每隔一定距离 如1 0 1 5m 用一定直径 如20 的钢筋套锚固 42 工程实例6 1 1 工程概况 某水电车间为砖混结构 钢筋混凝土梁板 毛石基础 顶部设钢筋混凝土圈梁 地处水塘边 竣工不久 由于基础不均匀沉降 在靠近水塘一角的山墙 拐角及纵墙一段的墙体 开裂严重 且在继续发展 经开挖坑槽验查 墙体开裂部位下的圈梁及毛石基础也明显裂缝 2 事故原因 屋面梁传给壁柱的是集中荷载 故对于软弱地段 应将壁柱下基础宽度加大 由于设计疏忽 采用了与窗间墙下的基础同宽的处理办法 因而形成纵墙下基底压力的分布不均 加之该工程上部结构刚度差 不具备调整基底压力和变形的能力 因此在壁柱间被门窗洞口削弱的墙体上发生了斜向裂缝 43 3 事故处理 根据事故原因 选择基础扩大加固方案 分别对墙体开裂部位二个壁柱 一个拐角及山墙中段等四处基础进行加固处理 44 4 施工步骤 屋面梁下设临时支撑 以卸除加固部位基础上的部分荷载 从基础两侧开挖坑槽 并将基底下的基土掏掉 按设计长宽厚度浇筑混凝土 浇筑的混凝土高出毛石基础底面 底部布置 12 140双向钢筋 混凝土达到规定强度后 对旧基础及上部墙体的裂缝用水泥砂浆嵌补 个别开裂严重的墙体做了局部拆砌 最后拆除临时支撑 45 6 4 2墩式托换也称坑式托换 它是直接在被托换建筑物的基础下挖坑至新设计的持力层 然后从坑底浇筑混凝土到基底的一种托换方法 混凝土墩可以是连续的 也可以是间断的 连续墩 间断墩 46 施工步骤 在被托换的基础侧面人工开挖一个1 2 0 9m的导坑 挖到比原有基础底面深1 5m处 将导坑横向扩展到基础下面 并继续在基础下面开挖到新的持力层设计标高 用混凝土浇灌至离基础底面80 处停止灌注 养护一天 用干硬性砂浆或膨胀水泥填塞并捣实成为密实的填充层 重复以上步骤 直到全部基础的托换工作完成为止 47 6 4 3桩式托换桩式托换是靠搁置在桩上的托梁或承台系统来支承被托换的柱和墙 桩式托换包括压入桩托换 打入桩托换 灌注桩托换 树根桩托换 灰桩托换等方法 可用于上部结构荷载较大 地质条件复杂 地下水位较高 采用坑式托换有困难时 1 锚杆静压桩托换将压桩架通过锚杆与原基础连接 利用建筑物自重荷载作为压桩反力 用千斤顶将桩分段压入地基中 通过静压桩承担部分荷载 适用于粘性土 淤泥质土 杂填土 粉土 黄土等地基 48 桩 压桩孔 锚杆 千斤顶 反力架 电动葫芦 49 施工步骤 清除基础面上覆土 并将地下水位降低至基础面以下 以保证作业面 按加固设计图放线定位 压桩孔可凿成上小下大的棱锥形 以利于基础承受冲剪 锚杆孔根据压力大小确定锚固深度 凿孔可用风动凿岩机 也可采用人工凿孔 凿孔完成后 锚杆孔应认真情渣 再采用树脂砂浆固定锚杆 养护后再安装压桩反力架 采用电动或手动千斤顶压桩 压桩至设计要求时 可进行封桩 50 2 树根桩托换小直径 通常为100 250 的钻孔灌注桩 可用于增层改造 岩坡或土坡的稳定加固以及挡土墙的锚固等 适用于砂性土 粘性土等各种类型的土 树根桩可以是垂直的或倾斜的 施工步骤 钻机钻孔至基础下面土层中的设计标高 清孔 吊放钢筋笼 下注浆管 用压力注入水泥浆或水泥砂浆 边灌 边振 边拔管而成桩 或放入钢筋笼后投放碎石 然后用压力注入水泥浆或水泥砂浆而成桩 