楊勁松

摘要：建筑物的地基和基礎(chǔ)工程是地下隱蔽工程，位于地下，存在許多危險(xiǎn)因素。建設(shè)工程竣工后，很難對(duì)它有一個(gè)全面的了解。如果事故發(fā)生在使用期間，就很難補(bǔ)救，造成非常嚴(yán)重的后果。引起工程事故發(fā)生的因素很多，可能是施工期的勘察、設(shè)計(jì)等因素。在安全方面，突發(fā)事故的風(fēng)險(xiǎn)很高。

Abstract： The foundation engineering of a building is an underground concealed project. It is located underground and there are many dangerous factors. After the construction project is completed， it is difficult to have a comprehensive understanding of it. If an accident occurs during use， it is difficult to remedy， with very serious consequences. There are many factors that cause engineering accidents， which may be factors such as survey and design during construction. In terms of safety， the risk of accidents is high.

關(guān)鍵詞：地基基礎(chǔ);工程施工;缺陷事故;案例分析

Key words： foundation;engineering construction;defect accidents;case analysis

中圖分類號(hào)：TU47? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）05-0246-02

1? 地基基礎(chǔ)研究目的、意義和發(fā)展史

1.1 研究目的、意義

了解并掌握相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容，從小事做起，從細(xì)節(jié)抓起，為國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)減少危險(xiǎn)事故的發(fā)生做力所能及的貢獻(xiàn)。了解土體結(jié)構(gòu)性質(zhì)，分類，及施工中突發(fā)事故的處理等知識(shí)，以此為基礎(chǔ)，來(lái)保證建筑地基，基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。通過(guò)學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)，掌握土力學(xué)及基礎(chǔ)施工的基本理論知識(shí)，計(jì)算方法，土體中應(yīng)力變形，強(qiáng)度，地基基礎(chǔ)的類型及作用等專業(yè)知識(shí)，學(xué)生用所學(xué)知識(shí)原理進(jìn)行一般建筑物的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，選擇最優(yōu)的地基基礎(chǔ)方案，從而為從事地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工打下良好的基礎(chǔ)。

1.2 國(guó)內(nèi)外地基基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展史

地基基礎(chǔ)是土木專業(yè)的一門(mén)新興學(xué)科，但它在我國(guó)西安半坡村新石器時(shí)代遺址和殷墟遺址中的土臺(tái)和石礎(chǔ)中都有出現(xiàn)，在我國(guó)公元2世紀(jì)修建的萬(wàn)里長(zhǎng)城，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期李冰領(lǐng)導(dǎo)修建的都江堰（巨大的船型灰土基礎(chǔ)）等古代建筑中也都體現(xiàn)了精湛的地基基礎(chǔ)施工技術(shù)，為我國(guó)留下時(shí)代的建筑藝術(shù)瑰寶。

國(guó)外最早開(kāi)始于18世紀(jì)興起工業(yè)革命的歐洲，他們用土力學(xué)來(lái)解決鐵路路基的問(wèn)題。隨著墻后土壓力問(wèn)題的提出，1773年，來(lái)自法國(guó)的KA Cullen創(chuàng)立了著名的砂剪強(qiáng)度公式，并提出了他的土壤設(shè)計(jì)壓力理論。 1852年，來(lái)自法國(guó)的達(dá)西創(chuàng)立了沙漠土壤的“達(dá)西定律”滲流理論。1857年，英國(guó)的W.J.M Rankine提出了保持壁壓理論。 1922年，瑞典科學(xué)家V. Ferrand提出了一種分析土壤坡度穩(wěn)定性的方法。這一時(shí)期的理論為土力學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1952年，美國(guó)大沙地志總結(jié)了以往理論研究的成果，出版了第一本書(shū)“土力學(xué)”，并于1929年與其他科學(xué)家一起出版了“工程地質(zhì)學(xué)”。這些科學(xué)論文的發(fā)表促使世界各地的科學(xué)家研究和探索這一主題的各個(gè)方面。自第一屆土壤力學(xué)與基礎(chǔ)國(guó)際會(huì)議于1936年在美國(guó)舉行以來(lái)，1989年舉行了12次國(guó)際會(huì)議。

