工程事故分析与工程安全ch11_W

1、第 11 章地下室上浮、复位损毁事故分析实例教学提示：一要从这一中外的罕见事故中认识工程事故的偶然性与必然性；二要从这一事故中识别与的区别。 教学要求：从这类罕见事故中，利用学生的好奇心培养其对工程事故分析与工程安全工作的兴趣。 自中国减灾报、上海报摘等多家媒体先后就 1996 年 9 月 21 日发生在海口市某商场两层地下室工程骤然上浮高度达 5.8m 以上的罕见事故进行报道以后，境内境外、业内业外对此意外事故莫不一片哗然，极表关注。在进行地下室复位与加固处理过程中， 虽然多次召开过广泛的专家论证会，又由于操作不得法，执行不得力，不仅造成地下室彻底损毁报废，还导致人员伤亡事故。损失惨重，教训

2、深刻，现就所见所知，对此事故作些分析。 11.1 基 本 情 况建于海口市东方洋小区的某商场为地上四层、地下两层的钢筋混凝土框架结构，平面呈 61.8m48.6m 的缺角矩形。商场四周有四栋高层建筑，地上2l 层，地下1 层，剪力墙结构，桩筏基础，已竣工两栋。商场则采用天然地基，筏板基础，持力层为硬黏土，标准承载力为 200kPa 以上，拥有较大的安全储备。基底面标高为11.2m，地下室顶板面标高 0.5m，地下室全高 10.7m。于 1994 年春完成了地下室主体结构以后，因故延至 1996 年夏季才做完地下室外防水，正在回填施工中。 1996 年 9 月 20 日，适逢当年第 18 号强热

3、带风暴侵袭海口，潮位上涨，地下室顶板浸水深度 500mm 左右。现场施工人员对此情况未加注意。在 21 日凌晨，体积达 30000m3 以上的巨型地下室，陡然窜高 5m6m。地下室上浮和紧随其后的暴风雨在当地造成了极大的混乱。顷刻间，信息遍及全国，东南亚、甚至全世界均有报道。 11.2 事 故 原 因由于地下室尚未完成回填土，施工中为了防止地下室进水，将所有地下室顶板和侧墙上的预留口和管道孔都进行了严密封堵，因此在地下室处于警戒水位时，失去了自动灌水压重抗浮的功能。水的浮力很大，完全依靠地下室的自重和底板与黏土地基之间有限的一点黏着力来抗浮，显然无济于事。这就是地下室整体浮起事故的必然原因。

4、100工程事故分析与工程安全经验算，得到以下抗浮参数： (1) 地下室(以下简称箱体)自重：W=149280kN150000kN 回填土重：W1=29l50kN，筏底面积：F=3040m2(2) 不计回填土，不计基底黏着力的压重抗浮强度： W = 150000 = 49kN / m2(11-1)F3040即抗浮警戒水深为 4.9m，警戒水位为+4.9l1.2=6.3m，当坑内水位上升到6.3m 以上时，箱体就会上浮。 (3) 计算回填土的压重作用，不计基底黏着力的抗浮强度： W + W1 = 150000 + 29150 = 58.9kN / m2取 60kN/m2。(11-2)F3040即回

5、填土完成以后的抗浮警戒水深为 6.0m，警戒水位为：11.2+6=5.2m。 这说明即使做完了回填士，只要警戒水位高出5.2m 时，箱体也必然上浮，上浮以后的最大吃水深度为 6.0m，即箱顶露出水面为 10.7m6.0m4.7m,当水位高出原有箱顶标高达 1.0m 以上时，地下室实际上浮量将达 5.7m 以上。 11.3 事故性质述评为了探索可行的地下室复位加固措施，必须对事故的发生发展过程及其受损情况有一 个正确的认识。积水消退以后，根据在基坑内水位处于1.5m 标高的稳定情况下所作的检测记录：箱体基本上是以西端高出东端 1100mm 的倾斜姿态，整体飘浮在水面上，西端顶板面高出水面 5.8

6、5m，东端顶板面高出水面 4.75m，西端吃水深度为 4.85m，东端吃水深度为 5.95m，平均吃水深度为 5.4m，与不计回填土压重的理论计算吃水深度 4.9m 相差 0.5m， 这 0.5 m 的差额除了箱内平均积水深度约 0.3m 以外，就是底板周边飘出带上残存的部分回填土和底板面黏附带起的地基土。而且更主要的是底板下黏附带起的这部分土体对箱体下沉归位会起阻滞作用。必须引起重视。 出现整体倾斜的原因主要是箱体东端有属于高层部分的独立梁、柱体系与之相连结。在上浮过程中箱体直接受到梁柱体系牵制。当然，与箱体本身的形心与重心偏离也有关系。 从外观检查，漂浮在水面上的箱体除了外围墙面的 120