将树根桩主筋和基础主筋焊接 并在原基础顶面将混凝土凿毛 浇筑一层等强度的混凝土 51 地下工程 边坡稳定 加层改造 桥墩基础 52 3 石灰桩或灰土桩托换利用生石灰吸水膨胀以及石灰与土中活性二氧化硅反应生成水稳定性硅酸钙的原理 达到提高地基承载力 降低湿陷性的目的 施工步骤 成孔 采用打入钢管法或用洛阳铲成孔 孔可向基础中心倾斜 使基础下土层得到直接加固 孔径为100 150mm 孔距为 2 5 3 0 d d为桩直径 深度为2 4m 视加固要求可在基础两侧各布置1 3排 排距为 2 0 2 5 d 按等边三角形布置 53 填土 向孔内分层填入粒径为20 50mm的生石灰 每层厚200 250mm 用夯锤分层夯实 填灰至基底标高附近为止 封孔 基底下200mm至地面的孔内用2 8的灰土或素土回填夯实 以保证石灰吸水膨胀时不致向上隆起 由于石灰桩的挤压半径较小 一般只有50 100mm 以及可能产生软化现象 所以一般只用它来处理不太严重的湿陷事故 为防止产生软化现象 可采用灰土桩 灰砂桩 灰砂土桩进行挤密加固 54 工程实例6 3 工程概况虎丘塔 建于公元961年 宋朝 全国重点保护文物 七层 高47 5m 塔底直径13 66m 呈八角形 由外壁 回廊与塔心三部分组成 1980年 塔因向东北方向严重倾斜 底座处发生多处裂缝 成为危险建筑而停止开放 加固前塔顶离中心垂线已达2 31m 倾斜值0 0486 远大于规范规定的允许值0 006 55 虎丘塔 56 虎丘斜塔 57 平面图 58 2 事故原因经勘察查明 虎丘山山顶岩面倾斜 西南高 东北低 虎丘塔的地基为 m厚的大块石人工地基 人工地基下面为粉质粘土 为可塑至软塑状态 底部即为风化岩石和基岩 在塔底直径13 66m范围内 岩石顶面的覆盖层厚度在西南面为2 8m 在东北面为5 8m 相差有3m之多 59 3 事故处理第一期加固工程 在塔四周建造一圈排桩式地下连续墙 目的是避免塔基土流失和地基土侧向变形 具体方法是在离塔墙外约3m处用人工挖直径1 4m的桩孔 深入基岩500 浇筑混凝土并设置钢筋直至地面 加固次序先从最危急的塔东北方向开始 逆时针进行 一共44根桩墩 为保证安全 每挖深800 即浇筑150 厚桩圈护壁 每完成6 7根柱墩 即在顶部浇筑截面高度为450 的圈梁 将桩墩连为一体 60 61 3 事故处理第二期加固工程 用钻孔注浆和树根桩加固塔基 钻孔的直径为90mm 位于第一期工程中排桩式圆环形地下连续墙与塔基之间 由外及里分3排 圆环形注浆孔113个 注入浆液达26637m3 把塔四周地基土固结起来 最后进入塔身作树根桩 在回廊中心和8个壶门内 共做32根竖向树根桩 并在壶门之间8个塔角 各做2根斜向树根桩 总计48根树根桩 桩直径90mm 配置3 16受力筋 采用压力注浆成桩 62 6 4 4灌浆加固利用水泥浆液或其他化学浆液 通过灌注压入 高压喷射或机械搅拌 使浆液与土颗粒胶结起来 以改善土的物理和力学性质 灌浆材料有粒状浆材 如水泥浆 粘土浆等 化学浆材 如硅酸钠 水玻璃 氢氧化钠 环氧树脂 丙烯酰胺等 按加固原理分为渗透灌浆 挤密灌浆 劈裂灌浆和电动化学灌浆 63 1 渗透灌浆利用低粘滞度的溶液 在压力作用下 