第三章地基基础事故分析

第三章 地基和基础工程质量事故与处理建筑物事故的发生，不少与地基问题有关。地基事故的主要原因是由于勘察、设计施工不当或环境和使用情况发生改变引起的，最终表现为产生过大的变形或不均匀沉降，从而使基础或上部结构出现裂缝或倾斜，削弱和破坏了结构的整体性、耐久性，严重的导致建筑物倒塌。地基事故，按其性质可分为地基强度和变形两大类。地基强度问题引起的地基事故主要表现在地基承载力不足或丧失稳定性;地基变形问题引起的事故常发生在软土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等地区。地基事故发生后，首先应进行认真细致的调查研究，然后根据事故发生的原因和类型，因地制宜地选择合理的基础托换方法，进行处理。在进行托换前，要对建筑物被托换的安全性予以论证;在托换过程中，应采取严密的监控措施，保证建筑物的各部位之间不致产生过大的沉降差，还应保证邻近建筑物的安全性。3.1 地基工程质量事故3.1.1 地基工程事故原因分析1.地质勘查深度不足或者根本不勘察2.基础设计不调查、不计算3.软弱地基不处理4.忽视寒冷地区地基土的冻胀5.基础埋置深度不足6.地基基础缺乏防护、防水、排水措施7.不按图纸规范施工，粗制滥造事故实例：某市修建的一座库房楼，该库房为两层楼房，平面呈一字型，东西向长47.28m，南北向宽10.68m，高7.50m。库房正中为楼梯间，东西各两大间，每间长10.89m、宽10.20m。中部有两个独立柱基。内外墙均为条形基础。此楼在使用一年后。库房西侧二楼墙上既发现有裂缝。此后裂缝数量增多，裂缝宽度展扩。据详细调查统计，大裂缝已有33条，有的裂缝长度超过1.80m，宽度达1030mm，且地面多处开裂。6年之后，再度调查，发现裂缝长达3.20m，裂缝宽为810mm，且内外贯通。说明6年多来库房的沉降一直都在发展。事故原因分析：原勘查失误是事故的主因，原勘查报告虽有偿个钻孔资料但仅有库房角线的41#、46#孔分别深5.10m、5.35m，其余5个孔只有2m多，远不及基础受压层深度。更值得注意的是有2个孔已穿过有机土和泥碳层，但却未做记录，在报告中未说明，只是简单地建议地基计算强度为fk=100KN/M2。这是该库房发生严重质量问题的根源；设计人员对这份粗糙的勘查报告，并未提出补做勘查的要求。此外按规范规定对于三层和三层以上的房屋，其长高比L/H宜小于或等于2.5；本例虽为二层砌体结构，但长高比L/H=47.28/7.5=6.3，次值25，导致房屋的整体刚度过小，对地基过大不均匀沉降的调整能力太弱。设计人员又未采取加强上部结构刚度的有力结构措施，也是导致墙体开裂的重要原因。应吸取的教训：第一，工程勘查工作做的粗糙；第二，地基的选择和处理方法不当，未能使房屋坐落在比较均匀的天然或人工地基上；第三，上部结构整体刚度弱。这三点教训也就是平时常说的“情况不明，决心不大，方法不好”。此外，在勘查时要重视对钻孔深度的选择。由于钻孔深度必须符合设计要求，如果不符合设计上对压缩厚度的需要，或者大不到桩所坐落的土层时，那就不可能正确计算出地基的沉降，或桩的正确承载力，也就达不到基础设计要求。因此必须按设计要求确定合适钻孔深度。如果由于勘查量不足，钻孔和探坑布点少，再加上钻孔深度不够，以致不能表达出土的不均匀性和层理的不一致性，就有可能引起建筑的翘曲和弯折而出现裂缝，造成危害和浪费。3.1.2 地基失稳事故 地基失稳破坏的原因，是由于地基中各点的剪应力随着荷载的增加而不断增加，当地基中局部范围内的剪应力达到土的抗剪极限强度时，便会产生局部剪切破坏。如局部破坏的范围扩大而连成整体，则地基将失去稳定性，并可能引起建筑物的严重破坏。地基的失稳破坏属剪切破坏，有以下3种情况1.整体剪切破坏当荷载大于某数值时，基础急剧下沉。同时，在基础周围的地面有明显的隆起现象，继而，基础倾斜，甚至倒塌，地基发生整体剪切破坏。如加拿大特朗斯康谷仓，受载后，地基发生滑动严重倾斜，是地基发生整体滑动、丧失稳定性的典型例子(见图31)。该谷仓建在较厚的软黏土地基上，受荷后谷仓西侧突然陷入土中88m，东侧则抬高15m，但该谷仓的整体性很强，仓身完好无损。2.局部剪切破坏与前类似，滑动面从基础的一边开始，终止于地基中的某点。只有当基础发生相当大的竖向位移时，滑动面才发展到地面。破坏时，基础周围地面也有隆起现象，但基础无明显的倾斜或倒塌。软黏土和松沙地基易发生这一类型的破坏。如广东海康县7层框架结构的旅馆建造在淤泥质软土地基上，设计人员在无地质勘探资料的情况下，盲目地按照10012OkPa的承载力设计，并错误地采用独立基础，造成因地基失稳而倒塌的严重事故。事故发生后，实测地基承载力仅为405OkPa，又由于少算荷载，柱的承载力也远达不到要求。基础的严重不均匀沉降，使上部结构产生很大的附加内力，导致结构倒塌，造成直接经济损失60余万元。图3-23.冲切剪切破坏压缩性较大的软黏土和松沙，由于弱土层的变形使基础连续下沉，产生过大的沉降，基础就像切入土中一样。故称为冲切剪切破坏。在建筑工程中，地基失稳事故比变形事故少，但失稳的后果是严重的，有时是灾难性的。3.1.3 地基变形事故1.