第三节 常见地基事故分析与处理

一、地基变形事故分析与处理

地基在建筑物荷载作用下产生沉降，包括瞬时沉降、固结沉降和蠕变沉降三部分。当总沉降量或不均匀沉降超过建筑物允许沉降值时，将会影响建筑物正常使用造成工程事故。特别是不均匀沉降，将导致建筑物上部结构产生裂缝，整体倾斜，严重的造成结构破坏。建筑物倾斜导致荷载偏心将改变荷载分布，严重的可导致地基失稳破坏。湿陷性黄土遇水湿陷、膨胀土的雨水膨胀和失水收缩就属于这个问题。

（一）软土地基的变形

1．软土地基变形的特征

软土地基的变形问题主要反映在以下三个方面：

（1）沉降大而不均匀。软土地基的不均匀沉降，造成建筑物产生裂缝或倾斜工程事故。造成不均匀沉降的因素很多，如土质的不均匀性、建筑物体型复杂、上部结构的荷载差异、相邻影响、地下水水位变化及建筑物周围开挖基坑等。即使在同一荷载即简单平面形式下，其差异沉降也可能相差很大。

（2）沉降速率大。建筑物的沉降速率是衡量地基变形发展程度与状况的一个重要指标。软土地基的沉降速率是较大的，一般在加荷终止时沉降速率最大，沉降速率也随基础面积与荷载性质的变化而有所不同。在施工期半年至一年左右的时间内，建筑物差异沉降发展最为迅速，此时建筑物最容易出现裂缝。

（3）沉降稳定历时长。建筑物沉降主要是由于地基土受荷后，孔隙水压力逐渐消散，而有效应力不断增加，导致地基土同结作用所引起的，故建筑物沉降稳定历时长。土质不同沉降稳定需时不同，有些建筑物建成后几年、十几年甚至几十年，沉降尚未完全稳定。

2．软土地基不均匀沉降对上部结构产生的影响

（1）砖墙开裂：地基不均匀沉降使砖砌体受弯曲，导致砌体因受主拉应力过大而开裂。

（2）砖柱断裂：砖柱裂缝有垂直裂缝和水平裂缝两种。垂直裂缝般出现在砖柱上部，如平面为“门”彤砖混建筑，因一翼下沉较大，外廊的预制楼板发生水平位移，使支撑楼板的底层中部外廊砖柱柱头拉裂，裂缝上大下小，最宽处达4mm，延伸1.3m。水平裂缝是由于基础不均匀沉降，使中心受压砖柱产生纵向弯曲而拉裂。这种裂缝出现在砌体下部，沿水平灰缝发展，使砌体受压面积减少，严重时将造成局部压碎而失稳。

（3）钢筋混凝土柱倾斜或断裂：单层钢筋混凝土柱的排架结构，常因地面上大面积堆料造成柱基倾斜。由于刚性屋盖系统的支撑作用，在柱头产生较大的附加水平力，使柱身弯矩增大而开裂，多为水平裂缝，且集中在柱身变截面处及地面附近。露天跨柱的倾斜虽不致造成柱身裂损，但会影响吊车的正常运行，引起滑车或卡轨现象。

（4）高耸构筑物的倾斜：建在软土地基上的水塔、筒仓、烟囱、立窑、油罐和储气柜等高耸构筑物，产生倾斜的可能性较大。

（二）湿陷性黄土地基的变形

1．湿陷性黄土地基变形特征

湿陷性黄土地基，其正常的压缩变形通常在荷载施加后立即产生，随着时间增加而逐渐趋向稳定。对于大多数湿陷性黄土地基（新近堆积黄土和饱和黄土除外），压缩变形在施工期间就能完成一大部分，在竣工后3～6个月即可基本趋于稳定，而且总的变形量往往不超过5～10cm。而湿陷变形与压缩变形的性质是完全不同的。

（1）湿陷变形特点：湿陷变形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十几倍；发展快，受水浸湿后1～3h就开始湿陷。一般事故常常在1～2d就可能产生20～30cm变形量。这种量大、速率高而又不均匀的湿陷，可能导致建筑物严重的变形甚至破坏。

（2）外荷湿陷变形特征：湿陷变形可分为外荷湿陷变形与自重湿陷变形。外荷湿陷变形是由于基础荷载引起的；自重湿陷变形是在土层饱和自重压力作用下产生的。两种变形的产生范围与发展是不一样的。

外荷湿陷只出现在基础底部以下一定深度范围的土层内，该深度称为外荷湿陷影响深度，它一般小于地基压缩层深度。无论是自重湿陷性黄土地基，还是非自重湿陷性黄土地基都是如此。试验表明，外荷湿陷影响深度与基础尺寸、压力大小及湿陷类型有关。

外荷湿陷变形的特点是发展迅速和湿陷稳定快。发展迅速表现在浸水1～3h即能产生显著下沉，每小时沉降量可达1～3cm；湿陷稳定快表现在浸水24h即可完成最终湿陷值的30%～70%，浸水3d即可完成最终湿陷值的50%～90%，选到湿陷变形全部稳定需15～30d。

（3）自重湿陷变形特征：自重湿陷变形是在饱和自重压力作用下引起的。它只出现在自重湿陷性黄土地基中，而且它的影响范围是在外荷湿陷影响深度以下，因此，自重湿陷性黄土地基变形包括外荷湿陷变形和自重湿陷变形两部分。直接位于基底以下土层产生的是外荷湿陷变形，它只与附加压力有关；外荷湿陷影响深度以下产生的是自重湿陷，它只与饱和自重压力大小有关，如图2-1所示。