渗入地基土的孔隙和裂缝中 由溶液自身或与土颗粒表面的物质成分发生化学反应 将松散土颗粒胶结成整体 而基本上不改变原状土的结构和体积 所用灌浆压力相对较小 适用于中砂以上的砂性土地基 具体方法有硅化加固法和碱液加固法等 64 2 劈裂灌浆利用高粘滞度浆液 在高压力作用下 克服地层的初始应力和抗拉强度 引起土体结构的破坏和扰动 使之发生劈裂 使土层中原有的裂隙或孔隙张开 形成新的裂隙或孔隙 浆液的可灌性和扩散距离增大 而所用的灌浆压力相对较高 65 3 水泥灌浆加固一般都采用普通硅酸盐水泥 水泥浆的水灰比一般取0 6 1 0 特点为结石体力学强度较高和渗透性较低 耐久性较好 无毒 料源广 价廉 1 单液水泥灌浆法指用单一的浆液灌浆 为适应不同的灌浆目的和自然条件 常在水泥浆中掺入各种附加剂 灌浆施工时可采用自上而下空口封闭分段灌浆 也可采用自下而上栓塞分段灌浆 孔可梢向基础中心倾斜 使水泥浆液能直接渗入基底下的地基土中 66 2 双液水泥硅化灌浆法将水玻璃与水泥分别配制成两种浆液 按照一定比例用两台泵或一台双缸独立分开的泵同时 两种浆液在管口三通处汇合 注入土中 这种浆液不仅具有水泥浆的优点 而且还兼有某些化学浆液的优点 例如 凝结时间快 可灌性高等 并可准确控制凝结时间 从几秒到几十分钟 67 工程实例6 4 工程概况某变压器间长15m 宽4m 由五个开间构成 混合结构 毛石条形基础 使用中因基础不均匀下沉 致使纵横墙交接处附近墙体严重开裂 2 事故原因经对地基进行开挖和钻探取样试验 查明在基础底面以上为松软杂填土 基底以下1 5 3 0m范围内为黄色粘土 空隙比和湿度都比较大 黄色粘土以下为风化破碎的石灰岩 由于该房屋地处山坡 周围没有排水沟 地表水渗透较严重 造成基底土颗粒流失形成空洞 引起该房屋基础不均匀下沉和墙体开裂 68 3 事故处理采用硅化法加固地基土 其加固浆液采用水泥和水玻璃 Na2O nSiO2 混合液 在下沉量较大的南面和东面布孔 灌浆半径按0 87m考虑 每层灌浆深度为0 5m 采用1 0 4左右的斜孔 以使浆液渗入基底以下土层中 考虑到被加固的黄色粘土空隙较大 容易进浆 施工时采用自下向上的灌注方法 使基底下的土能均匀硅化 经硅化加固地基后 该楼房沉降基本稳定 69 70 6 5基础加固及事故处理6 5 1基础错位事故处理1 基础错位事故类别 1 基础平面错位 包括单向和双向错位两种 2 基础标高错误 包括基底标高 基础各台阶标高以及基础顶面标高错误 3 预留洞和预埋件的标高 位置错误 4 基础插筋数量 方位错误 71 2 基础错位处理方法 1 吊移法 将错位基础与地基分离 用起重机将基础吊离原位 按照正确的位置处理好地基 并清理好吊起的基础底面后 将基础吊装到正确位置 为了确保基础与地基的接触紧密 可采用坐浆安装 甚至进行压力灌浆 吊移法适用于上部结构尚未施工 现场有所需起重机械 基础有足够的强度和抗裂性能的情况 2 顶推法 用千斤顶将错位基础推移到正确位置 然后在基底处作水泥压力灌浆 保证基础与地基之间接触紧密 适用于 上部结构尚未施工 有适用的顶推设备 顶推后座力所需的支护设施较简单的情况 72 3 扩大法 将错位基础局部拆除后 按正确位置扩大基础 