湿陷性黄土地基的变形 湿陷性黄土呈黄色或褐黄色，粉土颗粒含量常占土重的60扒以上，含有大量的碳酸盐、硫酸盐和氯化物等可溶盐类，天然孔隙比在1左右，土中具有肉眼可见的大孔隙。在覆土层的自重压力和建筑物的附加压力作用下受水浸湿，土的结构迅速破坏，其强度也迅速降低，并发生显著的附加沉降。在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，属于特殊土。有些杂填土也具有湿陷性。广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性。（这里所说的黄土泛指黄土和黄土状土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性和非自重湿陷性黄土，也有的老黄土不具湿陷性）。1)湿陷性黄土地基变形特征：(1) 湿限变形特点 只出现在受水浸湿部位，其特点是变形量大，常常超过正常压缩变形几倍甚至几十倍，发展快，受水浸湿后13h就开始湿陷。湿陷的出现完全取决于受水浸湿的概率。(2)外荷湿陷变形特征 发展迅速、湿陷稳定快。(3)自重湿陷变形特征 产生与发展比外荷湿陷要缓慢，稳定历时长。且其发展是有一定条件，如浸水面积小时，自重湿陷就很不安分，甚至完全不产生湿陷。2)湿陷变形对上部结构产生的效应：(1)基础及上部结构开裂湿陷性黄土地基引起房屋下沉量大，墙体裂缝大，并开展迅速。(2)倾斜湿陷变形只出现在受水浸湿部位，而没有浸水部位则基本不动，从而形成沉降差，因而整体刚度较大的房屋和构筑物，如烟囱、水塔等则易发生倾斜。(3)折断当地基遇到多处湿陷时，基础往往产生较大弯曲变形，引起房屋基础和管道折断。事例：2004年10月甘肃庆阳某办公楼发现南部 轴线范围内地基局部沉陷，墙体及楼板出现裂缝，并逐步从一层发展到三层，多为斜向裂缝；地坪有空鼓下陷现象，局部最大沉降量达120cm。该办公楼建成于1997年，其南北向长约为43OOm，宽约为l100m，为三层局部四层建筑物，砖混结构，属丙类建筑物。设计地基处理采用大开挖，基础埋深为一180m，开挖深度为- 480m，槽底纵横间距10m 中间加点布梅花型探孔，孔深40m，3：7灰土捣实回填，素土回填至一21m，要求压实系数不小于093；再用300ram厚的3：7灰土回填至一180m，要求压实系数不小于095。根据室内土工试验结果，按照湿陷性黄土地区建筑规范(6BJ50025-2004)，计算出地基土的自重湿陷量介于21963240cm，总湿陷量介于44887542cm，经地基处理后，场地为级自重湿陷性黄土场地。分析：通过调查、检测可知，该办公楼采用整片土垫层法处理地基，上部3：7灰土垫层厚度不满足设计要求，地基土经处理后，场地仍为级自重湿陷性黄土场地，剩余湿陷量最大达7542cm，且处理后的素土垫层压实程度欠均匀，局部压缩性高，并具湿陷性，是造成该楼地基产生不均匀沉降的原因之一；下卧层马兰黄土具强烈湿陷性，并具较高压缩性，若有水下渗，必将产生湿陷变形；同时，上部回填土回填质量差，造成了地坪空鼓下陷。2软土地基的不均匀沉降1)软弱土地基变形特征软土一般是指抗剪强度较低、压缩性较高、渗透性较小的淤泥、淤泥质土、某些冲填土和杂填土及其他高压缩性土层。软弱土地基的变形主要有以下3个特征。(1)沉降大而不均匀 软土地区大量沉降观测资料统计表明，砖混结构的建筑物3层房屋的沉降量约为152Ocm，4层房屋一般为20一5Ocm，56层房屋的沉降可达到7Ocm。有吊车的单层工业厂房沉降约为204Ocm。如果上部结构各部分荷载的差异较大，建筑物的体型又较复杂，或者土层不均匀，将会引起很大的不均匀沉降。软土地基的不均匀沉降，是造成建筑物裂缝损坏或倾斜等事故的重要原因。(2)沉降速率大 软土地基的沉降速率较大，一般工业与民用建筑，活荷载较小 时，竣工时沉降速率大约为0515mm/d，活荷载大的工业建筑(构筑)物，最大沉降速率可达45mm/d。约在施工期051a的时间内，是建筑物差异沉降发展最为迅速的时期，也是建筑物最易出现裂缝的时期。(3)沉降稳定历时长 因软弱土的渗透性低，孔隙水不易排除，故沉降稳定历时 记 在比较厚的软土层上，建筑物基础的沉降往往持续几年乃至十几年。图3-42)不均匀沉降对上部结构产生的效应(1)砖墙开裂。不均匀沉降使墙体受弯或受剪而开裂。(2)砖柱断裂。砖柱断裂产生水平和垂直两种裂缝。前者是因不均匀沉降使柱 产生纵向弯曲所致，多出现在柱中部，沿水平灰缝发展，使砖柱受压面积减少，严重 时可使局部压碎。垂直缝一般因承压强度不足所致，发生在强度薄弱处。(3)钢筋混凝土柱倾斜或断裂。因沉降差别大使柱倾斜，并在柱顶产生较大的 水平力，使柱身弯矩增大而开裂，且集中在柱身变形截面处及地面附近。 (4)高耸建筑物倾斜。建立在软土地基的烟囱、水塔、筒仓、立窑、油罐和储气柜等高耸构筑物，如采用天然地基，则产生倾斜的可能性较大。3膨胀土地基膨胀或收缩 1)膨胀土地基涨缩变形特征膨胀土是指黏粒成分主要由强亲水性矿物组成，具有吸水膨胀和失水收缩且胀缩性能较大的黏性土。膨胀土地基的变形主要表现为不均匀性和可逆性。随季节气候的变化，反复吸水、失水，会使地基变形不均匀，且长期不稳定。