與土有關(guān)的典型工程案例

1、.與土有關(guān)的典型工程案例一、與土或土體有關(guān)的強(qiáng)度問題1加拿大特朗斯康谷倉(cāng)加拿大特朗斯康谷倉(cāng)，由于地基強(qiáng)度破壞發(fā)生整體滑動(dòng)，是建筑物失穩(wěn)的典型例子。（1） 概況加拿大特朗斯康谷倉(cāng)平面呈矩形，長(zhǎng)59.44 m,寬23.47 m。高31.0m。容積36368 m3。谷倉(cāng)為圓筒倉(cāng)，每排13個(gè)圓筒倉(cāng)，共5排65個(gè)圓筒倉(cāng)組成。谷倉(cāng)的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏基，厚61cm，基礎(chǔ)埋深3.66m。谷倉(cāng)于1911年開始施工，1913年秋完工。谷倉(cāng)自重20000t，相當(dāng)于裝滿谷物后滿載總重量的42 5% 。1913年9月起往谷倉(cāng)裝谷物，仔細(xì)地裝載，使谷物均勻分布、10月當(dāng)谷倉(cāng)裝了31822m3谷物時(shí)，發(fā)現(xiàn)1小時(shí)內(nèi)垂直沉降

2、達(dá)30.5cm。結(jié)構(gòu)物向西傾斜，并在24小時(shí)間谷倉(cāng)傾倒，傾斜度離垂線達(dá)26o53。谷倉(cāng)西端下沉7.32m，東端上抬加拿大谷倉(cāng)地基滑動(dòng)而傾倒端下沉7 32m，東端上抬1.52m。1913年10月18日谷倉(cāng)傾倒后，上部鋼筋混凝土筒倉(cāng)艱如盤石，僅有極少的表面裂縫。（2）事故原因 1913年春事故發(fā)生的預(yù)兆：當(dāng)冬季大雪融化，附近由石碴組成高為9 14m的鐵路路堤面的粘土下沉1m左右迫使路堤兩邊的地面成波浪形。處理這事故，通過打幾百根長(zhǎng)為18.3m的木樁，穿過石碴，形成一個(gè)臺(tái)面，用以鋪設(shè)鐵軌。谷倉(cāng)的地基土事先未進(jìn)行調(diào)查研究。根據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算承載力為352kPa，應(yīng)用到這個(gè)倉(cāng)庫(kù)。谷倉(cāng)的

3、場(chǎng)地位于冰川湖的盆地中，地基中存在冰河沉積的粘土層，厚12.2m.粘土層上面是更近代沉積層,厚3.0m。粘土層下面為固結(jié)良好的冰川下冰磧層,厚3.0 m.。這層土支承了這地區(qū)很多更重的結(jié)構(gòu)物。1952年從不擾動(dòng)的粘土試樣測(cè)得：粘土層的平均含水量隨深度而增加從40到約60；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu從118.4kPa減少至70.0kPa平均為100.0kPa；平均液限wl=105%，塑限wp=35，塑性指數(shù)Ip=70。試驗(yàn)表明這層粘土是高膠體高塑性的。按大沙基公式計(jì)算承載力，如采用粘土層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)平均值100kPa，則為276 6kPa，已小于破壞發(fā)生時(shí)的壓力3294 kPa值。如用qumin=

4、70 kPa計(jì)算，則為 193.8kPa，遠(yuǎn)小于谷倉(cāng)地基破壞時(shí)的實(shí)際壓力。地基上加荷的速率對(duì)發(fā)生事故起一定作用，因?yàn)楫?dāng)荷載突然施加的地基承載力要比加荷固結(jié)逐漸進(jìn)行的地基承載力為小。這個(gè)因素對(duì)粘性士尤為重要，因?yàn)檎承酝列枰苣陼r(shí)間才能完全固結(jié)。根據(jù)資料計(jì)算，抗剪強(qiáng)度發(fā)展所需時(shí)間約為1年，而谷物荷載施加僅45天，幾乎相當(dāng)于突然加荷。綜上聽述，加拿大特朗斯康谷倉(cāng)發(fā)生地基滑動(dòng)強(qiáng)度破壞的主要原因：對(duì)谷倉(cāng)地基土層事先未作勘察、試驗(yàn)與研究，采用的設(shè)計(jì)荷載超過地基土的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致這一嚴(yán)重事故。由于谷倉(cāng)整體剛度較高，地基破壞后，筒倉(cāng)仍保持完整，無(wú)明顯裂縫，因而地基發(fā)生強(qiáng)度破壞而整體失穩(wěn)。（3）處理方法為修復(fù)筒