此法使用于错位的基础不影响其他地下工程 基础允许留设施工缝的情况 4 其他方法 基础错位偏差既不影响安全和使用要求 又不妨碍施工的事故 通过结构验算 并经设计单位同意时 可不进行处理 基础错位后 通过修改上部结构的设计来确保使用要求和结构安全 基础事故严重者只能拆除重做 73 工程实例6 5 工程概况某造船厂机加工车间扩建工程 其边柱截面尺寸为400 600 基础施工时 柱基坑分段开挖 在挖完第五个基坑后 即浇垫层 扎筋 支模 浇混凝土 基础完工后 检查发现五个基础都错位300 74 2 事故原因施工放线时 误把柱截面中心线作为厂房边列柱的轴线 因而错位300 即厂房跨度大了300 3 事故处理采用局部拆除后 扩大基础的方法进行处理 处理步骤为 将基础杯口短边外侧混凝土凿除 凿除部分基础混凝土 露出底板钢筋 并将基础与扩大部分连接面全部凿毛 扩大基础混凝土垫层 接长底板钢筋 对原有基础连接面清洗并充分湿润后 浇筑扩大部分的混凝土 75 杯口部分凿除 基础部分凿除 基础扩大部分 厂房边柱轴线 基础处理示意图 76 6 5 2基础变形事故处理1 钢筋混凝土基础变形特征 1 沉降量 指单独基础的中心沉降值 2 沉降差 指两相邻单独基础的沉降量之差 地基不均匀 相邻柱荷载差异较大等情况 有可能出现基础不均匀下沉 导致吊车滑轨 围护砖墙开裂 梁柱开裂等 3 斜率 指基础两端点的沉降差与其距离之比 对高层或高耸结构地基土质不均匀或有相邻荷载影响时 应当注意基础的倾斜 建筑物越高 对基础的斜率要求也越严 4 局部倾斜 指砖石承重结构沿纵向6 10m以内两点沉降差与其距离的比值 77 2 处理方法 过地基处理 矫正基础变形 所用方法有沉井法 浸水法 降水法 掏土法 振动局部液化法 注入外加剂使地基土膨胀法 地基应力解除法 水平挤密桩法等 顶升纠偏法 包括从基础下加千斤顶顶升纠偏 地面上切断墙 柱进行顶升纠偏等 顶推或吊移法 卸荷法 反压法 78 3 纠正基础变形方法的选择 准确查清基础变形原因 优选处理方案 认真做好矫正变形前的准备工作 79 工程实例6 6 工程概况某钢厂的钢锭库为露天栈桥 跨度25 5m 柱距9m 吊车为40t桥式吊车 建于湿陷性黄土地基 栈桥因局部场地遭大水浸泡后 发现有一根柱向外倾斜 吊车轨顶中心线偏离95 以上 吊车随时可能脱轨坠落 已不能正常使用 2 事故原因该工程地基土为 级自重湿陷性黄土 地基承载力为200KN 地面8m深处为非湿陷性土 事后测定基底标高 地面下 4m 处土的含水率 东侧为27 西侧为16 因此造成黄土地基湿陷量不同 基础产生不均匀沉降而使柱子向外倾斜 80 81 3 事故处理 加固地基 用两根钢筋混凝土扁担梁L1 将基础荷载传递给四根爆扩桩上 桩直径为350 爆扩头直径为1400 桩底标高为地面以下10 5m处 此处黄土没有浸水 且为非湿陷性土层 82 3 事故处理 顶推法纠偏 用千斤顶顶推倾斜的基础 使柱子恢复垂直状态 做好场地排水措施 防止再次浸水 83 6 5 3基础孔洞事故处理1 造成基础孔洞事故的原因 1 施工工艺错误 如混凝土自由下落高度过大 混凝土运输浇筑方法不当等造成混凝土离析 浇注混凝土时垫块位移 钢筋紧贴模板 或模板拆除过早产生缺棱 掉角 2 