膨胀土是种高塑性黏土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏，且往往成群出现，尤以低层平房严重，危害性很大，裂缝特征有外墙垂直裂缝，端部斜向裂缝和窗台下水平裂缝，内、外山墙对称或不对称的倒八字形裂缝等；地坪则出现纵向长条和网格状的裂缝。一般于建筑物完工后半年到五年出现。(1)胀缩变形的不均匀性与可逆性 随着季节气候的变化，反复吸水，会使膨胀土地基变形不均匀，而且长期不能稳定。中国膨胀土多位于亚干旱和亚湿润区，土的天然含水率多在塑限上下波动。如安徽合肥地区某平房，经过5年观测，每年48月份下沉，其他月份上升，随着季节出现周期性变化。 (2)坡地变形特征现场观测表明，边坡不但有升降变形，还有水平位移。升降变形幅度和水平位移量都以坡面上的点最大，睡着离坡面距离的增大而逐渐减小。位于斜坡地段的膨胀土地基问题，较平坦地更为复杂。在斜坡上建筑时，整平场地必然有挖有填，土的含水率也必然不一样，因而使土的膨胀变形不均匀。在斜坡整平后，场地前缘形成坡陡或土坡，这时地面蒸发加快，既有坡肩蒸发，也有临空的坡面蒸发，其含水率变化幅度较坡面部分高出12倍，致使房屋临坡面变形增大。2)膨胀变形对上部结构产生的效应 膨胀土地基变形对上部结构的效应，主要是使结构开裂，且开裂有如下特点。(1)建筑物的开裂破坏某区域范围内的房屋大部分出现开裂现象，一般在建成后三五年出现开裂，也有少数在施工期就开裂的。(2)遇水膨胀、失水收缩引起墙体开裂(3)在地质条件相同情况下的房屋开裂破坏在地质条件相同的情况下，单层房屋开裂较为普遍(4)外墙与内墙交接处的破坏(5)室内地坪开裂，特别是空旷的房屋或外廊式房屋的地坪容易出现纵向裂缝。事例：多栋8层钢筋混凝土框架结构的高级公寓楼是上述4栋7层砖混结构高级公寓楼建造园区的后续工程。为了总结前期4栋砖混结构楼失败的经验与教训，在设计安全水准方面，不仅工程人员所参考的规范已从“89规范”晋级到“02规范”，还不惜工本，特意放大了安全储备，将浅埋的素混凝土带型基础一律改为深埋的钢筋混凝土独立基础；并放大了基底承压面积，还按标准与规范要求，在基底增加了黏土垫层和碎石垫层，放大了梁、柱断面和钢筋含量。这样一来实际的抗震设防水准显然超过了8度设防的规范要求。此外还特别关注了室外散水坡与室内地坪的设计与施工质量。他们以为可以高枕无忧了。遗憾的是工程建成不到一年，结构裂缝现象就逐渐出现，最初出现的是楼板面裂缝。裂缝产生在板支座附近，走向与框架梁平行。显然是因为独立柱基由于膨胀土压力引起水平位移导致了框架柱倾斜，楼板受扭折的结果。 4.季节性冻土地基冻胀1)季节性冻土地基变形特征(1)有规律的季节性变化 冬季冻结、夏季融化，每年冻融交替一次。(2)与气温有关 地下一定深度范围内的土温随大气温度而改变。2)冻胀、融陷变形对上部结构的效应(1)墙体裂缝一、二层轻型房屋的墙体裂缝很普遍。(2)基础拉断这种情况经常发生在不采暖的轻型结构砖砌基础中，主要因侧向冻切力作用所致。(3)外墙因冻胀抬起、内墙不动、天棚与内墙分离这种情况常发生在农村单层住宅采暖房屋里。(4)台阶隆起、门窗歪斜冬天由于冻胀，台阶隆起导致外门不易推开，来年开冻以后台阶又回落。 18 / 183.1.4 斜坡失稳事故1.斜坡失稳的特征1)斜坡失稳常以滑坡形式出现，滑坡规模差异很大，滑坡体积从数百立方米到数百万立方米，对工程危害极大。2)滑坡可以是缓慢的、长期的，也可以是突然的发生，以每秒几米甚至几十米的速度下滑。2.斜坡上房屋稳定性破坏类型 1)房屋位于斜坡顶部时，从顶部形成滑坡，发生土从房屋下挤出，地基土松动，如图3-5所示。2)房屋位于斜坡上，在滑坡情况下，房屋下的土发生移动，部分土绕过房屋基础移动，如图3-6所示。图3-5图3-63)房屋位于斜坡下部，房屋要经受滑动土体的侧压力(见图3-7)。图3-73.滑坡整治1)消除或减轻地下水的危害俗话说“无水不滑”，可见滑坡与地下水和地表水存在着紧密联系。因此，治理滑坡首先着眼于对水的处理，特别是作用于滑动面的水。 排水包括地表排水和地下排水两个方面，地表排水通常包括在滑坡体外修建截水沟，及在滑坡体内修建树枝状排水沟，以拦截流向滑坡的地表水及排引滑坡体范围内的地表积水，以避免地表水下渗，增大滑体重量，软化滑动带，降低其强度，减小滑坡自身的阻滑力。地表排水作为一种直接而有效的措施被普遍采用。排除地下水，最好是在查清地下水的补给和排泄的条件下，在滑体之外进行截流。排除地下水的措施常用的是排除边坡浅层滞水的支撑渗沟，一般适用于土质路堑坍滑、路堤坍滑的整治。某高速公路K253+000K253+190滑坡治理工程，采用疏干孔排出地下水；急流槽、截水沟排引地表水。排水工程在施工过程中要勤于监督管理，保证排水的畅通及防渗。(1)排除地表水 排除地表水使整治滑坡不可缺少的辅助措施，而且应是首先采用并长期运用的措施。其目的在于拦截、旁引滑坡外的地表水，避免地表水流入滑坡区或将滑坡外的雨水及泉水尽快排除，阻止雨水、泉水进入滑坡体内。主要措施：滑坡体外设截水沟，滑坡体上设地表水排水沟，引泉工程，做好滑坡区的绿化工作等。(2)排除地下水对于地下水，可疏不可堵。其主要工程措有：截水盲沟，用于拦截和旁引滑坡外围的地下水；支撑盲沟，兼具排水和支撑作用；仰斜孔群，用于水平的钻孔把地下水引出；此外。