7、mm 砖砌防水保护墙剥落外，顶板与墙面上未见结构变形与裂缝，箱体内积水不多，说明底板也不裂不漏。只要对箱体进行归位，并对基底持力层进行加固，即可完全恢复使用功能与承载力功能。 但是，以下几方面的情况，表明事故性质是严重的，增加了事故处理的难度，不能掉以轻心。 (1) 从以上浮力分析和现场反映可知，地下室猝然上窜现象并不是出现在警戒水位线上，由于基底持力层的黏结力在起作用，临界破坏状态是出现在环境水位漫过地下室顶板1000mm 以后，此时猝然遭到基底黏着力屈服而上窜。上窜后保持 6000mm 的理论吃水深度，则箱顶窜出水面为 4700mm，已整体窜离原位 5700mm。在这样的剧烈运动条件下，

8、必然已将周边回填土全部甩到箱底周边飘板以下。而且在稳定水位下箱体底板仍飘离基底 100 第 11 章地下室上浮、复位损毁事故分析实例101平均深度达 4700mm，历时一月有余，基坑周围堆存的零星建筑材料与建筑垃圾已全部被洪水冲进坑内。尤其是西北角的护坡桩失稳，边坡坍塌，大部分防水护墙砖头已掉到周边飘板以下，造成箱体归位的最大障碍，必须予以彻底清除，但难度极大。 (2) 由于箱体在上浮过程中受到东端独立梁柱体系的牵制导致整体倾斜，并向东、向北两侧挤压，使局部护坡桩与止水排桩遭到破坏，止水功能丧失。在事故处理过程中持续降水，将对东、北两栋已建高层建筑物的桩基水平稳定构成威胁。 (3) 持力层受到

9、扰动，破坏是严重的，应予处理。 (4) 归位加固后的建筑物抗浮问题始终是问题的核心，因为上面四层的压重很有限， 应该首先考虑。 (5) 在复位过程中保持箱体结构不受严重损伤是最终目标。否则，加固费用过大，甚至造成废损，将失去一切意义。 11.4 处 理 方 案关于箱体归位加固方案，曾经召开过规模不小的专家论证会。一些专家认为：当务之急是箱体归位，怕的是夜长梦多，因此其他问题都是次要问题，具体办法可以不拘一格， 宜实行动态控制。关于应变措施，可以随时调整，也就是主张采取走一步，看一步的灵活 。也有专家主张归位、加固、抗浮三者必须统筹兼顾，而核心问题仍是抗浮问题。因为根据理论计算，即使在基坑回填甚

10、至上部建筑竣工荷载加满以后，压重仍嫌不足，难以满足抗浮要求。因此事先必须有一个通盘的、比较周密的实施方案。否则，将是劳而无功。这一指导思想，受到设计单位的赞同，之后曾试拟过一个实施方案，其概要如下。 11.4.1 封闭止浮根据工程地质情况，两个主要的含水层分布在4m6m 之间及20m 以下，中间是深厚的硬粘土止水层。但由于高层桩基和本工程护坡桩的施工，已将硬粘土止水层穿透， 使两个含水层的水通过桩土界面的渗水通道互相沟通，并将地下水(承压水)引至基底界面， 成为今后长期面临上浮威胁的主要水源。要消除浮力威胁，除了要及时和仔细做好基坑回填， 杜绝地表水下渗之外，还要切实恢复基坑周围止水帷幕的止水

11、功能，使之成为不透水的封闭圈，使基底不承受水压。这也是保证在箱体归位加固处理过程中进行持续降水时， 不至于高层桩基安全的必要措施。 11.4.2 抓斗打捞由于箱体底板沿周边飘出有 750mm 宽，掉入基坑内的渣料分两部分，大部分落在飘板上， 清除难度不会大。妨碍箱体归位的是掉落在坑底的渣料。靠近基坑东、北两侧，由于底板飘出 带已紧贴坑壁，使坑底打捞清渣工作无处下手，必须首先将这宽 750mm、厚 800mm 的飘出带局部凿除，开出清渣窗口，由潜水员下到坑底，经过仔细观察以后，再用小型抓斗将基底残 渣尽量清除。沿西、南两侧的底板飘带边沿离坑壁还有一定距离，可容潜水员直接下到坑 底打捞清渣。最困难