不按规定的施工顺序和施工工艺认真操作 漏振等 3 钢筋密集处或预留孔洞和埋件处 混凝土浇筑不畅通 不能充慢模板而形成孔洞 4 模板严重跑浆 形成特大蜂窝 孔洞 5 混凝土石子太大 被密集的钢筋挡住 84 6 混凝土有泥块和杂物掺入 或将大件料具 木块混入混凝土中 7 不按规定下料 把吊斗直接注入模板中浇注混凝土 或一次下料过多 下部振捣器振动作用半径达不到 形成松散状态 以至出现特大蜂窝和孔洞 8 混凝土配合比不准确 或者砂 石 水泥材料计量有误 形成蜂窝和孔洞 9 模板孔隙未堵好 或支设不牢固 振捣混凝土发生模板位移 造成蜂窝及孔洞 85 2 处理方法及选择 1 局部修补 基础内部质量没有问题 仅在表面出现孔洞 可将孔洞附近混凝土修凿 清洗后 用高一个强度等级的混凝土填实修补 2 灌浆 当基础内部出现孔洞时 常用压力灌浆处理 最常用的灌浆材料是水泥浆或水泥砂浆 3 扩大基础 已施工基础质量不可靠时 采用加大或加高基础的方法处理 此时 除了以可靠的结构验算为依据外 还应有足够的空间 应注意基础扩大后对使用的影响 以及与其他基础或设备是否冲突等 4 拆除重做 孔洞严重 修补无法达到原设计要求时 方采用此法 86 工程实例6 7 工程概况某厂房7个联合基础 下端700 高度内采用土模 施工后发现有严重蜂窝 空洞 可以用粗钢筋穿入深达1 4m 挖开全部土模检查 发现7个基础中蜂窝 空洞达100余处 某一柱基蜂窝 空洞20处 总面积7 83 占基础下段700mm高度4个侧面面积的40 此外 有的基础还有分层现象 在离基底300mm处有一层140mm厚的分离层 87 88 2 事故原因1 在浇筑基底中部混凝土时 底节串筒不成竖向 结果使石子滚向前方 砂浆留在后面 形成蜂窝 2 基础顶面设置有125 300mm的方格钢筋网 施工人员站在网上操作 浇捣底板中部时 振捣棒从两边斜插入振捣 表面虽出浆 中下部难以振实 质量无法保证 3 土模附近振捣极差 4 造成分离层的因素是工人交接班停留时间过长 超过混凝土初凝时间 但接班后继续灌筑时 没有先灌注一层无石子的水泥砂浆 5 基础受力主筋太密 钢筋净距不足40 影响砼浇筑 89 90 3 事故处理考虑如下几方面因素 旧基础蜂窝 空洞面积太大 除表面发现的情况外 内部其它情况尚且不明 底板部分垫层与受力主筋之间已灌进大量泥浆 无法彻底清除 若将基础加高 对生产使用无影响 决定在旧基础上重新作钢筋混凝土基础 新基础根据计算需2m高 肋部包括旧基础在内为2m宽 新旧基础接触面处全部凿毛连接 已发现的蜂窝 空洞全部用高标号砂浆填实 91 6 5 4桩基础事故处理1 混凝土预制打入桩 1 桩顶破碎 原因 混凝土强度不够 桩顶钢筋构造不妥 桩顶不平 锤重选择不当 桩垫不良等 2 沉桩过程中会产生挤土效应 引起桩身侧移 倾斜 甚至断桩 合理安排打桩顺序 控制打桩速度 设置砂井或减压孔等 都可以减小挤土效应 3 桩基变位 对先打桩后挖土的工程 如果打桩后紧接着开挖基坑 由于土的应力释放 以及挖土高差形成一侧卸荷和侧向推力 土体易产生水平位移 使先前打设的桩产上水平移位 92 2 泥浆护壁钻孔灌注桩 1 塌孔 成孔中 浇筑混凝土前 混凝土浇筑中 原因 泥浆比重不够 孔内水头高度不够或出现较大承压水 