还有盲洞、渗管、渗井、垂直钻井等排除滑体内地下水的工程措施。(2)防止河水、库水对滑坡体坡脚的冲刷主要工程措有：在滑坡上游冲刷地段修筑促使主流偏向对岸的堤坝：在滑坡前缘抛石、铺设石笼，修筑刚钢筋混凝土块排管，使坡脚的土体免受河水冲刷。2)改变滑坡体外形，设置抗滑建筑物(1)削坡减重常用于处理“头重脚轻”状态，而在前方又没有可靠抗滑地段的滑体。这种方法可以使滑体外形改善、重心降低、从而提高滑体稳定性。(2)修筑支挡工程因失去支撑而引起的滑动的滑坡或滑坡床陡以及滑动可能较快的滑坡，采用修筑支挡工程的办法，可增加滑坡的重力平衡条件，使滑体迅速恢复稳定。支挡建筑物类有抗滑片石垛、抗滑桩、抗滑挡墙等。3)改善滑动带土石性质一般采用焙烧法、爆破灌浆法等物理化学方法对滑坡进行治理。3.1.5 基坑工程事故1.基坑工程事故的特点1)基坑支护全体系具有临时性，地下工程完工后即失去作用，因而它设计时的安全储备较小。2)基坑工程具有较大的综合性，从土力学看它涉及土的稳定、变形和渗流三方面问题；从支护结构看它涉及结构、力学和材料三方面知识。3)基坑工程具有很强的地区性，在不同工程地质、不同的建筑要求下，它的差异很大。图3-8常用桩墙式支护结构a)钢筋混凝土悬臂支护b)钢筋混凝土内撑式支护c)钢板桩水平锚碇支护d)钢板桩坑内斜撑支护e)钢板桩多层水平内撑支护f)钢板桩多层锚拉支护案例：案例一： 某工厂新建一生活区，共14 幢七层砖混结构住宅（其中10幢为条形建筑，4幢为点式建筑）。在工程建设前，厂方委托一家工程地质勘察单位按要求对建筑地基进行了详细的勘察。工程于一九九三年至一九九四年相继开工，一九九五年至一九九六年相继建成完工。一年后在未曾使用之前，相继发现10幢条形建筑中的6幢建筑的部分墙体开裂，裂缝多为斜向裂缝，从一楼到七楼均有出现，且部分有呈外倾之势；3幢点式住宅发生整体倾斜。后来经仔细观察分析，出现问题的9幢建筑均产生严重的地基不均匀沉降，最大沉降差达160mm以上。 事故发生后，有关部门对该工程质量事故进行了鉴定，审查了工程的有关勘察、设计、施工资料，对工程地质又进行了详细的补勘。经查明，在该厂修建生活区的地下有一古河道通过，古河道沟谷内沉积了淤泥层，该淤泥层系新近沉积物，土质特别柔软，属于高压缩性、低承载力土层，且厚度较大，在建筑基底附加压力作用下，产生较大的沉降。凡古河道通过的9栋建筑物均产生了严重的地基不均匀沉降，均需要对地基进行加固处理，生活区内其它建筑物（古河道未通过）均未出现类似情况。该工程地质勘察单位在对工程地质进行详勘时，对所勘察的数据（如淤泥质土的标准贯入度仅为3，而其它地方为 712）未能引起足够的重视，对地下土层出现了较低承载力的现象未引起重视，轻易的对地基土进行分类判定，将淤泥定为淤泥质粉土，提出其承载力为 100kN， Es为4Mpa.设计单位根据地质勘察报告，设计基础为浅基础，宽度为2800mm，每延米设计荷载为270kN，其埋深为 1.4m2m左右。该工程后经地基加固处理后投入正常使用，但造成了较大的经济损失，经法院审理判决，工程地质勘察单位向厂方赔偿经济损失329万元。 案例二 某市一商品房开发商拟建10 栋商品房，根据工程地质勘察资料和设计要求，采用振动沉管灌注桩，桩尖深入沙夹卵石层500以上，按地勘报告桩长应在910米以上。该工程振动沉管灌注桩施工完后，由某工程质量检测机构采用低应变动测方式对该批桩进行桩身完整性检测，并出具了相应的检测报告。施工单位按规定进行主体施工，个别栋号在施工进行到3层左右时，由于当地质量监督人员对检测报告有争议，故经研究决定又从外地请了两家检测机构对部分桩进行了抽检。这两家检测机构由于未按规范要求进行检测，未及时发现问题。后经省建筑科学研究院对其检测报告进行了审核，在现场对部分桩进行了高、低应变检测，发现该工程振动沉管灌注桩存在非常严重的质量问题，有的桩身未能进入持力层，有的桩身严重缩颈，有的桩甚至是断桩。后经查证该工程地质报告显示，在自然地坪以下46m深处，有淤泥层，在此施工振动沉管灌注桩由于工艺方面的问题，容易发生缩颈和断桩。该市检测机构个别检测人员思想素质差，一味地迎合施工单位的施工记录桩长（施工单位由于单方造价报的低，经常利用多报桩长的方法来弥补造价），将砼测试波速由3600米/秒左右调整到47004800米/秒，个别桩身经实测波速推定桩身测试长度为 5.8m，而当时测试桩长为9.4m，两者相差达3.6m.这样一来，原本未进入持力层的桩，严重缩颈桩和断桩就成为了与施工单位记录桩长一样的完整桩。该工程后经加固处理达到了要求，但造成了很大的经济损失。2.引起基坑工程事故的原因1)思想上不够重视，操作欠2)基础地质资料不够准确3)计算方法和设计方案不够缜密4)施工不够规范5)监测工作不够认真、规范3.减少基坑工程事故的对策1)严格把好勘察设计2)强化安全意识，抓好施工环节的管理3)协调好基坑工程与周边道路、管线和建筑物的关系4)重视基坑开挖工程的监测工作5)基坑事故分析与处理3.1.6 特殊土地基工程事故1.特殊土地基的现象及工程危害1)湿陷性黄土 （在3.1.3 地基变形事故里湿陷性黄土地基的变形有确切的说明）2)膨胀土 （在3.1.3 地基变形事故里膨胀土地基膨胀或收缩有确切说明）3)盐渍土 盐渍土是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤的总称。