12、的是粘附在底板下的块体，只能用高压水枪将其吹落吹散， 101 102工程事故分析与工程安全再用泥砂泵抽出。基本恢复基底和持力层的两个平整面，以便下落就位。 11.4.3 牵引归位由于箱体在上浮过程中受风向和洪流的影响，并受东端梁柱体系的牵制，上浮后形成向东倾斜，并向北和东位移，使箱底飘出带抵住护坡桩，产生咬合力，将箱身卡住。因此归位之前必须将牵制解除，然后才可进行多点牵引拨正。 考虑箱体粘附物为均匀分布，根据图解法求得箱体的重心偏离形心约 3000mm，可以用箱内局部注水压重法试行调整重心，以达到整体平衡便于拨正的目的。 因为地下室设计为货栈及停车场，整体刚度较小，所以在进行拔正前必须对箱体内

13、部进行必要的支撑加固，牵引点必须分散着力。着力点以选择在西、南两侧标高分别为0.50m 与4.50m 板面梁柱节点处的墙面上为宜。牵引动力可用慢速绞车或人工倒链。 对拔正归位还应事先提出精度要求。为了不影响建筑物的使用功能，认为把误差限制在以下幅度内是合理的，也是完全可以实现的。 形心坐标误差：500mm ； 轴线偏斜误差：l； 水平复位误差：不大于+500mm。 11.4.4 软着陆由于持力层和基底面很难恢复理想平面的平整度，箱体下落时必然会由于接触面不吻合而产生不均匀的内力与变形，导致裂损。因此，只能采用软着陆方式将箱体逐步沉落下去。首先要对箱底清碴情况进行检查与验收，然后开始坑内降水，使

14、坑内水位保持在抗浮警戒水位以上 1000mm 左右。于是开始向坑内适量的粉煤灰，形成相当于固结厚度约500mm 左右的浆液。待粉煤灰浆液均匀分布并开始沉淀时，继续从特设的过滤井内进行坑内降水，直至浆液固结，箱体随之平稳下落为止。 11.4.5 注浆固底箱体平稳着陆以后，可对底板进行一次敲击检验，在空虚部位的底板上钻孔进行初次重点灌浆。浆液仍用粉煤灰调制。初灌完毕，再在底板上均匀布孔，并敷设高压灌浆管网系统，向底板下全面灌注水泥浆。随着注浆压力的升高，应在箱内进行相应的注水或箱顶铺砂压重，以免箱体被顶起。注浆压力应控制在 300kPa 以内，以保持对持力层进行适度加固为限。 进行底板注浆时，尤应

15、重点进行底板周边与护坡桩接缝的注浆，使之与外围止水墙密接，形成密封圈，使地表水和地下水均无法渗入基底面。 11.4.6 结构补强结构补强工作应在仔细对箱体结构的裂缝情况进行全面检查与分析后进行。如果箱体归位方案执行得比较认真的话，结构不会受损，补强工作量是很有限的。 102 第 11 章地下室上浮、复位损毁事故分析实例10311.4.7 人身安全要保证方案实施顺利，并把费用降到最低限度的关键是首先保证人身安全。因为从方案实施的全过程看，所消耗的材料和动力很有限，人力消耗，尤其是水业的熟练劳动力消耗占最大比重。只要保证了水业人员的人身安全，为他们创造了良好的工作条件， 就能保持良好的工作情绪和高

16、昂的战斗力，就没有克服不了的困难。因此必须采取以下安全措施。 1. 换水清污 坑内积水含大量地表污染物，宜首先用高压水枪将积水搅混，然后用沙泵抽水，用清水补灌，以保持水位，使积水中的粉粒、黏粒、胶粒甚至细砂、碎屑等污染物被初步清除， 提高水的清洁度。 2. 加矾澄清 为了保持水业良好的可见度，宜在集中进行水业前，在坑内加适量明矾，使水澄清。 3. 加氯消毒 为了满足水业的卫生要求，事先宜适量投入漂白粉或氯气进行消毒。 11.5 实 际 行 动现场行动是迅速的，只可惜并没有按计划推进，而是手忙脚乱。水 业条件根本无人关注，作业效果也无人检查，而急于拨正归位。结果遇到了重重困难，进展缓慢。折腾了近半年，弄得筋疲力尽，不仅坐标和标高没有一点逼近目标，连倾斜度也没有纠正。最后卡死在东端冒出地面600mm，西端冒出地面1500mm，东西高差达900mm 的倾斜歪扭状态，已无法拨正。被迫就此进行了匆匆回填。从箱顶和外墙面看，结构裂损变形已相当严重。显然已无法归位加固，只得申请报废。不仅上千万的投资全部损失，还在复位过程中造成了人员伤亡事故，损失惨重。 11.6 一 点 反 思事情已经过去多年，一切损失也已经作为“”报销。但从总结技术经验着眼，认为还值得作一点反思。强热带风暴只是一年一度的