自重湿陷变形的产生与发展比外荷湿陷要缓慢，其稳定历时较长，往往需要三个月甚至半年以上才能完全稳定。自重湿陷变形的产生与发展是有一定条件的，在不同的地区差别较大。对于自重湿陷敏感的场地，地基处理范围要深，以消除全部土层自重湿陷性为宜。若消除全部土层有困难，则需采用消除部分土层湿陷性，并结合严格防水措施来处理。对于自重湿陷不敏感的场地，只处理压缩层范围内的土层。

2．湿陷变形对上部结构产生的影响

（1）基础及上部结构开裂黄土地基湿陷引起房屋下沉最大，墙体裂缝大，并开展迅速。

（2）折断：当地基遇到多处湿陷时，基础往往产生较大的弯曲变形，引起房屋基础和管道折断。当给水、排水干管折断时，对周围建筑物还会构成更大的危害。

（3）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，如烟囱冰塔等易发生倾斜。

（三）膨胀土地基膨胀或收缩

1．膨胀土地基胀缩变形的特征

（1）胀缩变形的不均匀性与可逆性：随着季节的变化，反复失水吸水，使膨胀土地基变形不均匀，而且长期不能稳定。

（2）坡地膨胀土地基变形特征：现场实地观测表明，边坡发生升降变形和水平位移。升降变形幅度和水平位移量都以坡面上的点为最大，随着与坡面距离的增大而逐渐减小。在斜坡上建筑时，平整场地必然有挖有填，土的含水量也必然不同，因而使土的胀缩变形不均匀。实践证明，边坡影响加剧了房屋临坡面变形，从而导致房屋损坏。

2．胀缩变形对上部结构产生的影响

（1）使建筑物开裂，一般具有地区性成群出现的特性。大部分建筑是在建成后三五年，甚至一二十年后才出现开裂，也有少部分在施工期就开裂的。主要是受工程与水文地质条件、场地的地形、地貌、地基土含水量、气候、施工，甚至种植树木等综合因素的影响。

（2）遇水膨胀、失水收缩引起墙体开裂：墙体裂缝有垂直裂缝及局部斜裂缝[图2-2（a）]，还有正、倒八字形[图2-2（a）]、X形[图2-2（b）]、水平裂缝[图2-2（c）]。随着胀缩反复交替出现，墙体可能发生挤碎或错位。

（3）房屋在相同地质条件的不同开裂破坏。这种破坏以单层、二层房屋较多，三层房屋较少、较轻。单层民用房屋的开裂破坏率占单层建筑物总数的85%；二层房屋破坏率为25%～30%；三层房屋一般略有轻微的变形开裂破坏，其破坏率为5%～10%。基础形式的不同，房屋开裂也不同，条形基础的房屋较单独基础的房屋破坏更为普遍。排架、框架结构房屋，其变形开裂破坏的程度和破坏率均低于砖混结构。体型复杂的房屋变形开裂破坏较体型简单的严重。地裂通过处的房屋，必定开裂。

（4）内、外墙交接处的破坏。

（5）室内地坪开裂，空旷的房屋或外廊式房屋的地坪易出现纵向裂缝。

根据膨胀土地基上建筑物变形开裂破坏程度及最大变形幅度，可将建筑物变形开裂破坏程度分为4级，见表2-1。

（四）地基土冻胀

土中水冻结时，体积约增加原水体积的9%，从而使土体体积膨胀，融化后土体体积变小。土体冻结使原来土体矿物颗粒之间的水分联结变为冰晶胶结，使土体具有较高的抗剪强度和较小的压缩性。

冻土地基根据冻土时间可以分为：多年冻土冻结状态持续两年以上；季节性冻土每年冬季冻结，夏季全部融化；瞬时冻土冬季冻结状态仅维持几个小时至数日。

我国东北、西北、华北等地广泛分布着季节性冻土，其中在青藏高原、大小兴安岭及西部高山区还分布着多年冻土。这些地区地表层存在着一层冬冻夏融的冻结融化层，其变化直接影响上部建筑物的稳定性。

地基土冻胀及融化引起的房屋裂缝及倾斜、桥梁破坏、涵洞错位、路基下沉等工程事故在冻土地区屡见不鲜。地基冻胀变形和融沉变形使房屋产生正八字和倒八字形裂缝，如图2-3所示，这些情况在冻土地区屡见不鲜。

1．季节性冻土地基冻胀

季节性冻土地基变形特征：季节性冻土地基变形大小与土的颗粒粗细、土的含水量、土的温度以及水文地质条件等有密切关系，其中土的温度变化起控制作用。

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。季节性冻土地基在冻结和融化的过程中，往往产生不均匀的冻胀，不均匀冻胀过大，将导致建筑物的破坏。

气温的影响：地面下一定深度范围内的土温，随大气温度的变化而改变。当地层温度降至摄氏零度以下时，土体便发生冻结。当地基土为含水量较大的细粒土，则土的温度越低，冻结速度越快，且冻结期越长，冻胀越大，对建筑物造成的危害也越大。

2．多年冻土地基冻胀

我国青藏高原和东北地区分布有多年冻土，活动层在每年进行的冻融过程中，土层的物理和化学作用均很强烈，对道路和其他各种建筑物的危害很大。我国多年冻土可分为高纬度和高海拔多年冻土。高纬度多年冻土主要集中分布在大、小兴安岭；高海拔多年冻土分布在青藏高原、阿尔泰山、天山、祁连山、横断山、喜马拉雅山等。多年冻土随纬度和垂直高度变化。多年冻土都存在3个区，即连续多年冻土区；连续多年冻土内出现岛状融区；岛状多年冻土区。这些区域的出现都与温度条件有关。年均气温低于-5℃，出现连续多年冻土区；岛状融区的多年冻土区，年均气温一般为-1℃～-5℃。