动水压力得不到平衡 在松软砂层中钻进时 进尺速度太快或停在一处空转时间过长 转速太快 2 钻孔漏浆 原因 遇到渗水性强或有地下水流动的土层 水头过高使孔壁渗浆 3 桩孔偏斜 原因 钻孔中遇到较大的孤石或探头石 在有倾斜度的软硬地层交界处 岩石倾斜处 或在粒径大小悬殊的砂卵石中钻进 钻头所受的阻力不均 93 2 泥浆护壁钻孔灌注桩 4 钢筋笼放置与设计要求不符 钢筋笼变形 保护层不够 深度位置不符合要求 原因 堆放 起吊 运输没有严格执行规程 支垫数量不够或位置不当 造成变形 钢筋笼吊放入孔时不是垂直缓缓放下 而是斜插入孔内 清孔时孔底沉碴或泥浆没有清理干净 钢筋笼放不到设计深度 5 断桩 原因 混凝土较干 骨料太大或未及时提升导管以及导管位置倾斜等 使导管堵塞 形成桩身混凝土中断 混凝土浇筑不连续 中断时间过长 导管挂住钢筋笼 提升导管时没有扶正等 94 3 桩基事故处理方法选择 桩基事故种类很多 原因也很复杂 在选择处理方法时要慎重 95 预制桩常见事故处理方法选择 96 钻孔灌注桩常见质量事故处理方法选择 97 工程实例6 8 工程概况深圳某15层综合楼采用钻孔灌注桩 主楼部分99根 直径1000 辅楼部分23根 直径800 设计单桩承载力分别为4500kN和3200kN 设计桩长47m 要求进入中风化花岗岩不少于1m 桩顶混凝土应浇筑至设计桩顶标高以上0 5至0 8m 施工采用黄河钻 正循环泥浆护壁钻孔 导管水下浇筑混凝土成桩 该场地土层自上而下为 填土 未经压实的亚粘土 厚2 4m 淤泥 软 流塑状 高压缩性 厚2 4m 淤泥质土 软塑 高压缩性 厚3 5m 可塑性粘土及少量砂层 地下水埋深2m 蕴藏量丰富 98 2 事故情况及原因 桩基础质量问题施工后发现有21 混凝土试块未达设计要求 抽测25根直径1000 的桩 其中有局部断裂 泥质夹层 承载力低的三类桩6根 有其它局部问题的二类桩7根 开挖检查 36 及39 桩开挖至 7 5m桩顶设计标高处无混凝土 其中36 桩在 13m处 39 桩在 11 7m处始遇硬物 对7根桩进行钻探抽芯检查 发现 有5根桩尖未进入中风化花岗岩层 有5根桩孔底部沉渣超厚 4根桩有一处以上桩芯破碎不连续 1根为断桩 桩身普遍局部含泥 砂 骨料松散 设计要求混凝土为C28 个别芯样混凝土只有16 8MPa 对质量问题严重的31 及107 桩进行单桩静载试验 31 桩压至5400kN破坏 容许承载力2250kN 其中摩擦力约占90 107 桩压至6400kN破坏 容许承载力2800kN 摩擦力约占70 说明这些桩只能起摩擦作用 且均未达到4500kN的设计承载力要求 99 质量问题原因分析1 入岩程度判断失误 停钻前终孔采样中已含有中风化颗粒 误认为已进入中风化层而停钻 2 沉渣超厚普遍 由于孔深在45 以上 孔径大 扩孔要求高 泥浆循环速度慢 排渣困难 从提升钻具至下导管浇筑混凝土前的一段时间内 在孔底沉淀不少渣土 3 桩芯破碎及断桩 由于导管埋管及拆管长度控制不严 造成桩身夹泥 混凝土松脆破碎及断桩等现象 4 桩顶未达设计标高 原因 浇筑混凝土的上升 泥浆不断被挤出孔外 所剩的泥浆变稠甚至形成泥团 使混凝土难以进入混凝土保护层 待浇筑完混凝土后 