盐土是指土壤中可溶性盐含量达到对作物生长有显著危害的土类。盐分含量指标因不同盐分组成而异。碱土是指土壤中含有危害植物生长和改变土壤性质的多量交换性钠。盐渍土主要分布在内陆干旱、半干旱地区，滨海地区也有分布。全世界盐渍土面积计约897.0万平方公里，约占世界陆地总面积的6.5%，占干旱区总面积的39%。中国盐渍土面积约有20多万平方公里，约占国土总面积的2.1%。2.特殊土地基的防治与处理方案1)湿陷性黄土地基防治与处理方案垫层法地基处理中所用的垫层法。实际上是开挖置换法，或称换土垫层法。这种方法是将基底下的湿陷性黄土全部或部分挖除，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以便消除地基的部分或全部湿陷量，并可减小地基的压缩变形和渗透性，提高地基承载力。适用于地下水位以上土层厚度13m。就地基处理范围而论，可将其分为局部垫层和整片垫层。当仅要求消除基以下13m湿陷性黄土的湿陷量时，宜采用局部或整片土垫层进行处理；当同时要求提高承载力或增强水稳性时，宜采用局部或整片灰土垫层进行处理。一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取200300mm。为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度。垫层的施工质量必须分层检验，应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土。夯实法夯实法是利用重锤自由落下的冲击能来夯实地基，包括重夯法和强夯法。适用于处理饱和度小于60的湿陷性黄土。当要求消除湿陷性的土层厚度为12m时，宜采用重夯法；当要求消除湿陷性的土层厚度为36m时，宜采用强夯法两种方法的工艺和设备有些类似，但强夯法的夯击功能较重夯法的夯击功能大得多。挤密桩法 挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，可以用于地基的局部处理也可以用于整片处理，处理的厚度为515m。这种方法是用机械、人力或爆破成孔后，填以最优含水量的素土或灰土并分层夯实，其压实系数不得小于0.93，形成土或灰土桩，以达到加固地基的目的。土桩是一种柔性桩，不同于钢筋混凝土等刚性桩。不但土桩本身要承受上部荷载，而且，挤密后的桩间土也要分担较大的荷载。实际上土桩与桩间土共同组成了复合地基，即土桩挤密地基。土桩挤密地基，与土垫层一样，具有消除地基湿陷性，降低渗透性和压缩性，提高承载力的功效。因此，对于局部处理与整片处理的选择，应视具体情况而定。如有隔水、防渗要求者，宜采用整片处理，无隔水、防渗要求者。可采用局部处理；剩余湿陷量小，可采用局部处理，剩余湿陷量大，宜采用整片处理；多、高层民用建筑，宜采用整片处理，单层工业厂房可采用局部处理，或采用局部处理与整片浅处理相结合。工程实践表明，挤密桩法是一种深层处理湿陷性黄土地基的较好的方法桩基础湿陷性黄土地基采用桩基础的目的，是将一定长度的桩穿透湿陷性黄土层，支承在坚实的非湿陷性土层上，使上部的荷载通过桩传人桩端坚实土层上，这样，即使地基受水浸湿，也能完全避免湿陷对建筑物的危害。适用于基荷载大，有可靠的持力层的地基，土层厚度不大于30m。湿陷性黄土地区的桩基础，基本上都属于端承桩。天然湿陷性黄土中的桩基础，虽然桩侧正摩阻力值较大，但是，对于自重湿陷性黄土地基，浸水后桩周土将相对下沉。不仅使桩侧正摩阻力基本消失，而且还会产生负摩阻力，于是，桩所承受的荷载，包括负摩阻力在内，便完全由桩端土来承担。对于非自重湿陷性黄土地基。浸水后桩侧虽有一定正摩阻力存在，但由于土体过于饱和，摩阻力作用大为减弱，基本上以端承为主。因此，在湿陷性黄土地区的桩基础设计中，单桩承载力的确定，应考虑桩侧负摩阻力的影响。只要单桩承载力满足要求，不需要验算群桩承载力。预浸水法 预浸水法是在建筑物修建之前，对自重湿陷性黄土场地进行大面积浸水，使土体在饱和自重压力下发生自重湿陷、产生压密，以消除距地表45m深度以下全部黄土层的白重湿陷性。上部45m厚的土层作为被动层不产生自重湿陷，但仍具有外荷湿陷性，需另作处理。预浸水法的优点是，拖工简便，费用低廉，处理范围广、深度大、效果好，同时。能消除地下暗缝、洞穴、墓坑等不良工程隐患。因此，特别适用于自重湿陷性土层厚、自重湿陷性强的黄土场地。对于自重湿陷性土层厚度大于l0m。自重湿陷量超过50m的场地，均可采用预浸水法进行处理。预浸水法的浸水影响范围较大。其影响范围与湿陷性土层的厚度和土性有关，国内浸水试验资料表明，厚度大于15m的自重湿陷性黄土，浸水影响范围一般为湿陷性黄土层厚度的12.6倍。因此，浸水坑与已有建筑物之间的净距，不易小于自重湿陷性土层厚度的3倍，同时，也不宜小于50m；并应防止浸水对附近建筑物和场地边坡的稳定性所造成的不良影响。预浸水法用水量大、工期长。因此，预浸水法只能在具备充足水源又有较长施工准备时间的条件下采用。