李國(guó)奇

摘 要：首先闡釋上海蓮花河畔景苑7號(hào)樓整體傾覆的狀況，將建筑物與土體作為整體，應(yīng)用圓弧滑動(dòng)面條分法分析整體傾覆的原因，提出增加地下室的措施，應(yīng)采用正確的施工程序等經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

關(guān)鍵詞：圓弧滑動(dòng)面條分法；建筑物傾覆；管樁基礎(chǔ)；地下室

0引言

2009年6月27日5時(shí)30分，上海市閔行區(qū)蓮花南路在建的“蓮花河畔景苑”商品房小區(qū)工地內(nèi)發(fā)生一幢13層樓房（7號(hào)樓）向南整體傾覆的事故，一名工人逃生不及被壓致死。從湖南鳳凰大橋垮塌、杭州地鐵工地塌陷、西寧商業(yè)巷工地坍塌和株洲高架橋倒塌，到此次上海在建高樓的整體傾覆，土木工程界犯錯(cuò)誤的程度越來越令人難以置信，這是一個(gè)非常危險(xiǎn)的趨勢(shì)，這一在建高層建筑傾覆事件在中國(guó)建筑工程史上留下了不可磨滅的一頁。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地屬上海地區(qū)四大地貌單元中的濱海平原類型，地面標(biāo)高一般為3.96～4.89m。場(chǎng)地淺層土中的地下水屬潛水類型，主要補(bǔ)給來源于大氣降水及地表逕流，穩(wěn)定地下水埋深在0.7～0.9m，平均0.78m，相應(yīng)地下水位標(biāo)高在3.33～4.09m，基坑工程設(shè)計(jì)時(shí)采用上海年平均水位埋深0.50m。

1.2原地下車庫基坑工程概況

原地下車庫基坑工程設(shè)計(jì)開挖深度4.6m，局部具有放坡條件的區(qū)域采用二級(jí)放坡開挖，坡間平臺(tái)上設(shè)置單排雙軸水泥土攪拌樁。鄰近建筑住宅的區(qū)域，基坑周邊卸土至條形基礎(chǔ)底標(biāo)高，故基坑的實(shí)際開挖深度為建筑條形基礎(chǔ)下2.8m，該范圍采用復(fù)合土釘墻圍護(hù)形式：?jiǎn)闻烹p軸水泥土攪拌樁+兩道鋼管土釘。

1.3基坑周邊環(huán)境概況

地下車庫基坑南側(cè)和北側(cè)為蓮花河畔景苑的多幢正在進(jìn)行內(nèi)部裝修的住宅樓，樓體為剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁結(jié)合條形基礎(chǔ)梁的型式。其中2#、3#和9#住宅樓設(shè)有一層地下室，其余住宅樓均無地下室?；颖眰?cè)與8#樓最近，其主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)距坑邊的距離僅3.3m；基坑南側(cè)幾乎緊貼4#樓，如圖1所示?；?xùn)|側(cè)為已完成的地下車庫。西側(cè)現(xiàn)為空地。因此基坑周邊的住宅樓為重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。緊貼7號(hào)樓北側(cè)，在短期內(nèi)堆土過高，最高處達(dá)10m左右；基坑開挖時(shí)需降水，在7號(hào)樓南北兩側(cè)產(chǎn)生壓力差。

2 應(yīng)用瑞典法分析7號(hào)樓倒塌原因

2.1地下室基坑南側(cè)土體及荷載綜合分析

2.1.1 上海市區(qū)常見的工程地質(zhì)情況

上海市區(qū)場(chǎng)地常見的工程地質(zhì)情況為地表以下3-4m左右就進(jìn)入砂性軟土。當(dāng)?shù)赝聊竟こ探绶Q為“鐵板砂”。它是青色細(xì)砂，有的地方也有黃色。沒水時(shí)該層承載力很強(qiáng)，有水時(shí)就是飽和土，幾乎沒有承載力。這一層又分成幾個(gè)亞層，但基本情況差不多，總厚度在整個(gè)市區(qū)分布也比較均勻，有17-18m厚。在上海做基坑，最擔(dān)心的就是這層土。一旦降水措施不力，防滲做得不到位，就會(huì)出現(xiàn)基坑噴砂、冒水，形成流沙。 因此即是壓力水，又是水沙同出，基坑外水土流失嚴(yán)重，流失速度又很快，幾個(gè)小時(shí)后基坑外側(cè)就會(huì)出現(xiàn)大的塌陷。

2.1.2 “土體壓力差”的影響

緊貼7號(hào)樓北側(cè)，在短期內(nèi)堆土過高，最高處將近10m。與此同時(shí)，緊鄰大樓南側(cè)的地下車庫基坑正在開挖，開挖深度4.6m，大樓兩側(cè)的壓力差使土體產(chǎn)生水平位移，使滑動(dòng)破壞面處主動(dòng)土壓力增大，在邊坡穩(wěn)定系數(shù)中表現(xiàn)為滑動(dòng)力矩的增大。