确定融冻层（活动层）的深度（即冻土上限）对工程建设极为重要。在衔接的多年冻土区，可根据地下冰的特征和位置推断冻土上限深度。同一地区不同地貌部位和不同物质组成的多年冻土的上限也是不同的。易冻结的黏性土的冻土上限高；不易冻结的沙砾土的冻土上限低。河谷带的冻土上限低，山坡或垭口地带的冻土上限高。

3．冻胀、融陷变形对上部结构的影响

如图2-4所示，当基础埋深浅于冻结深度时，在基础侧面产生切向冻胀力T，在基底产生法向冻胀力N，如果基础上部荷载F和自重G不能平衡法向和切向冻胀力，那么，基础就会被抬起来。融化时，冻胀力消失，冰变成水，土的强度降低，基础产生融陷无论上抬还是融陷，一般都是不均匀的，其结果必然造成建筑物的开裂破坏。

地基冻融造成建筑物的破坏概括为以下几个方面：

（1）墙体裂缝。一、二层轻型房屋的墙体裂缝很普遍，有水平裂缝、垂直裂缝和斜裂缝三种，如图2-5所示。垂直裂缝多出现在内外墙交接处以及外门斗与主体结构连接的地方。

（2）外墙因冻胀抬起，内墙不动，天棚与内墙分离。在采暖房屋经常发生这种情况，天棚板支撑在外墙上，因内墙与外墙不连，当外墙因冻胀抬起时，天棚便与内墙分离，最大可达20cm。

（3）基础被拉断。在不采暖的轻型结构砖砌柱基础中，主要因侧向冻胀力所引起。电杆、塔架、管架、桥墩等一般轻型构筑物基础，在切向冻胀力的作用下，有逐年上拨的现象。如东北某工程的钢筋混凝土桩，3～4年内上拔60cm左右。

（4）台阶隆起，门窗歪斜。由哈尔滨市的调查发现，部分居民住宅，每年冬天由于台阶隆起导致外门不易推开，来年化冻后台阶又回落。经过多年起落，变形不断增加，出现不同程度的倾斜和沉落。由于纵墙变形不均或内外墙变形不一致，常使门窗变形，玻璃压碎。

4．消除或减小冻胀和融沉影响的地基处理方法及防治

防治建筑物冻害的方法有多种，基本上可归为两类：一类是通过地基处理消除或减小冻胀和融沉的影响；另一类是增强结构对地基冻胀和融沉的适应能力。防治建筑物冻害的方法主要是第一类，第二类是辅助措施。消除或减小冻胀和融沉影响的地基处理方法如下：

（1）换填法。通过用粗砂、砾石等非（弱）冻胀性材料置换天然地基的冻胀性土，以削弱或基本消除地基土的冻胀。

（2）采用物理化学方法改良土质。如向土体内加入一定量可溶性无机盐类，如NaCl、CaO、KCl等使之形成人工盐渍土；或向土中掺入石油产品或副产品及其他化学表面活性剂，形成憎水土等。

（3）保温法。在建筑物基础底部或四周设置隔热层，增大热阻，以推迟地基土冻结，提高土中温度，减小冻结深度。

（4）排水隔水法，采取措施降低地下水水位，隔断外水补给和排除地表水，防止地基土致湿，减小冻胀程度。

（五）地基变形事故实例

【例2-1】 某工厂水电车间基础的扩大托换。

（1）工程概况。该水电车间为空旷砖混结构，钢筋混凝土屋面梁、板，毛石基础，其顶部设钢筋混凝土圈梁，地处水塘边，1980年建造。完工后不久，由于基础不均匀沉降，在靠近水塘一角的山墙、拐角及纵墙一段的墙体，开裂严重，且在继续发展。经开挖坑槽检查，墙体开裂部位下的钢筋混凝土圈梁及毛石基础也有明显裂缝。

（2）事故原因分析。

1）由于屋面梁传递给壁柱的是集中荷载，故对于软弱地段，应将壁柱下基础宽度加大。

2）由于设计疏忽，采用了与窗间墙下的基础同宽的处理办法，因而形成纵墙下基底压力分布不均，并且，该工程上部结构刚度差，不具备调整基底压力和变形的能力。由于以上原因在壁柱间被门窗洞口削弱的墙体上发生了斜向裂缝。

（3）事故处理措施。

1）根据事故原因，选择基础扩大托换方案。分别对墙体开裂部位两个壁柱、一个拐角及山墙中段四处基础进行加固处理。

2）施工时先在屋面梁底加设临时支撑，卸除加固部位基础上的部分荷载。然后从基础两侧开挖坑槽，并将扩大加固部位基底下的基土掏出，按设计长度、宽度、厚度浇捣混凝土。

3）在其底部布置ϕ12mm、间距140mm的双向受力钢筋。浇筑的混凝土高出毛石基础底面。原基础要凿毛，以保证新旧基础连接牢固。

4）待加固部分的混凝土达到规定强度后，对旧基础及上部墙体的裂缝用水泥砂浆嵌补，个别开裂严重的墙体作局部拆砌，最后拆除临时支撑。

托换处理后，经数年观测，没有发现问题，效果较好。本事故处理如图2-6所示。

【例2-2】 朝阳市某住宅工程事故。

（1）工程概况。朝阳市位于辽宁省西部，属季节性冻土地区。朝阳市地基土层为黏土与粉质黏土，呈可塑状态，厚度为3.0～5.0m。第二层为灰色淤泥质粉砂，软弱。地下水水位埋藏浅，为0.5～2.0m，属强冻胀性土。对该市1979年以前建成的30栋单层砖木混合结构的家属宿舍进行检查时发现，有22栋宿舍发生不同程度的冻胀破坏，破坏率达90%，其中40%破坏严重。有的宿舍墙体开裂，裂缝长度超过1.0m，裂缝宽度超过15mm。有的宿舍楼因台阶冻胀抬高，以致大门被卡住，无法打开。