2)膨胀土地基防治与处理方案膨胀土的这种遇水膨胀、失水收缩开裂且反复变形的特殊工程性质，给工程带了较大的危害，准确地了解膨胀土的特性及变化的条件，就能够知道地基将会产生怎样的变形，从而采取相应的地基处理措施。膨胀土地基常用的处理方法有5个(1)换土 可采用非膨胀性材料或灰土，换土厚度可通过变形计算确定。平坦场地上I、II级膨胀土的地基处理，宜采用砂、碎石垫层，垫层厚度300 mm，垫层宽度应大于基底宽度，两侧宜采用与垫层相同的材料回填，并做好防水处理。换土法能够得到比其他处理方法更大的地基承载力，从根本上改变地基土的性质，工期也比较短。(2)改良土质 在膨胀土中添加石灰、水泥等非膨胀材料或添加化学剂使膨胀土失去膨胀性的材料。在膨胀土中拌合一定量的石灰或水泥可降低或消除膨胀土的膨胀性；同时，有机和无机的化学剂也已经在膨胀土改良中得到应用，可以降低膨胀土的塑性指数和膨胀潜势。(3)采用桩基 膨胀土层较厚时，应采用桩基，桩尖支承在非膨胀土层上，或支承在大气影响层以下的稳定层上。(4)预湿膨胀 施工前使土加水变湿而膨胀，并在土中维持高含水率，则土将基本上保持体积不变，因而不会导致结构破坏(5)隔水法 根据膨胀土的特性，土体的含水率的变化是膨胀土产生危害的根本条件，采用综合措施切断基底下外界渗水条件，就可以保证地基的稳定性。各种处理措施，有时单独采用，有时需综合采用3)盐渍土地基防治与处理方案(1)盐渍土的定义 盐渍土是指不同程度的盐碱化土的统称。在公路工程中一般指地表下1m深的土层内易溶盐平均含量大于0.3%的土。 盐渍土具有溶陷性、膨胀性和腐蚀性，其地基承载办变化大，随着季节和气候的变化而变化，在干燥时盐分呈结晶状态，地基承载力较高，一旦浸水后，晶体溶解变为液体，承载力较低，压缩性增大；土中含硫酸盐类结晶，体积膨胀，溶解后体积缩小，易使地基土的结构破坏，强度降低并形成松胀盐土；由于盐类遇水溶解，使地基容易产生溶蚀现象，降低地基的稳定性。在天然状态下，盐渍土为良好地基，一旦因自然条件改变就会产生严重的溶陷、膨胀和腐蚀，使建筑物裂缝、倾斜或结构被腐蚀破坏。(2)防治措施 隔断措施防止毛细水或地下水上升，隔断水的来源，不仅降低盐胀，而且防止造成路基土次生盐渍化。 降水措施由于本路段均采用透水性强的粗粒土填筑，对于低填及浅挖路段，因降雨或融雪所形成的径流，易渗流至路基，设置降水盲沟，通过盲沟将积水疏干。3.1.7 地基事故处理1.托换工程分类1)补救性托换 指原有建筑物地基的承载力和变形不符合要求，需扩大基础底面积或增大基础埋深，或更换受损坏的基础，或需对地基进行处理的托换工程。2)预防性托换 指由于受邻近建筑深基础开挖或在原有建筑物基础下修筑地下建筑物，或解决由于邻近需要建筑新工程，危及到原有建筑物的安全使用，所采取的预防性设施（如将原有建筑物的基础加深和扩大等），这种托换是国内外最为常见的类型。 3)维持性托换 指在新建的建筑物基础上预先设置好可装设顶升的措施（预留安装千斤顶位置），或预留净空，以适应地基变形的需要。4)侧向托换指在基础的近旁修筑平行于既有建筑物较深的墩、墙（如地下连续墙、连续灌注桩、板桩墙或树根桩）以阻止基础边缘塑性区开展，切断连续滑动面，防止地基发生整体剪切破坏的一种托换型式。对于处理有倾斜危险的房屋或建筑群，在建筑物周围地基采用石灰桩、砂桩、振冲桩、高压喷射注浆或深层搅拌桩加固以及因邻近需要建造新建工程而危及到既有建筑物的安全，而需要在既有建筑物的一侧设置大量的、复杂的临时性深基坑支护工程，亦属于侧向托换的范畴。2. 托换选择及实施在决定地基事故托换方案之前，首先应对上部结构的裂缝外观进行调查分析，区分是属于地基事故还是上部结构事故。在确认地基事故后，则应针对事故原因进行分析。地基是否需要加固的标准如下：1)地基因滑动，或因承载力严重不足，或因自身局部加层增大荷载，或因其他人为因素，引起均匀沉降，导致结构明显倾斜、位移、裂缝、扭转等，并有继续发展的趋势。2)地基因毗邻建筑 增大荷载，或因自身局部加层增大荷载，或因其他人为因素，引起均匀沉降，导致结构明显倾斜、位移、裂缝、扭转等，并有继续发展的趋势具有以上情况之一者，需要加固处理，并因地制宜地选择技术有效、经济合理、施工简便的补救性托换方法。一般可供选择的托换方法有基础扩大托换或坑式托换、桩式托换、灌浆托换、纠偏托换。纠偏托换又分为迫降纠偏法和顶升纠偏法。有时尚需要采取排水、支挡、减重和护坡等措施综合治理。一般托换工程具体实施步骤如下：（1）对需要加固的原有建筑物结构进行加固（2）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住；（3）根据工程需要，对原有建筑物地基或基础进行加固；（4）当需要在建筑物下建造地下构筑物（如地铁通道、车站）时，在基础已支托的状态下，于原基础下开挖土方，并进行该部分工程施工；（5）将荷载传到新建的地下工程上（6）必要时拆除托换结构3.2 基础工程质量事故3.2.1 基础事故原因分析1基础错位事故常见原因1)勘测失误(1)勘察工作不认真，提供的指标不确切勘察工作不认真，报告中提供的指标不确切。案例：如武昌某办公楼，设计前仅做简易勘探，提供了不准确的勘测数据。设计人员按偏高的地基承载力设计，房屋尚末竣工献出现较大的不均匀沉降，倾斜约为4Ocm，并引起附近房屋开裂。