我國(guó)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展開(kāi)始于1957年召開(kāi)的第4屆國(guó)際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會(huì)議及在1962年的全國(guó)土力學(xué)及地基基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)討論會(huì)的定期召開(kāi)。我國(guó)著名學(xué)者黃文熙，陳宗基等學(xué)者也對(duì)此作出了重大貢獻(xiàn)。

2? 地基巖土的分類及工程特性指標(biāo)

巖土作為建筑基礎(chǔ)可分為巖石、礫石土、砂質(zhì)土、粉土、粘性土和人工填土。

土的工程特性指標(biāo)可采用強(qiáng)度指標(biāo)，壓縮性指標(biāo)，載荷試驗(yàn)承載力等特性指標(biāo)表示。

地基土工程特性指標(biāo)的代表值應(yīng)分別為標(biāo)準(zhǔn)值（土的抗剪強(qiáng)度），平均值（壓縮性指標(biāo)）和特征值（載荷試驗(yàn)承載力）。

2.1 土的強(qiáng)度及地基承載力

工程建設(shè)的設(shè)計(jì)與施工都離不開(kāi)工程前期的詳細(xì)勘察與計(jì)算，土體強(qiáng)度，地基承載力是建筑物安全的保障，也是設(shè)計(jì)的兩個(gè)基本條件。了解并掌握土體強(qiáng)度的概念，理論，地基承載力的確定內(nèi)容，為建筑物提出合理設(shè)計(jì)規(guī)劃方案，為施工安全提供安全保障。

2.2 土的抗剪強(qiáng)度

從工程角度來(lái)看，土壤強(qiáng)度問(wèn)題本質(zhì)上是剪切強(qiáng)度問(wèn)題。土壤抗剪強(qiáng)度是指土壤在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)土壤對(duì)剪切破壞的最終阻力。主要應(yīng)用于地基承載計(jì)算和地基穩(wěn)定性分析，擋土墻和地下結(jié)構(gòu)土壓力計(jì)算。

2.3 基本支持能力的確定

當(dāng)施加載荷時(shí)，基礎(chǔ)會(huì)變形。隨著載荷增加，基部變形逐漸增加。當(dāng)沿一個(gè)方向的點(diǎn)處的剪切應(yīng)力達(dá)到土壤的剪切強(qiáng)度時(shí)，該點(diǎn)處于極端平衡狀態(tài)?；A(chǔ)的最終平衡大部分可以恢復(fù)到彈性平衡。隨著負(fù)荷持續(xù)增加，土壤內(nèi)部形成多個(gè)斷裂點(diǎn)，導(dǎo)致其表面坍塌，建筑物突然沉降，傾斜，失去使用。基礎(chǔ)土壤支撐最大荷載使基礎(chǔ)不穩(wěn)定的能力稱為基礎(chǔ)的最大承載力。

2.4 土中應(yīng)力與地基變形

土中應(yīng)力是指土體在自身重力，建筑物荷載及其他因素作用下，土中所產(chǎn)生的應(yīng)力。按產(chǎn)生原因不同，可分為自重應(yīng)力（土體自身重力而產(chǎn)生的應(yīng)力）和附加應(yīng)力（建筑物荷載作用在地基中產(chǎn)生的應(yīng)力）。

由于土的可壓縮性，地基會(huì)在附加應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形，變形較小不至于引起建筑物產(chǎn)生裂縫或破壞，也不會(huì)影響建筑物的使用，反之，則會(huì)引起建筑物產(chǎn)生裂縫，傾斜，也會(huì)影響建筑物的使用，甚至是破壞。

3? 建筑物的變形觀測(cè)