（2）事故原因分析。朝阳市冬季标准冻深为1.1m，最大冻深为1.27m。上述发生冻胀破坏的房屋，基础埋深一般为0.7～0.9m，小于标准冻深，且没有采取技术措施。在冬季温度下降至0℃以下时，地基土中的水冻结成冰。水在4℃时密度最大，当温度小于4℃时，其体积反而膨胀。由于土中毛细作用，使地下水上升，又结成冰，造成地基中冰体越来越大，随即产生冻胀，向上挤压，成为冻胀力。当建筑物自重小于冻胀力时，建筑物就被拱起。

由于冻胀力的不均匀性和建筑物各部位的自重与刚度不均匀等原因，使建筑物产生不均匀变形，当它超过建筑物本身的强度时，就会发生冻胀破坏。通常，在门窗刚度削弱处最容易发生墙体开裂。

同理，春暖化冻，地基土中的含水率增加，使土体呈流塑状态，造成建筑物下沉。由于地基土质和含水率分布不均匀，融化速度不同，以及建筑物各部位自重和刚度不均等原因，使地基产生不均匀沉降，当它超过建筑物本身的强度时，便会发生建筑物融陷破坏。

（3）事故处理措施。建筑物冻胀事故处理应以预防为主。一种方法是对建筑物基础埋深进行冻深计算，防止基础因冻胀上拱；另一种方法是在基底铺设一层卵石或碎石垫层，切断毛细管，避免冻胀；另外，针对朝阳市这类地基土表层黏性土较好，但厚度仅为3.0～5.0m，第二层为淤泥质软弱土的条件，可采用浅埋并设钢筋混凝土封闭地圈梁，加强建筑物整体刚度等技术措施，用建筑物自重来抵御基础底面的冻胀力。

二、地基失稳事故分析与处理

在荷载作用下，地基土中产生了剪应力，当局部范围内的剪应力超过土的抗剪强度时，将发生一部分土体滑动而造成剪切破坏，这种现象为地基丧失了稳定，即失稳。

1．地基失稳事故破坏形式

对于一般地基，在局部荷载作用下，地基的失稳过程，可以用荷载试验的p-s曲线来描述。图2-7表示由静荷载试验得出的p和沉降s的关系曲线。当荷载大于某一数值时，曲线1有比较明显的转折点，基础急剧地下沉。同时，在基础周围的地面有明显的隆起现象，基础倾斜，甚至建筑物倒塌，地基发生整体剪切破坏。图2-8所示为国外一个水泥厂料仓库的地基破坏情况，是地基发生整体滑动、建筑物丧失了稳定性的典型例子。曲线2没有明显的转折点，地基发生局部剪切破坏。软黏土和松砂地基属于这一类型（图2-9），它类似于整体剪切破坏，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，基础周围的地面也有隆起现象，但是基础不会明显倾斜或建筑物倒塌。

对于压缩性比较大的软黏上和松砂，其p-s曲线也没有明显的转折点，但地基破坏是由于基础下面弱土层的变形使基础连续地下沉，产生了过大的不能容许的沉降，基础就像“切入”土中一样，故称为冲切剪切破坏，如图2-10所示。例如，建在软土层上的某仓库，由于基底压力超过地基承载力近一倍，建成后，地基发生冲切剪切破坏，造成基础过量的沉降。

地基究竟发生哪一种形式的破坏，除与土的种类有关外，还与基础的埋深、加荷速率等因素有关。例如，当基础埋深较浅，荷载为缓慢施加的横载时，将趋向于形成整体剪切破坏；当基础埋深较大，荷载是快速施加的，或是冲击荷载时，则趋向于形成冲切或局部剪切破坏。

在建筑工程中，由于对地基变形要求较严，因此，地基失稳事故与地基变形事故比较少。但地基失稳的后果长很严重，有时甚至是灾难性的破坏。

2．地基失稳事故实例

【例2-3】 某水泥筒仓地基失稳破坏。

（1）工程事故概况。该水泥筒仓地基土层如图2-11所示，共分4层：地表第1层为黄色黏土，厚度为5.49m左右；第2层为层状青色黏土，标准贯入试验N=8击，厚度为17.07m左右；第3层为棕色碎石黏土，厚度较小，仅厚1.83m左右；第4层为岩石。水泥筒仓上部结构为圆筒形结构，直径为13.0m，基础为整板基础，基础埋深为2.8 m，位于第1层黄色黏土层中部。

（2）事故原因分析。1994年，该水泥筒仓因严重超载，引起地基整体剪切破坏。地基失稳破坏示意图如图2-11所示。地基失稳破坏使一侧地基土体隆起高达5.1m，并使净距23m以外的办公楼受地基土体剪切滑动影响而产生倾斜。地基失稳破坏引起水泥筒仓倾斜成45°左右。

当这座水泥筒仓发生地基失稳破坏预兆时，即发生较大沉降速率时，未及时采取任何措施，结果造成地基整体剪切滑动，筒仓倒塌破坏。

实际上，地基失稳造成工程事故在工业与民用建筑工程中较为少见，在交通水利工程中的道路和堤坝工程中较多，这与设计中安全度的控制有关。在工业与民用建筑工程中，对地基变形控制较严，地基稳定安全储备较大，故地基失稳事故较少；在路堤工程中，对地基变形要求较低，相对工业与民用建筑工程，其地基稳定安全储备较少，地基失稳事故也就相对较多。