2)勘察不全面勘察时钻孔间距太大，不能全面准确地反映实际情况，在丘陵地区或地质情况变化大时，更易发生间题。案例：如四川某单层厂房，地基的基岩起伏达05m/m，勘察资料末提供详细数据，设计时，将基础按相同埋置深度置于覆土层上，造成厂房基础出现较大的不均匀沉降，引起墙体裂缝，宽度达6mm。3)钻孔深度不够对较深范围内地基的软弱层、暗浜、墓穴、孔洞等情况没有查清，仅依据地表面或基底以下深度不大范围内的情况提供勘察资料。案例：如南京某宿舍楼为5层砖混结构，采用不埋式板式基础。施工到5层时，基础断裂。补充勘探发现，楼西部地表面杂填土14m以下，有一层淤泥及灰壳层，厚度达2m，属高压缩性。建筑物座落在软硬悬殊的地基上，是造成基础断裂的原因。4)勘察报告不详细、不准确勘察报告不详细、不准确，引起基础设计方案的错误。案例：如四川某工程，根据岩石深度在基底5m以下的资料，采用了5m长的爆扩桩基础，建成后，中部产生较大的沉降，墙体开裂，经补充勘察，发现中部基岩面深达10m。2.设计错误1)设计方案不合理有些工程的地质条件差，变化复杂，由于基础设计方案选择不合理，不能满足上部结构与荷载的要求，因而引起建筑物开裂或倾斜。案例：如厦门市某楼为7层框架结构，片筏基础，地基软土用砂井处理，建成后，差异沉降达35cm，导致电梯无法安装。2)盲目套用图纸不考虑实际情况，盲目套用图纸。各地的工程地质条件千差万别，错综复杂，即使同一场地也会有所不同力口之建筑物的结构形式、平面布置及使用条件也不同。如果盲目地套搬标准图或已有图纸，就可能造成事故的发生。案例：如山西太原某住宅楼套用该市标准图纸施工，建成后不久出现内外墙开裂的事故，影响安全，住户被迫搬出。后查明原因为地基承载力不足。3.设计计算错误，荷载不准确有的设计单位资质低，设计人员不具备相应的设计水平，也有的无证设计或根本不懂有关理论，仅凭经验设计，使得设计出错，造成事故。案例：如某水电车间，单层砖混丝吉构，钢筋混凝土屋面梁、板，砖壁柱，毛石条形基础。由于忽视了屋面梁传给壁柱的集中力作用，基础按等宽布置，结果使得纵墙基础底面压力分布不均匀，导致纵墙严重开裂，地圈梁及条形基础均裂缝，影响使用。4.施工问题地基、基础为隐蔽工程，要认真组织施工，保证施工质量，否则会留下隐患。施工方面的问题主要有:1)不按图纸施工或不按技术操作规程施工。2)减料，使得砌体、混凝土强度达不到要求。3)不善，不按建设要求和施工程序办事。案例：如洛阳一幢s层砖混结构宿舍，地基用灰土桩处理。因管理混乱，工地无固定的技术人员把关，缺乏细致认真的技术交底和质量检查，灰土桩施工质量低劣，不得不返工重做，造成巨大的经济损失4.环境及使用问题1)基础施工的环境效应打桩、钻孔灌注桩及基坑开挖等不同程度地对周围建筑物产生一定的危害。案例：南京某外文书店，在桩基施工中，因振动影响，引起附近某家属宿舍楼墙体开裂，地面、楼梯等出现裂缝。2)地下水位的变化多种因素会引起地下水位的变化，特别是水位在基础底面以下变化时，将产生严重的后果。水浸湿、软化岩土均可使地基的强度降低，引起建筑物过大的沉降或不均匀沉降，最终导致倾斜或开裂。案例：如浙江某教学楼，建成后16年使用正常，1976年由于该楼附近开挖深井，过量抽取地下水，引起地基不均匀沉降，使墙体开裂，最大裂缝宽度达4Omm。3)使用条件的变化 (1)盲目加层 不作认真的鉴定和可靠性研究，盲目加层，或加层改造未处理好地基和上部结构问题。案例：如哈尔滨某居民住宅，末经验算，由1层增至4层，不久便因基础沉降不匀出现严重裂缝，最后不得已全部拆除。(2)大面积堆载大面积堆载多发生在工业厂房或仓库内外，地面堆载量大且不匀，容易造成基础向内(或外)侧倾斜，对上部结构和生产使用带来不良后果。主要表现有墙、柱开裂，吊车卡轨、地下管道损坏等。(3)管理不善上、下水管道漏水末及时修理，引起地基湿陷发生事故。(4)改变功能不经论证，改变房屋使用功能，使得荷载增加过大或不均匀，导致地基不当沉降。3.2.2基础错位事故及特征1.基础错位事故主要类别1)建筑物方向错误。这类事故是指建筑物位置不符合总图要求，也即是朝向错误，常见的是南北向颠倒。2)基础平面错位。基础平面错位包括单向或双向错位两种。3)基础标高错误。基础标高错误包括基底标高错误、基础各台阶标高错误以及基础顶面标高错误。4)预留洞和预埋件的标高、未知错误。2.基础变形事故处理基础变形事故多数与地基因素有关，由于变形也是基础事故的常见类别之一，同时又因造成这类事故的原因也不局限于地基事故，因此有必要介绍这类事故的处理。钢筋混凝土基础变形特征有以下几种：1)沉降量，指单独基础的中心沉降，2)沉降差，沉降差，不同基础或同一各点间的相对沉降量。相邻独立基础沉降量之差，s=s1-s2。框架结构和地基不均匀、有相邻荷载影响的高耸结构基础，变形由沉降量控制。3)倾斜，指单独基础在倾斜方向上两端点的沉降差与其距离之比。越高的建筑物，对基础的倾斜要求也越高。3)局部倾斜，指砖石承重结构沿纵向610m以内两点沉降差与其距离的比值。在房屋结构中出现平面变化、高差变化及结构类型变化的部位，由于调整变形能力不同，极易出现局部倾斜变形。砖石混合结构墙体开裂，一般是由于墙体局部变形过大引起的。案例：意大利比萨斜塔1. 简介意大利比萨斜塔并非是迪士尼乐园古怪的观光景点，它是建筑史上的瑰宝，是中世纪欧洲最重要的遗迹之一，即使它不倾斜。