分析和處理在建筑物的一定時(shí)間內(nèi)及在建筑物本身的負(fù)荷下或在外力的影響下獲得的變形量及其數(shù)據(jù)。

3.1 變形觀察的內(nèi)容

這包括監(jiān)測(cè)變形的項(xiàng)目，例如沉降，坡度，位移，偏轉(zhuǎn)和風(fēng)振。目標(biāo)是在施工期間和完工后控制建筑物的安全性，驗(yàn)證地質(zhì)研究數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以及研究變形的原因和規(guī)律，以改進(jìn)設(shè)計(jì)理論和施工方法。

3.2 觀察點(diǎn)的構(gòu)建

為了覆蓋建筑物的沉降，有必要在施工和使用過(guò)程中檢查沉降，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑物的變形，防止有害變形的傳播，控制施工速度并采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?/p>

3.3 地基變形計(jì)算

①地基變形特征?？煞譃槌两盗?，沉降差，傾斜（獨(dú)立基礎(chǔ)），局部?jī)A斜（磚石砌體承重結(jié)構(gòu)）。前兩個(gè)特征單位為毫米，后兩個(gè)特征以千分之來(lái)表示。②變形允許值。為了防止建筑物因地基變形過(guò)大而發(fā)生傾斜，裂縫，造成危害事故，根據(jù)各類建筑物的特點(diǎn)和地基土的不同，其地基變形允許值應(yīng)根據(jù)建筑物的上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基變形的適應(yīng)和使用功能的要求明確。

4? 地基基礎(chǔ)工程——加拿大特朗斯康谷倉(cāng)案例

加拿大特朗斯康谷倉(cāng)：由于地基強(qiáng)度遭破壞發(fā)生整體滑動(dòng)，是建筑物失穩(wěn)的典型例子。

4.1 工程與事故概況

加拿大谷倉(cāng)Trunscom具有長(zhǎng)，寬23.47米，31.00米在高度和36368平方米的55.44米矩形形狀，并具有與13個(gè)倉(cāng)庫(kù)的圓筒形狀TS每行共五排。谷倉(cāng)的底部是鋼筋混凝土基礎(chǔ)，底部厚度為61厘米，底部深度為3.66米。

該谷倉(cāng)于1911年和1913年完工。其重量為20，000噸，相當(dāng)于總粒重的42.5%。1913年9月，谷物被裝入谷倉(cāng)并均勻地分布在倉(cāng)庫(kù)中。在10月，谷倉(cāng)裝有谷物的31822立方米，人們發(fā)現(xiàn)，谷倉(cāng)用30.5厘米每小時(shí)結(jié)算運(yùn)行時(shí)，結(jié)構(gòu)呈傾斜向西和谷倉(cāng)被扔進(jìn)傾斜角度為26°53'。谷倉(cāng)的西端降至7.32米，最終為1.52米。10月18日，位于谷倉(cāng)上部的鋼筋混凝土筒倉(cāng)在清空后進(jìn)行檢查。它是堅(jiān)固的，但表面有一些裂縫。

4.2 事故原因分析

核實(shí)后，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有檢查棚屋的項(xiàng)目。該項(xiàng)目基于工程基礎(chǔ)相鄰溝槽的土方測(cè)試結(jié)果，基礎(chǔ)承載力設(shè)計(jì)為352kPa。谷倉(cāng)的地塊位于冰川湖的盆地。地下室的表層是三米厚的現(xiàn)代沉積層。表層下面是一層粘土，冰川涂層厚度為12.2米。在粘土層下面，在冰川下面有一個(gè)冰雹層，它很好地壓實(shí)并且厚度為3米。

1952年，在距離棚屋18.3米的地方鉆了幾個(gè)洞，粘土層的平均含水量從40%增加到約60%，抗壓強(qiáng)度為118.4kPa降至70.0kPa，平均液限為ωL=105%，塑性極限為ωP=35%，塑性指數(shù)（IP=ωL-ωP）IP=70%。從實(shí)驗(yàn)中已知該粘土層是高度膠體的并且是高度塑性的。根據(jù)Taishaji教授的說(shuō)法，計(jì)算了基礎(chǔ)f的承載力。如果粘土層沒(méi)有測(cè)量極限并且平均壓力為100kPa，那么f=193.8kPa，這遠(yuǎn)小于當(dāng)梭口底座滑動(dòng)時(shí)的實(shí)際基礎(chǔ)壓力。