三、地基渗透性事故分析与处理

土是有连续孔隙的介质，当在水头差作用下，地下水在土体中渗流动的现象称为渗流。当渗流速度较大时会引起以下几种情况发生：

（1）地下水水位变化。当地下水水位下降时，原来处于地下水水位以下的地基土的有效重度将因失去浮力而增加，从而使地基土附加应力增加，导致建筑物产生超量沉降或不均匀沉降。相反，当地下水水位上升对，会使地基土的含水量增加，强度降低而压缩性增大，同样可能使建筑物产生过大沉降或不均匀沉降。

（2）管涌。当细土粒被渗流冲走，因土质级配不良产生地下水大量流动的现象。

（3）潜蚀。当细土粒被渗流冲走，留下粗土粒，导致土体结构破坏的现象；严重时还可能产生土洞，引起地表面塌陷。

（4）流砂。当渗流自下而上，可使砂粒之间的压力减小，当砂粒之间压力消失，砂粒处于悬浮状态时，主体随水流动的现象，严重时可使正在施工或已建成的建筑物倾斜或开裂。

地基渗透性事故实例如下：

【例2-4】 某营业楼纠倾。

（1）工程概况。如图2-12所示，某营业楼东西向长为28.0m，南北向宽为8.0m，高为24.0m，为六层框架结构，建筑面积为1600m2。营业楼采用天然地基，钢筋混凝土筏形基础，基础埋深为1.40m。标准跨基底压力为63kPa。营业楼于1977年开工，1978年11月竣工后使用不久，发现楼房向北倾斜。1980年6月19日观测结果为楼顶部向北倾斜达259～289mm。其中与自来水公司五层楼房相邻处，倾斜量最大。两楼之间的沉降缝，在房屋顶部已闭合。若继续发生倾斜，则两楼顶部将发生碰撞挤压，墙体将发生开裂破坏。

（2）事故原因分析。

1）建筑场地不良。场地西北角有暗塘，人工填土层厚达4.75m，基础埋在杂填土上。尤其是在人工填土层下，存在泥炭质土、有机质土和淤泥质土以及流塑状态软弱黏性土，深达12.50m，均为高压缩性，这是楼房发生倾斜事故的根本原因。

2）新建自来水公司五层大楼，紧靠营业楼北侧，仅以沉降缝分开。新建大楼附加应力向外扩散，使营业楼北侧地基中附加应力显著增大，引起高压缩土层压缩，地基进一步沉降，这是导致事故的重要原因。

（3）事故处理措施。

1）冲孔挤土法。在6个沉井底部各打两个水平孔，钻进营业楼下泥炭质土中，孔径为146mm，孔深为4m。结果，营业楼南侧沉降速率增大为0.6～0.7mm/d，效果明显。接着增加水平孔和用压力水冲孔，使南侧沉降速率保持在2.0～3.0mm/d。冲孔挤土法从1983年11月18日开始，至1984年1月27日结束。累计冲孔进尺为1500m，重复冲孔约为80%，总计排泥量约为18m3，使营业楼南侧A轴的人工沉降量达140.5～144.6mm。纠回屋顶倾斜量242mm，圆满完成纠倾任务。

2）井点降水法。1984年2月13日至1984年2月27日，在6个沉井中连续抽水，营业楼南侧沉降速率又上升为0.8～1.0mm/d。抽水停止后，沉降速率即降低为0.1～0.3mm/d。此方法也是有效的。

【例2-5】 某办公楼土渗透引起的工程事故。

（1）工程概况。某市一办公楼建于2001年，框架结构，共六层，长为32m，宽为13m，建筑面积约为2200m2，该建筑场地东临国道，北临该市四环高架路，原为农田耕地。场地地势较平整，为黄河冲洪积平原地貌。2010年，该办公楼1～6层室内外纵横部分出现裂缝，在门窗等结构开孔削弱处尤为明显，部分通长裂缝开展宽度已近4mm；在墙体开裂处外贴砂浆饼进行观测，其裂缝有继续开展的趋势；地面也有下沉、开裂。

（2）事故原因分析。

1）据甲方介绍，结合现场情况，认为由于施工时填土质量较差，室内外下水道直接在土中开挖而成，未做任何防护，水流的浸泡和冲刷，致使地基土层流失，导致室内外地面出现空洞，房屋产生不均匀沉降，墙体开裂。

2）屋面梁开裂的原因是：混凝土施工的质量较差（还需进一步检测）。

（3）事故处理措施。

1）采用注浆等方法来提高地基土层的承载力。

2）在地基处理完成后，对围护结构裂缝进行处理，必要处可在裂缝处外覆钢丝网片。

3）对开裂的主要承重构件进行补强，可采用粘贴碳纤维片材处理。

四、特殊土地基工程事故分析与处理

特殊土地基主要是指湿陷性黄土（大孔土）地基、膨胀土地基、冻土地基及软土地基等。特殊土的工程性质与一般土的不同，其地基工程事故也有其特殊性。

1．湿陷性黄土（大孔土）地基事故分析及处理

湿陷性黄土在天然状态下具有较高强度和较低的压缩性，但受到水的浸湿后，结构迅速破坏，强度降低，产生显著附加下沉。在湿陷性黄土地基上建造建筑物前，如果没有采取措施消除地基的湿陷性，则地基受到水的浸湿后往往会发生事故，影响建筑物正常使用和安全，严重的甚至破坏倒塌。