5、倉(cāng)，在基礎(chǔ)下設(shè)置了70多個(gè)支承于深16m基巖上的混凝土墩，使用了388只的千斤頂，逐漸將傾斜的筒倉(cāng)糾正。補(bǔ)救工作是在傾斜谷倉(cāng)底部水平巷道中進(jìn)行，新的基礎(chǔ)在地表下深10.36m。經(jīng)過糾傾處理后,谷倉(cāng)于1916年起恢復(fù)使用。修復(fù)后位置比原來降低了4m。2、香港寶城滑坡1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬(wàn)立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動(dòng)體正好沖過一幢高層住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡7人。原因：山坡上殘積土本身強(qiáng)度較低，加之雨水入滲使其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，使得土體滑動(dòng)力超過土的強(qiáng)度，于是山坡土體發(fā)生滑動(dòng)。3阪神大地震中地基液化神戶碼頭：地震引

6、起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴(yán)重?fù)p傷4某電站匯合渠3號(hào)渡槽進(jìn)口槽臺(tái)（地基承載力不足導(dǎo)致地基沉降嚴(yán)重）（1）、失事過程回放某電站工程指揮部于1996年10月27日對(duì)于已完工的部分工程進(jìn)行試水。8:30左右，在黃九坳渠首開閘放水，放水流量為0.8秒立米（黃九坳引水渠設(shè)計(jì)流量為2.7秒立米；匯合渠設(shè)計(jì)流量為6.0秒立米）。10：30左右，水流到達(dá)匯合渠的溢流堰，由于溢流堰的沖砂孔直徑只有400mm，排水流量小，以至匯合渠水位基本達(dá)到設(shè)計(jì)水位。14：15左右，值班人員巡查至匯合渠3號(hào)渡槽進(jìn)口槽臺(tái)時(shí)未發(fā)現(xiàn)漏水和滲水現(xiàn)象。15：45分左右，值班人員發(fā)現(xiàn)匯合渠3號(hào)渡

7、槽進(jìn)口槽臺(tái)附近的連段出現(xiàn)裂縫和大量漏水，并立即報(bào)告指揮部。16：00左右，有關(guān)人員趕到出事地點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)連接段距B點(diǎn)1.3m處的E點(diǎn)有一條向上游傾斜的裂縫（見示意圖）。EB段下沉1cm，槽身微微傾斜，在場(chǎng)的技術(shù)人員感到情況不妙，立即趕到上游300m左右的沖砂閘，開閘防水，但開閘很不順利。17：00左右，有關(guān)人員返回3號(hào)渡槽時(shí)，發(fā)現(xiàn)槽臺(tái)基礎(chǔ)已被大量的漏水淘空，情況已十分嚴(yán)重。17：10分，槽臺(tái)失穩(wěn)跌落，槽身一端已跌落在沖刷坑中，另一端仍支在排架上。17：30分，整段槽身跌落土坑中，從放水至槽臺(tái)、槽身破壞共歷時(shí)9個(gè)小時(shí)左右。根據(jù)各方面的調(diào)查和分析，該電站匯合渠3號(hào)渡槽進(jìn)口槽臺(tái)失事原因如下：（2）失事原

8、因分析1）該槽臺(tái)地基沒有相應(yīng)的地質(zhì)資料及相關(guān)土工試驗(yàn)資料。經(jīng)事后土工試驗(yàn)分析，該地基土質(zhì)偏軟，壓縮性大，實(shí)際承載力為100120kPa，地基承載力偏低（地基的設(shè)計(jì)承載力平均值為116.8 kPa）。當(dāng)渡槽通水時(shí)，地基的應(yīng)力達(dá)到或接近地基承載力，地基沉降嚴(yán)重，造成整個(gè)槽臺(tái)下沉，致使渡槽連接段斷裂，直接引發(fā)這次事故。2）施工單位在地基開挖后沒有通知設(shè)計(jì)、監(jiān)理人員對(duì)地基進(jìn)行驗(yàn)收。3）渠道的總體設(shè)計(jì)有不少缺陷。如沒有設(shè)置數(shù)量足夠與設(shè)計(jì)合理的放空閘、溢流堰、沖砂閘等。4）指揮部對(duì)這次試水不夠重視，沒有具體的安排和布置，沒有一整套應(yīng)急方案。（3）主要經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：1）應(yīng)重視地質(zhì)堪察和土工試驗(yàn)工作；2）槽臺(tái)基礎(chǔ)