混凝土的侧压力增加 使混凝土被挤入保护层 混凝土面的标高下降 导管埋入混凝土太深 拔出后造成混凝土顶面下降 混凝土的侧压力大于淤泥孔壁压力 会使混凝土挤向四侧 形成鼓肚使混凝土顶面下降 100 101 5 桩身混凝土强度低 原因 由于混凝土水灰比大 必然会降低强度 混凝土内混有泥浆也降低强度 3 事故处理1 考虑到有相当部分的桩未进入中风化花岗岩层 桩底沉渣过厚 试桩承载力过低等原因 决定上部由15层减至10层 2 减层后的桩基尚需作如下加固处理 挖除桩顶积土 支模板接桩至设计标高 通过钻探抽芯孔 以清水高压清洗桩身混凝土破碎带 压灌水灰比为0 5的纯水泥浆进入裂隙及芯孔 设法加固各桩之间的承台和承台梁 使它们尽可能连成一体 调整各桩间可能产生的不均匀沉降 102 6 5 5支护结构式基坑失稳事故处理 基坑类别 边坡基坑 当基坑较浅 场地较大时采用 支护结构式基坑 有重力式和桩墙式等 基坑较深 场地较小时采用 1 桩墙式支护结构的失效形式桩墙式支护结构按支撑系统的不同分为 悬臂式 内撑式和锚拉式三种 悬臂式一般在竖向悬臂桩墙顶布置一道圈梁 内撑式有斜撑 单层或多层水平内撑 锚拉式有水平拉锚和斜拉锚 支护墙多用深层搅拌桩 钢筋混凝土连续墙 钢板桩等 103 桩墙式支护结构的失效形式 1 结构构件失效形式1 支护墙平面外变形过大或弯曲折断破坏 支护墙过薄 土压力计算不准 地面增加堆载或基坑挖土超深等原因都可能产生这种现象 当围护墙不足以抵抗土压力形成的弯矩时 墙体折断造成基坑边坡倒塌 为此要正确设计墙体 严格控制挖土深度 2 锚撑失稳破坏 主要原因是地面荷载增大或土压力计算有误 或内部支撑体系强度或稳定性不够 或者锚拉杆的拉锚力不够 锚拉杆断面不足 长度不足以及锚固部分失效 104 桩墙式支护结构的失效形式 2 土体失效形式1 基坑外侧土体失稳 滑动面在支护墙下通过 当支护结构底部入土深度不足或撑锚系统失效 地面荷载过大造成的基坑边坡整体滑动破坏 也称整体失稳破坏 105 桩墙式支护结构的失效形式 2 土体失效形式2 支护墙底部走动 内撑式和拉锚式围护结构 若基坑底部土质太差 能承受的被动土压力很小 或支护墙埋深过浅使得墙底部处被动土压力过大 都可能使墙底踢脚处的土体失稳破坏 106 桩墙式支护结构的失效形式 2 土体失效形式3 基坑底部土体隆起 软土地基中 当基坑内土体不断挖去 坑内外土体的高差使支护墙外侧土体向坑内方向挤压 就会造成基坑内土体隆起 基坑外地面沉降 坑内侧被动土压力减少 甚至引起支护体系失稳破坏 107 桩墙式支护结构的失效形式 2 土体失效形式4 基坑内管涌 基坑外侧地下水位过高 基底土质较差时 基坑渗流可能发生管涌现象 使被动土压力减少或丧失 造成支护体系失效 诱发支护体系破坏的原因和破坏性是往往是综合的 基坑工程事故重在预防 108 2 支护事故的处理方法1 支挡法 当支护结构出现超常变形或倒塌时 可以采用支挡墙 加设各种钢板桩及内支撑 加设钢板桩与断桩连接 可以防止桩后土体进一步塌方而危及周围建筑物的情况发生 加设内支撑可以减少支护结构的内力和水平变形 在加设内支撑时 第一道支撑应尽可能高 最下一道支撑应尽可能降低 仅留出灌制钢筋混凝土基础底板所需的高度 109 2 