2.1.3 南側(cè)地下室基坑開挖和降水產(chǎn)生水位差

蓮花河畔景苑小區(qū)內(nèi)的-幢高層住宅樓建成后，施工方才開始建造1號(hào)樓南側(cè)的室外地下室。地下室基坑開挖深度達(dá)4.6m，基坑內(nèi)未設(shè)水平支撐?；颖眰?cè)距1號(hào)樓外墻尚有7-8m水平距離。

為保證施工正常進(jìn)行，就必須采取措施降低地下水位。由于沒有設(shè)計(jì)地下室，7號(hào)樓本身基礎(chǔ)埋深應(yīng)在2m左右。而南面地下室基坑的降水深度應(yīng)在5m以下考慮到室外地下潛水位一般為-1m左右，則7號(hào)樓下部與基坑下部的地下水水位差就有4m左右。而基礎(chǔ)的附加沉降差會(huì)導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生傾斜。 若傾斜持續(xù)，就會(huì)導(dǎo)致建筑樁基失穩(wěn)，就極有可能發(fā)生建筑物整體向南傾覆。

2.1.4、建筑物管樁基礎(chǔ)的受力

預(yù)應(yīng)力管樁一般直徑較小，在樁長(zhǎng)較長(zhǎng)的情況下屬細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，上部容易失穩(wěn)，其單樁豎向承載力較高。但由于管樁是細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，須要求周圍土體能提供很好的側(cè)向約束才能充分發(fā)揮其豎向承載能力。

然而在傾覆建筑中折斷的管樁和側(cè)翻的基礎(chǔ)周圍暴露的土體以目測(cè)就可以判斷出較為松散。說明土體的孔隙率較高，土體較松軟，也就是說施工過程中很有可能未對(duì)基礎(chǔ)回填土進(jìn)行有效的壓實(shí)處理，在雨水的浸泡下土體由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)為流塑狀態(tài)，從而減少了對(duì)樁上部和基礎(chǔ)的側(cè)向約束。

2.2 瑞典法分析整體傾覆

邊坡破壞時(shí)，土坡滑動(dòng)面的形狀取決于土質(zhì)，對(duì)于粘土，多為圓柱面或碗形；對(duì)于砂土，則近似平面。阻止滑動(dòng)的抗滑力矩與促使滑動(dòng)的滑動(dòng)力矩之比，即為邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)K，可得

蓮花河畔景苑7號(hào)樓距基坑北側(cè)7-8m距離，將樓體與基坑以南的土體一起分析。由于水的浸泡，使土體內(nèi)聚力C減小，根據(jù)邊坡穩(wěn)定系數(shù)公式，可以看出土體抗滑力矩減??；北側(cè)土體的堆載以及建筑物的自重作用，此時(shí)相對(duì)滑動(dòng)面的切向力T=W 較大，因此滑動(dòng)力矩相對(duì)抗滑力矩較大；此外7號(hào)樓下部與基坑下部的地下水有4m左右的水位差，進(jìn)一步加大滑動(dòng)面的切向力T；建筑物下部的管樁基礎(chǔ)在最危險(xiǎn)滑動(dòng)面處受剪，雖然產(chǎn)生抗滑力矩，但由于施工時(shí)土體未有效壓實(shí)，遭遇雨水浸泡，北側(cè)的高堆載以及管樁自身的二階效應(yīng)，導(dǎo)致樁身不堪建筑物的高壓，沿滑動(dòng)面發(fā)生破壞；最終由于滑動(dòng)力矩太大，土體有沿最危險(xiǎn)破壞面發(fā)生滑動(dòng)趨勢(shì)，建筑物下管樁首先被剪斷，建筑物傾覆。建筑物傾覆后，滑動(dòng)力矩減小，土體恢復(fù)穩(wěn)定。

3、建筑物傾覆得到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

板式高層住宅樓應(yīng)合理設(shè)置地下室，地下室應(yīng)盡可能向南北兩邊擴(kuò)大“以增大基礎(chǔ)底部面積”增大結(jié)構(gòu)的抗傾覆力矩，提高結(jié)構(gòu)的安全性能；設(shè)置地下室，相當(dāng)于增大建筑物埋深，使得圓弧滑動(dòng)面繞過地下室，這樣建筑物安全性系數(shù)大些。高瘦扁的建筑體型，抗傾覆能力本身就低，如果還不設(shè)地下室，建筑的基礎(chǔ)埋深會(huì)更淺，地基土對(duì)基礎(chǔ)的側(cè)向約束能力會(huì)更小，建筑的寬度方向更易失穩(wěn)導(dǎo)致地基失效，導(dǎo)致建筑物發(fā)生傾斜甚至倒塌。

參考文獻(xiàn)：

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