9、要放在堅(jiān)實(shí)的地基上；3）設(shè)計(jì)要合理；4）相關(guān)部門（設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理）應(yīng)作好配合、協(xié)調(diào)工作；5）主管部門應(yīng)有實(shí)用的應(yīng)急預(yù)案。二、與土或土體有關(guān)的變形問題1、比薩斜塔目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m， 塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.5°1360：再?gòu)?fù)工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m1272：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再停工1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工1173：動(dòng)工1590: 伽利略在此塔做落體實(shí)驗(yàn) （1）概況比薩市位于意大利中部，而比薩斜塔位于比薩市北部，它是比薩大教堂的一座鐘塔，在大教堂東南方向相距約25m。比薩斜塔是一座獨(dú)立的建筑，周

10、圍空曠， 比薩斜塔建造，經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：第一期，自1173年9月8日至1178年，建至第4層，高度約29m時(shí)，因塔傾斜而停工。 第二期，鐘塔施工中斷94年后，于1272年復(fù)工，至1278年，建完第7層，高48m，再次停工。第三期，經(jīng)第二次施工中斷82年后，于1360年再?gòu)?fù)工，至1370年竣工，全塔共八層，高度為55m。全塔總荷重約為145MN，塔身傳遞到地基的平均壓力約500kPa。目前塔北側(cè)沉降量約90cm，南側(cè)沉降量約270cm，塔傾斜約5.5°，十分嚴(yán)重。比薩斜塔向南傾斜，塔頂離開垂直線的水平距離已達(dá)527m，等于我國(guó)虎丘塔傾斜后塔頂離開水平距離的23倍。幸虧比薩斜塔的建筑材料

11、大理石條石質(zhì)量?jī)?yōu)，施工精細(xì)，尚未發(fā)現(xiàn)塔身有裂縫。比薩斜塔基礎(chǔ)底面傾斜值，經(jīng)計(jì)算為0.093，即930,我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ 789中規(guī)定：高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的傾斜，當(dāng)建筑物高度Hg為：50m<Hg100m時(shí)，其允許值為0.005，即5。目前比薩斜塔基礎(chǔ)實(shí)際傾斜值已等于我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許值的18倍。由此可見，比薩斜塔傾斜已達(dá)到極危險(xiǎn)的狀態(tài)，隨時(shí)有可能倒塌。（2）事故原因分析關(guān)于比薩斜塔傾斜的原因，早在18世紀(jì)記載當(dāng)時(shí)就有兩派不同見解：一派由歷史學(xué)家蘭尼里·克拉西為首，堅(jiān)持比薩塔有意建成不垂直；另一派由建筑師阿萊山特羅領(lǐng)導(dǎo)，認(rèn)為比薩塔的傾斜歸因于它的地基不均勻沉降。本世紀(jì)

12、以來，一些學(xué)者提供了塔的基本資料和地基土的情況。比薩斜塔地基土的典型剖面由上至下，可分為8層：表層為耕植土，厚1 60m；第2層為粉砂，夾粘質(zhì)粉士透鏡體，厚度 5.40m；第3層為粉土，厚3.0 m；第4層為上層粘土，厚度10.5m；第5層為中間粘土，厚為5.0m；第6層為砂土，厚為2.0m；第7層為下層粘土，厚度12.5m；第8層為砂土，厚度超過20.0m。有人將上述8層土合為3大層：一層為砂質(zhì)粉質(zhì)土；一層為粘土層；層為砂質(zhì)土層。地下水位深1.6m，位于粉砂層。 根據(jù)上述資料分析認(rèn)為比薩鐘塔傾斜的原因是：鐘塔基礎(chǔ)底面位于第2層粉砂中。施工不慎，南側(cè)粉砂局部外擠，造成偏心荷載，使塔南側(cè)附加應(yīng)力

13、大于北側(cè)，導(dǎo)致塔向南傾斜。塔基底壓力高達(dá)500kPa，超過持力層粉砂的承載力，地基產(chǎn)生塑性變形，使塔下沉。塔南側(cè)接觸壓力大于北側(cè)，南側(cè)塑性變形必然大于北側(cè)，使塔的傾斜加劇。鐘塔地基中的粘土層厚達(dá)近30m，位于地下水位下，呈飽和狀態(tài)。在長(zhǎng)期重荷作用下，土體發(fā)生蠕變，也是鐘塔繼續(xù)緩慢傾斜的一個(gè)原因。在比薩平原深層抽水，使地下水位下降，相當(dāng)于大面積加載，這是鐘塔傾斜的重要原因。在60年代后期與70年代早期，觀察地下水位下降，同時(shí)鐘塔的傾斜率增加。當(dāng)天然地下水恢復(fù)后，則鐘塔的傾斜率也回到常值。（3）事故處理方法卸荷處理為了減輕鐘塔地基荷重，1838年至1839年，于鐘塔周圍開挖一個(gè)環(huán)形基坑?；訉挾燃s