支护事故的处理方法2 注浆法 出现防水帷幕桩间漏水 基坑底部出现流砂 隆起等现象时 可以采用注浆法进行加固处理 防止事态的进一步发展 注浆法的用途 用于止水防渗 堵漏 当管涌量大不易灌浆时 可以先回填土方与草包 然后进行多道注浆 保护性的的加固措施 基坑开挖造成周围建筑物 地下管线等设施的变形接近临界值时 可以通过在其下部多道注浆 得到保护性的处理 防止支护结构变形过大 对桩后土体加固可以减少主动土压力 对桩前土体的加固可以加大被动土压力 同时还可以防止基坑底部出现隆起 增加基底土的承载能力 110 2 支护事故的处理方法3 隔断法 在被开挖的基坑与周围原有建筑物之间建立一道隔断墙 该隔断墙承受由于基坑开挖引起的土的侧压力 必要时可以起到防水帷幕的作用 隔断墙一般采用树根桩 深层搅拌桩 压力注浆等筑成 4 降水法 坑底出现大规模涌砂时 在基坑底部设置深井或采用井点降水 以控制流砂的出现 但应考虑由于降水造成周围建筑物的下沉 地下管线等设施的变形等影响 111 2 支护事故的处理方法5 坑底加固法 通过在基坑底部采取压力注浆 搅拌桩 树根桩及旋喷桩等措施 提高基坑底部土体的抗剪强度 同时起到止水防渗的作用 6 卸荷法 当支护结构顶部位移较大 即将发生倾覆破坏时 挖掉桩后一定深度内的土体 减小桩后主动土压力 要考虑基坑周围场地条件 112 工程实例6 9 工程概况某城市一大厦坐落在软粘土地基上 其主楼部分为二层地下室 基坑深10m 裙楼部分为一层地下室 基坑深5m 平面位置如图3 27a所示 基坑支护墙采用水泥土重力挡土墙 主楼及裙楼基坑支护墙的计算开挖深度均取5m 2 事故情况当裙楼和主楼部分基坑挖至地坪面以下5 深时 挡土墙变形很小 开挖顺利 但当主楼部分基坑继续挖至地面以下8 左右时 主楼西 南侧支护墙包括裙楼支护墙均产生整体失稳破坏 而东 北两侧支护墙则完好无损 变形很小 西南侧支护墙失效造成主楼部分桩严重移位 113 主楼和群楼总平面 西 南侧基坑挡土墙剖面示意图 114 3 事故原因支护墙结构计算简图错误 即对主楼西 南两侧支护墙均与裙楼支护墙一样 按开挖深度5 计算是错误的 当总挖深超过5 后 作用在主楼支护墙上的主动土压力远大于计算土压力 提供给裙楼支护墙上的被动土压力远小于计算被动土压力 当开挖深度接近8 时 势必产生整体失稳失效 东 北两侧未产生破坏 是由于该两侧主楼和裙楼支护墙之间的平台较长 图3 27b 该两侧主楼的支护墙足以承担总开挖深度8 10 实际只有3 5m 的主动土压力 115 6 6建筑物的纠偏6 6 1建筑物纠偏概述1 建筑物纠偏的方法 将沉降小的部位促沉 使沉降均匀而将建筑物纠正 将沉降大的部位顶升 将建筑物纠正 2 注意事项详细分析建筑物的地基工程勘察资料 分析地基产生不均匀沉降过大的原因 纠偏过程中 须进行严密的监测 沉降 地下水 裂缝 结构应力等 一是通过加载来促使地基变形达到纠偏的目的 二是通过掏土来调整地基土的变形达到纠偏的目的 116 6 6 2促沉纠偏1 基础下地基中掏土纠偏 人工直接掏土纠偏法 基础两侧 按平面交叉布置 每隔一定距离 约1m 斜向打入 200瓦管形成掏土孔 然后用铁管在孔中分阶段掏土 迫使基础下沉 每阶段应确定合理促沉量 待沉降稳定