常见的湿陷性黄土地基工程事故包括受水浸湿后，湿陷性黄土地基土结构迅速破坏而发生显著附加沉降导致建筑物破坏。

防止因黄土湿陷产生工程事故的有效措施主要有：通过地基处理消除建筑物地基的部分失陷量和全部湿陷量；防止水浸入地基，避免地基土体发生湿陷；加强上部结构刚度，采用合理体型，使建筑物对地基湿陷变形有较大的适应性。

湿陷性黄土地基处理方法主要有以下八种方法：

（1）土或土垫层法；

（2）土桩或灰土桩法；

（3）振冲碎石桩法；

（4）重锤夯实法和强夯法；

（5）预浸水法；

（6）灌浆法；

（7）深层搅拌法；

（8）桩基础。

对湿陷性黄土地基上已有建筑物地基加固和纠偏主要采用下列四种方法：

（1）桩式托换；

（2）石灰桩法和灰土桩法；

（3）灌浆法，如硅化加固、氨氧化钠溶液加固等；

（4）加载促沉法和浸水促沉法纠偏及其他纠偏技术。

湿陷性黄土地基事故实例如下：

【例2-6】 某住宅楼倾斜。

（1）工程概况。陕西渭南市某5层家属住宅楼，东西向长为72m，南北向宽为12.5m，高为15m，采用砖混结构条形基础，房屋中部设沉降缝。该楼于1988年7月竣工，8月居民迁入使用。1992年发现沉降缝扩大，北墙发现裂缝，并不断加剧。1993年3月，实测该楼中部沉降缝宽度扩大约20mm；全楼西半部向南倾斜，顶部错位约50mm；沉降缝西侧北墙出现斜向裂缝，长度约为2m，宽度为1.5～2mm，室内外贯穿。

（2）事故原因分析。渭南市属关中湿陷性黄土地区。在该住宅楼西半部南侧有一条东西向的自来水管破裂，自来水源源不断地浸入湿陷性黄土地基，引起地基不均匀湿陷，房屋不均匀沉降，导致了上述墙体开裂、楼房倾斜和沉降缝扩大的事故。

（3）事故处理措施。将破裂的自来水管拆除，清除水管漏水造成的湿陷的呈流塑状态的黄土，换填三合土压实，安装新水管，采取措施防止新水管再度漏水。经处理后，待上述墙体开裂情况趋向稳定后，对沉降缝西侧北墙进行修补，具体的做法如下：

1）裂缝较细、数量较少时，用纯水泥浆（水胶比7∶3或8∶2）或水玻璃砂浆、环氧砂浆灌缝补强；对水平长裂缝，可沿裂缝钻孔，做成销键，加强裂缝上下两侧砌体共同作用。

2）裂缝较细、数量较多时，用局部双面钢筋网（ϕ4～ϕ6，间距为100～200mm）、外抹30mm面层水泥砂浆予以加固；两面层间打间距500mm左右、呈梅花形布置的含有S形钢筋钩子的混凝土楔块。

3）当裂缝较宽、数量不多时，在和裂缝相交的灰缝中用高强度等级砂浆和细钢筋填缝，也可在裂缝两端及中部做钢筋混凝土楔子或扒锯、拐梁。

4）当裂缝很宽或内外墙拉结不良时，用钢筋拉杆或型钢予以加固。

【例2-7】 某建筑物墙体产生裂缝。

（1）工程概况。某建筑物地基原土为黄土质砂黏土，填筑年限为2年，填筑厚度为8～10m，天然含水率为15%，填筑时自卸自压而成，没有进行分层夯实。最初拟采用桩基，后改用强夯法。

施工前做了强夯试验：锤重为100kN，落距为8.0m，晴天强夯6下，下沉量为0.35～0.38m，大雨过后，强夯4下，下沉量为0.42m。

工程竣工后，墙体产生多处较长裂缝，影响结构安全，后采用注浆加固地基补救。

（2）事故原因分析。

1）对土的含水量认识不足，忽视了经过强夯干土遇水后的湿陷性。

2）对填土地基的沉降量没有进行验算，即地基在荷载作用下，填土层压缩固结的沉降；填土本身自重固结的沉降；填土层以下的原土层在荷载作用下固结的沉降。

2．膨胀土地基工程事故分析与处理

膨胀土是吸水后膨胀、失水后收缩的高塑性黏土，其膨胀收缩特性可逆，性质极不稳定。在我国，膨胀土地基的分布范围很广，包括河南、河北、山东、云南、广西、湖北、安徽、四川等地。

膨胀土的危害较大，能引起建筑物的内墙、外墙、地面开裂，使其产生不均匀沉降和较大的竖向裂缝，有时裂缝甚至呈交叉形。建造在膨胀土地基上的建筑物，随季节气候变化会反复不断地产生不均匀的抬升和下沉，建筑物的开裂破坏具有地区性成群出现的特点，建筑物的裂缝随气候变化不停地张开或闭合，而且对低层轻型房屋和构筑物的危害尤其严重，且不易修复，膨胀土上建筑物的层数或建筑物荷载越小，破坏越严重。膨胀土地基工程事故的主要治理措施包括换土、排水、保湿措施、采用桩基础或加深基础埋深等。

膨胀土地基工程事故实例如下：

【例2-8】 某高架灌渠倾斜。

（1）工程概况。湖南某地架设一条横跨河道的高架灌渠，其支墩为现浇混凝土柱，柱基为浆砌块石独立基础，地基为浅埋。此工程使用后不久即发现支墩倾斜，基础顶部严重开裂，裂缝宽度超过30mm。