站立在神奇广场，它是由大教堂（Duomo）、钟塔（斜塔）、洗礼堂和墓地（墓场）四个主要的白色闪光的中世纪建筑物构成的综合建筑的一部分。就广场的其它建筑，钟塔象征着富裕的比萨市市民的自豪和光荣，而它本身是优美的、独特的、迷惑的。1990年，因害怕其安全性，塔对公众关闭。同年，由意大利总理组建多科学委员会来实施塔的稳定措施。这样一个对比萨、对意大利、对世界遗产的手术，其重要性是毫无疑问的。2. 建筑说明塔八层，高53.3m，重14,500公吨。塔的砖石地基的直径为19.6m，最大深度5.5m。塔基向南倾斜，与地面成5.5，第七层在南面突出4.5m 。塔是用柱廊围成一个空心的圆柱体的形式建造的，圆柱体的内表面和外表面用密缝的白色大理石复面，但复面嵌缝的材料是由灰浆和石头构成，发现其中有大量的空隙。在塔的墙内盘绕着螺旋形的楼梯。第二层南边砖石结构的稳定性是问题的关键。图3-9铺底部分由三个独立层构成。A层厚约10m，由10,000年前的浅水区（环礁湖、河流和港湾）沉积的各种软质粉土沉淀物构成。B层由30,000年前沉积的非常软的灵敏海相粘土组成，厚度达40m。此断层横向非常均匀。C层是密实甚深的砂石。A层的地下水位深在1m和2m之间。塔四周甚至是地下的许多钻孔显示由于上面的塔的重量，B层的表面是盆形的。从此现象可推断出塔的平均沉降为2.5m3.0m，铺底的土壤是非常可压缩的。结论已证实比萨塔的稳定对土木工程师是一个巨大的艰难的挑战。塔建造在薄弱的高可压缩性的土层上，且倾斜年复一年不可抗拒地增加，快达到一个不稳定的倾斜状态。对南边土地有任何的扰动是非常危险的，这就排除了常规的岩土工程的处理，如加固地基和灌浆。而且砖石高度受压，有倒塌的危险。比萨塔是世界闻名的且是珍贵的，国际上公认的保护珍贵历史遗迹的惯例要求保留塔原有的特性、历史、工艺和迷惑性。因此对塔的侵入或可见的干扰要保持在绝对的小。已证实抽土是一个增加塔稳定性极为柔和的方法，又完全符合建筑保护要求。其实施要求先进的计算机模型、大规模的发展试验、卓越的连续监测的水平和每天的通讯和控制等。3.2.3础事故处理方法选择及处理1.基础错位事故处理方法与选择1)吊移法将错位基础与地基分离后，用起重设备将基础吊离原位，然后按正确的基础位置处理地基，加做垫层，清理基础底面后，将基础吊放到正确位置上。此法适用于上部结构末施工，现场有起重设备，基础有足够的强度和抗裂性能的情况。2)顶推法按基础的正确位置扩大基槽，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，以保证基础与地基之间接触紧密。这种方法使用于上部结构尚末施工，有所需的顶推设备的情况3)扩大基础法将错位基础局部拆除后，按正确的位置扩大基础。4)托换法地基托换或基础托换是指对原有建筑物的地基或基础进行处理和加固的技术总称。发生地基事故的建筑物，要根据事故的特征，区分地基事故类型，查清事故原因，因地制宜地选择技术有效、经济合理、施工简便的托换方法。可供选择的托换方法有:基础扩大托换、坑式托换、桩式托换、灌浆托换、纠偏托换等。纠偏又分为迫降纠偏法(掏土、压重、降水、注水等)和顶升纠偏法，有时还需采取排水、减重、护坡等综合治埋措施。选择托换方案一般应考虑以下5个方面的影响因素(1)地基事故的类型、范围大小、变形特征。(2)建筑场地地基分布与组成状况，地下水位高低与水质(有无侵蚀性)。(3)建筑物的结构、基础状况，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、造价等。(6)其他方法错位基础还可采用如下的处理方法:事故严重的可拆除重做;偏差过大但不影响结构安全和使用要求的，经建设单位和设计单位同意后，可不进行处理;通过修改上部结构的设计，能确保结构安全和使用要求的，可对上部结构修改设计，而不再做处理。2.础变形事故处理方法及选择1)常用处理方法(1)通过地基处理，矫正基础变形 所用方法有沉井法、浸水法、降水法、淘土法、振动局部液化法、注入外加剂使地基土膨胀法、地基应力解除法以及水平挤密桩法等。(2)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(3)预留纠偏法 包括抽砂法、预留千斤顶顶升法等。(4)顶推或吊移法 包括用千斤顶或其他机械设备将变形基础推移到正确位置，以及用吊装设备将错位吊移纠正变形等。(5)卸荷法 通过局部卸荷调整地基不均匀下降，达到矫正变形的目的。(6)反压法 通过局部加荷调整地基不均匀沉降而实现纠偏。(7)加固基础法 包括抬墙梁法，沉井、沉箱法，锚桩静压桩法以及压入桩法等。2)纠正基础变形方法选择的注意事项选择纠正基础变形方法时，应注意以下几点。(1)准确查清基础变形原因 除要认真阅读原设计图纸地质报告和施工记录等有关资料外还应深入了解施工中的实际情况。必要时补做勘测，彻底查明地基土质及基础状况，找出基础变形的准确原因，为正确选择处理方案提供可靠的依据。(2)优选处理方案 通过技术经济比较，选用合理经济方案。(3)认真做好矫正变形前的准备工作 在纠偏施工前，要根据方案做现场试验，用来验证所选用方案的可行性和确定施工参数。