14、3.5m，北側(cè)深0。9m，南側(cè)深2.7m?；拥撞课挥阽娝A(chǔ)外伸的三個(gè)臺(tái)階以下，鋪有不規(guī)則的塊石?；油鈬靡?guī)整的條石垂直向砌筑?；禹斆嬉酝獾孛嫫教埂７浪c灌水泥漿為防止雨水下滲，于19331935年對(duì)環(huán)型基坑做防水處理，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)環(huán)周用水泥漿加強(qiáng)。為防止比薩斜塔散架，于1992年7月開始對(duì)塔身加固。以上處理方法均非根本之計(jì)。其關(guān)鍵應(yīng)是對(duì)地基加固而又不危及塔身安全。其難度是很大。此外，比薩斜塔貴在斜，因?yàn)?590年伽利略曾在此塔做落體實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)立了物理學(xué)上著名的落體定律。斜塔成為世界上最珍貴的歷史文物，吸引無(wú)數(shù)國(guó)內(nèi)外游客。如果把塔扶正，實(shí)際破壞了珍貴文物。因此，比薩斜塔的加固處理難度大，既要

15、保持鐘塔的傾斜，又要不擾動(dòng)地基避免危險(xiǎn)，還要加固地基，使斜塔安然無(wú)恙。有志之土如能研究出一個(gè)切實(shí)可行的方案則是一大貢獻(xiàn)。處理措施1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固1990年1月:封閉1992年7月：加固塔身，用壓重法和取土法進(jìn)行地基處理目前:已向游人開放。2、虎丘塔（1）工程事故概況虎丘塔位于蘇州市西北虎丘公園山頂，原名云巖寺塔，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1000多年悠久歷史。全塔七層，高47.5m。塔的平面呈八角形，由外壁、回廊與塔心三部分組成。虎丘塔全部磚砌，外型完全模仿樓閣式木塔，每層都有八個(gè)壺門，拐角處的磚特制成圓弧形，

16、十分美觀，在建筑藝術(shù)上是一個(gè)創(chuàng)造。中外游人不絕。1961年3月4日國(guó)務(wù)院將此塔列為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。1980年6月虎丘塔現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，當(dāng)時(shí)由于全塔向東北方向嚴(yán)重傾斜，不僅塔頂離中心線已達(dá)231m，而且底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險(xiǎn)建筑而封閉、停止開放。仔細(xì)觀察塔身的裂縫，發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，塔身的東北方向?yàn)榇怪绷芽p，塔身的西南面卻是水平裂縫。（2）事故原因分析經(jīng)勘察，虎丘山是由火山噴發(fā)和造山運(yùn)動(dòng)形成，為堅(jiān)硬的凝灰?guī)r和晶屑流紋巖。山頂巖面傾斜，西南高，東北低?；⑶鹚鼗鶠槿斯さ鼗纱髩K石組成，塊石最大粒徑達(dá)1000mm。人工塊石填土層厚12m，西南薄，東北厚。下為粉質(zhì)粘土，呈可塑至軟塑狀態(tài)，也是西南

17、薄，東北厚。底部即為風(fēng)化巖石和基巖。塔底層直徑1366m范圍內(nèi)，覆蓋層厚度西南為28m，東北為58m，厚度相差30m，這是虎丘塔發(fā)生傾斜的根本原因。此外，南方多暴雨，源源雨水滲入地基塊石填土層，沖走塊石之間的細(xì)粒土，形成很多空洞，這是虎丘塔發(fā)生傾斜的重要原因。在十年“文革”期間，無(wú)人管理，樹葉堵塞虎丘塔周圍排水溝，大量雨水下滲，加劇了地基不均勻沉降，危及塔身安全。從虎丘塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上看有很大缺點(diǎn)，沒有做擴(kuò)大的基礎(chǔ)，磚砌塔身垂直向下砌八皮磚，即埋深05m，直接置于上述塊石填土人工地基上。估算塔重63000kN，則地基單位面積壓力高達(dá)435kPa，超過了地基承載力。塔傾斜后，使東北部位應(yīng)力集中，超過