（2）事故原因分析。

1）支墩平面形状对称，承受中心荷载，故倾斜并非基底压力大小不同引起的。

2）支墩地基土层均匀，无局部软土或基岩，因而支墩的倾斜也非地基土压缩性高低不同所致。

3）用常规方法找不到支墩倾斜的原因，后经对地基土矿物成分进行鉴定后发现，原来支墩地基土的矿物成分以蒙特土与伊利土为主，故可确定为膨胀土。这种地基吸水膨胀后会产生上胀力，顶起支墩；支墩靠近河道一侧的水量越大，上胀力也就越大，这是支墩倾斜的主要原因。另外，因基础位于坡地，产生水平位移也是原因之一。

（3）事故处理措施。

1）在支墩基础四周平整场地，挖除基础靠岸一侧土体，至基础底面高程。

2）基础靠岸一侧底面以下挖除膨胀土，换垫非膨胀土。换土厚度通常超过2m，由计算确定。

3）用环氧砂浆修补基础顶部裂缝。基础四周用钢筋混凝土护圈加固。

4）基础用小方木围护后，用特号粗钢缆绕过靠河道一侧，固定在靠岸一边离基础8～10m处，用斜桩固定。用拉紧器，将基础缓慢地扶正，扶正后将基础四周填实。

【例2-9】 膨胀土地基上基础梁裂缝事故。

（1）工程概况。某综合楼为框架-剪力墙结构，建筑面积约为5000m2，主体为9层，局部为11层，基础为十字交叉条形钢筋混凝土基础，基础梁高均为1.30m，宽均为0.9m。1997年10月28日基础浇筑完成，12月5日底层框架和剪力墙施工完毕。当底层柱刚施工一部分时，发现在地梁DL-11和DL-5上，距柱Z-7（⑥轴与Ⓙ轴相交处，如图2-13所示）1.4～2.8m内发现7条垂直裂缝，裂缝比较规则，宽度为0.2～0.5mm，呈现出上宽下窄的特征，为贯穿性裂缝。

（2）事故原因分析。

1）由于没有详细的地质勘察报告，有关单位不仅对土的胀缩性未予分析，更糟的是，反而认为该层土坚硬，强度较高，压缩性低，是良好的地基，以致对地基未做任何处理，这是造成基础梁开裂的主要原因。

2）施工时未采取任何防水保湿的措施，基坑挖好后，没有立即进行基础施工，造成基坑暴晒；而基础施工完毕后，没有采取防水、排水的措施，造成膨胀土受水浸湿后膨胀，引起地基不均匀的沉降。这是基础梁开裂的直接原因。

3）由于原基础梁是按连续梁设计计算的，而在上部荷载还没有作用于柱子的情况下，连续梁上柱的作用已不复存在，原基础梁的计算简图已由连续梁变成跨度很大的单跨梁。

（3）事故处理措施。

1）对裂缝机械灌缝处理。

2）施工单位应做好施工临时排水工作，在建筑物周围做好地表防水、排水设施，避免建筑物附近积水，同时严防管道漏水，尽量保持地基土原来的湿度。

3）设计单位应根据膨胀土地区建筑技术规范对设计做相应的变更，如应尽量避免采用明沟，散水坡度适当加宽等。

3．冻土地基工程事故分析与处理

冻土地基，土中水冻结时，其体积增大。土体在冻结时，产生冻胀，在融化时，产生收缩。土体冻结后，抗压强度提高，压缩性显著减小，土体导热系数增大，并具有较好的截水性能。当土体融化时，具有较大的流变性。冻土地基因环境条件改变，地基土体产生冻胀和融化，地基土体的冻胀和融化导致建筑物开裂，甚至破坏。

冻土地基处理的主要方法如下：

（1）换土法。通过用粗砂、砾石等非（弱）冻胀性材料置换天然地基的冻胀性土，以削弱或基本消除地基土的冻胀。

（2）排水隔水法。采取措施降低地下水水位，隔断外水补给来源并排除地表水，防止地基土致湿，减小冻胀程度。

（3）保温法。在建筑物基础底部或四周设置隔热层，增大热阻，以推迟地基土冻结，提高土中温度，减小冻结深度。

（4）采用物理、化学方法改良土质。如向土体内加入一定量的可溶性无机盐类，如NaCl、CaCl2、KCl等，使之形成人工盐渍土，或向土中掺入石油产品或副产品及其他化学表面活性剂，形成憎水土等。

【例2-10】 某建筑物不均匀沉降产生裂缝。

（1）工程概况。某建筑物采用筏形基础，板厚为0.8m，埋深为1.2m，接近当地冻深。竣工使用后，在地基冻胀力作用下筏形基础未产生强度破坏，但不均匀沉降使上部结构产生裂缝。

（2）事故处理措施。

1）在基础四周挖除原冻胀土，换填砂砾石，换填宽度为4.0m，深度为1.5m。

2）在建筑物四周砂砾石层中设置直径为200mm的无砂混凝土排水暗管，使地基下水位降低1.2～1.3m。

3）采取综合措施处理，使冻害得到根治。

4．软土地基工程事故分析与处理

软土是指在静水或缓慢流水环境中沉积的、天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状态的饱和黏土。这些土广泛分布在我国东南沿海及内陆地区。软土是在净水或缓慢流水环境中沉积的，按其沉积环境及其形成特征，可分为滨海相、渴湖相、溺谷相、湖沼相和三角洲相等。这种土大部分是饱和的，且含有机质，其天然含水量大于液限，孔隙比大于1，当天然孔隙比大于1.5时称为淤泥，天然孔隙比大于1小于1.5时的黏土和粉质黏土分别称为淤泥质黏土和淤泥质粉质黏土。软土具有强度低，压缩性高、透水性差的特性。软土地基容许承载力为60～80MPa，一般不能建造荷重较大的建筑物，否则软土地基可能会出现局部剪切甚至整体滑动的危险。软土地基上建筑物的沉降和不均匀沉降比较大。根据统计资料，对于4层以上的砖混结构房屋，其最终沉降可达200～500mm，而大型构筑物的沉降量一般超过500mm，甚至达到1.5m以上。如果建筑物体型较复杂，各部分荷载差异较大，土层又不均匀，那么将引起很大的不均匀沉降，且沉降稳定的时间也较长。