（卡拉菲斯計(jì)算）基礎(chǔ)荷載快速施工的基礎(chǔ)承載力小于荷載時(shí)的分級(jí)承載力，因此荷載系數(shù)對(duì)地面事故很重要，但這個(gè)因素是粘土發(fā)生的時(shí)間。這很重要，因?yàn)樗枰Ｍ耆?。根?jù)數(shù)據(jù)計(jì)算（裴克教授），剪切強(qiáng)度發(fā)展所需的時(shí)間約為1年，谷物負(fù)荷的應(yīng)用僅為45天，這對(duì)應(yīng)于突然加載。

總之，加拿大Trangkan Barn被毀的主要原因是谷倉(cāng)的基礎(chǔ)土壤沒(méi)有提前進(jìn)行調(diào)查，測(cè)試和調(diào)查，設(shè)計(jì)是盲目的?；A(chǔ)整體滑動(dòng)損壞發(fā)生在倉(cāng)庫(kù)。

4.3 事故處理方法

為了修復(fù)谷倉(cāng)，在這個(gè)基地上，重建了70多個(gè)混凝土柱子，擱在石頭基礎(chǔ)上，并使用了388個(gè)50噸重的千斤頂。正在進(jìn)行新的混凝土基礎(chǔ)深度為10.36米。整頓后，谷倉(cāng)于1916年恢復(fù)，修復(fù)位置減少了4米，但處理的費(fèi)用是昂貴的。

4.4 小結(jié)

加拿大特朗斯康谷倉(cāng)地基基礎(chǔ)安全檢測(cè)的建立是由建筑物的變形觀測(cè)，沉降觀測(cè)，內(nèi)部的應(yīng)力和監(jiān)測(cè)資料的管理等組成。安全檢測(cè)的建立為當(dāng)時(shí)谷倉(cāng)施工期間實(shí)施了有效的補(bǔ)救方法，對(duì)之后的工程建設(shè)也具有重大的研究分析的積極意義。

5? 總結(jié)與展望

5.1 總結(jié)

①地基基礎(chǔ)是建筑施工中的重要組成部分，了解其發(fā)展史，掌握相應(yīng)能力，為建筑施工專業(yè)課程打下良好基礎(chǔ)。②學(xué)習(xí)巖土的分類，特性指標(biāo)，荷載，變形計(jì)算等知識(shí)掌握施工基本知識(shí)，預(yù)防危險(xiǎn)事故的發(fā)生和避免直接經(jīng)濟(jì)損失。③學(xué)習(xí)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，并選擇最優(yōu)地基基礎(chǔ)施工方案，安全施工，消除不安全因素。④學(xué)習(xí)必要的應(yīng)急急救措施，做好事故預(yù)防。

5.2 展望

我國(guó)的建筑工程在未來(lái)的發(fā)展前景越來(lái)越好，發(fā)展速度和效率大大提高，所需專業(yè)人才也越來(lái)越多。我國(guó)建筑行業(yè)的新材料，新設(shè)備與新工藝的相結(jié)合為建筑行業(yè)的應(yīng)用和科研轉(zhuǎn)換了新的發(fā)展方向。

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2015-2020年中國(guó)民用建筑行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告前瞻》分析：隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，節(jié)能建筑越來(lái)越受市場(chǎng)歡迎。因此：無(wú)論是政府，公司還是人民，都有責(zé)任在工作和生活中實(shí)現(xiàn)這種意識(shí)。未來(lái)建筑行業(yè)的發(fā)展也將在以下三個(gè)方面進(jìn)一步關(guān)注：①建設(shè)量減少，大量建筑人面臨失業(yè);②個(gè)性化的需求被重視，設(shè)計(jì)水平總體提升;③舊建筑的改造量增大。

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