18、磚體抗壓強(qiáng)度而壓裂。（3）事故處理方法：首先采取加固地基的辦法。第一期加固工程是在塔四周建造一圈樁排式地下連續(xù)墻，其目的為減少塔基土流失和地基土的側(cè)向變形。在離塔外墻約3m處，用人工挖直徑1.4m的樁孔，深入基巖50cm，澆筑鋼筋混凝土。人工挖孔灌注樁可以避免機(jī)械鉆孔的振動(dòng)。地基加固先從不利的塔東北方向開始，逆時(shí)針排列，一共44根灌注樁。施工中，每挖深80cm即澆15cm厚井圈護(hù)壁。當(dāng)完成67根樁后，在樁頂澆筑高450mm圈梁，連成整體。第二期加固工程進(jìn)行鉆孔注漿和樹根樁加固塔基。鉆孔注水泥漿位于第一期工程樁排式圓環(huán)形地下連續(xù)墻與塔基之間，孔徑90mm，由外及里分三排圓環(huán)形注漿共113孔，注入

19、漿液達(dá)26637rn3。樹根樁位于塔身內(nèi)順回廊中心和八個(gè)壺門內(nèi)，共做32根垂直向樹根樁。此外，在壺門之間8個(gè)塔身，各做2根斜向樹根樁。總計(jì)48根樹根樁，樁直徑90mm，安設(shè)316受力筋，采用壓力注漿成樁?；⑶鹚鼗庸滩贾脠D這項(xiàng)虎丘塔地基加固工程，由上海市特種基礎(chǔ)工程研究所改裝了XJ1001型鉆機(jī)，用干鉆法完成，效果良好。3、關(guān)西機(jī)場(chǎng)（世界最大人工島）概況：1986年：開工；1990年：人工島完成；1994年：機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)；面積：4370m×1250m；填筑量：180×106m3；平均厚度：33m。問題：沉降大且有不均勻沉降。設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)測(cè)沉降：5.77.5 m；完成時(shí)實(shí)際沉降：8

20、.1 m，5cm/月；(1990年)；預(yù)測(cè)主固結(jié)完成：20年后；比設(shè)計(jì)超填：3m。4墨西哥市藝術(shù)宮墨西哥國(guó)家首都墨西哥市藝術(shù)宮，是一座巨型的具有紀(jì)念性的早期建筑。此藝術(shù)宮于1904年落成，至今已有90余年的歷史。該市處于四面環(huán)山的盆地中，古代原是一個(gè)大湖泊。因周圍火山噴發(fā)的火山沉積和湖水蒸發(fā)，經(jīng)漫長(zhǎng)年代，湖水干涸形成目前的盆地。當(dāng)?shù)乇韺訛槿斯ぬ钔僚c砂夾卵石硬殼層，厚度5m；其下為超高壓縮性淤泥，天然孔隙比高達(dá)712，天然含水量高達(dá)150%600%，為世界罕見的軟弱土，層厚達(dá)25m。因此，這座藝術(shù)宮嚴(yán)重下沉，沉降量竟高達(dá)4m。臨近的公路下沉2m，公路路面至藝術(shù)宮門前高差達(dá)2m。參觀者需步下9級(jí)臺(tái)

21、階，才能從公路進(jìn)入藝術(shù)宮。這是地基沉降最嚴(yán)重的典型實(shí)例。下沉量為一般房屋一層樓有余，造成室內(nèi)外連接困難和交通不便，內(nèi)外網(wǎng)管道修理工程量增加。三、與土或土體有關(guān)的滲透變形問題1Teton壩概況：土壩，高90m，長(zhǎng)1000m，建于1972-75年，1976年6月失事。損失：直接8000萬(wàn)美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬(wàn)人，60萬(wàn)畝土地，32公里鐵路。原因：滲透破壞水力劈裂。1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。11：00左右洞口不斷擴(kuò)大并向壩頂靠近，泥水流量增加11:30洞口繼續(xù)向上擴(kuò)大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始

22、沖擊壩趾處的設(shè)施。11：50左右洞口擴(kuò)大加速，泥水對(duì)壩基的沖蝕更加劇烈。11:57 壩坡坍塌，泥水狂瀉而下12：00過后坍塌口加寬洪水掃過下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀2九江大堤決口潰口原因：堤基管涌3龍山水庫(kù)龍山水庫(kù)迎水坡防滲加固（1）基本情況龍山水庫(kù)位于武江上游廊田河支流龍山水上。地處樂昌市東北部的廊田鎮(zhèn)龍山管理區(qū)龍山村。離京廣鐵路約12km。集雨面積26.2km2，水庫(kù)總庫(kù)容1124×104m3。是一宗以灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫(kù)。水庫(kù)樞紐工程是由大壩、溢洪道、輸水隧洞和壩后電站組成。大壩于1973年4月按漿砌石重力壩方案施工，于1976年改為土石混合壩，1979年2月大壩建成蓄水。壩高61.5m，壩頂高程361.5m，設(shè)計(jì)洪水位359.