由于软土地基的固有特点及勘察、设计、施工、管理、使用各阶段的失误，造成了建造于软土地基上建筑物的裂缝、结构损伤、工程倒塌等工程事故，根据调查，软土地基上常见工程事故大致可分为以下几种：

（1）建筑物产生过大的沉降；

（2）建筑物产生不均匀下沉，沉降差大而造成上部结构的损伤和破坏；

（3）建筑物严重倾斜；

（4）基础严重超载，地基发生失稳破坏。

软土地基工程事故实例如下：

【例2-11】 某建筑物为三层砖混结构，平面为L形，平屋顶，现浇钢筋混凝土楼面，全长为44m，基础埋深为1.0m。地基为软土，基础地面以下用1.6m厚的砂石垫层置换，基底压力为110～130kPa。砂石垫层成片铺设（仅少数部分除外），第一层为中沙层，铺设厚度为20cm，施工时灌水，用木夯实；第二层为1∶1的碎砖砂层，厚度为20cm，先灌水夯实，后用60kN压路机碾压，因砂垫层厚度小，压路机在碾压时曾多次陷入软土中，破坏了软土结构；第三层为砂石垫层，每20cm一层，用100kN压路机逐层压实，工程竣工后，发现每层楼内、外窗间墙的窗顶及窗台普遍陆续出现水平裂缝，其中以第二层最为严重，底层次之，沉降最大点位于拐角部分纵横墙交接处。

（1）事故分析。由于该建筑物平面为L形，长高比较大，而地基是深厚软弱的土层，采用浅的、等厚的砂石垫层处理方法是不合适的。垫层对减少持力层沉降和加速下卧软土固结起了一定作用，但对于拐角部位的纵横交接处应力集中与非应力集中部位的差异，经过等厚的砂石垫层扩散，并不能改变在下卧软土内由于附加的应力差异引起的不均匀沉降。另外，施工时软土受扰动，结构破坏加剧了不均匀沉降的发生，导致了墙体的裂缝。

（2）事故处理。该建筑物经过一段时间的沉降观察，沉降趋于稳定，并采用环氧树脂修补了裂缝。

本章小结

建筑工程各类地基在建（构）筑物的各类荷载组合作用下（包括静荷载和动荷载），建筑物沉降和不均匀沉降不能超过允许值。在建（构）筑物的各类荷载组合作用下（包括静荷载和动荷载），作用在地基上的设计荷载应小于地基承载力设计值，以保证地基不会产生破坏。地基基础的设计需同时满足强度和变形的要求。对已有地基基础加固的方法有基础补强注浆加固法、加大基础底面积法、加深基础法、锚杆静压桩法、树根桩法等。常见的地基工程事故主要包括地基变形事故、地基失稳事故、地基渗透性事故、特殊地基工程事故等。导致地基工程事故发生的原因主要包括地质勘查问题、设计方案及计算问题、施工问题、环境及使用问题等。

思考与练习

一、填空题

1．渗流引起的问题往往通过________,________，或在地基中设置止水帷幕阻截渗流来解决。

2．________适用于基础因受不均匀沉降、冻胀或其他原因引起的基础裂损时的加固。

3．在建筑地区，地下水水位变化常与_________，_________有关。

4．软土地基的变形问题主要反映在________，_________和_________。

5．软土地基容许承载力为MPa。

二、选择题

1．在建（构）筑物的各类荷载组合作用下（包括静荷载和动荷载），作用在地基上的设计荷载应（　）地基承载力设计值，以保证地基不会产生破坏。

A．大于

B．等于

C．小于

D．没关系

2．（　）适用于既有建筑的地基承载力或基础底面积尺寸不满足设计要求时的加固。

A．基础补强注浆加固法

B．加大基础底面积法

C．加深基础法

D．树根桩法

3．压桩施工时，桩节垂直度偏差不得大于（　）%的桩节长。

A．1

B．2

C．3

D．4

4．当采用碎石和细石填料时，填料应经清洗，投入量不应小于计算桩孔体积的（　）%，填灌时应同时用注浆管注水清孔。

A．60

B．70

C．80

D．90

5．外荷湿陷变形的发展迅速表现在浸水1～3h即能产生显著下沉，每小时沉降量可达（　）cm。

A．1～3

B．2～4

C．3～5

D．4～6

三、判断题

1．建筑工程地基不均匀沉降严重的可能导致结构破坏，甚至倒塌。（　）

2．若地基承载力或稳定性不能满足要求，地基将产生局部剪切破坏或冲切剪切破坏或整体剪切破坏。（　）

3．当不宜采用混凝土套或钢筋混凝土套加大基础底面积时，可将原独立基础改成箱型基础。（　）

4．多年冻土冻结状态持续四年以上。（　）

四、问答题

1．地基中的渗流可能造成哪些问题？

2．加大基础底面积的设计和施工应符合哪些规定？

3．地质勘查方面主要存在哪些问题？

4．建筑地基工程常见的施工质量方面的问题有哪些？

5．地基的湿陷性变形对上部结构产生的影响包括哪些方面？

6．冻土地基的处理方法有哪些？