巖土工程的事故分析(李廣信)

1、巖土工程的事故分析,清華大學(xué) 巖土工程研究所李廣信,目錄,前言基坑事故水利工程事故滑坡災(zāi)害與事故結(jié)語,1. 前言,,“天意從來高難問”－巖土材料的復(fù)雜性、影響因素多樣性造成對客觀世界的不可確知性和一定程度的盲目性，巖土工程具有更多的不確定性； “天行有常，不為堯存，不為桀亡。應(yīng)之以治則吉，應(yīng)之以亂則兇。”（荀子?天論）；事故的發(fā)生歸根結(jié)蒂是違反了客觀規(guī)律，巖土工程的事故是違反了巖土和巖土力學(xué)基本的原理。,古代帝堯“用

2、鯀治水，九年而水不息。功用不成?！睋?jù)說是由于采用了以“堵”為主的戰(zhàn)略，結(jié)果“治水無狀”而被“殛于羽山而死”大禹吸取了經(jīng)驗教訓(xùn)，采用“導(dǎo)”的戰(zhàn)略，結(jié)果“開九州，通九道，陂九澤，度九山?！蓖瓿闪酥嗡蝿?wù)，功成于天下。人們都是在失敗中總結(jié)經(jīng)驗，增長才干，成為專家。太沙基講過：“一個記錄完善的工程實錄等價于十個有創(chuàng)造性的理論?！保ˋ well documented case history should be given as much w

3、eight as ten ingenious theories.） 屈原在《惜頌》中指出“九折臂而成醫(yī)兮，吾至今而知其信然?！?對待工程事故的正確態(tài)度,目前“有關(guān)部門”對事故采取封堵的做法 ；嚴格控制現(xiàn)場，封鎖輿論，銷毀物證；評審專家-嚴禁擴散；阿Q的精神。,當事者或相關(guān)者將造成近300人死亡的襄汾縣尾礦壩事故說成是泥石流；將掩埋了20多人的杭州地鐵基坑事故說成是“突發(fā)性自然事故”。 “天何言哉？四時行焉，萬物生焉” （論語?

4、陽貨）。 “蒼天何辜？代人受過。”魯迅先生說過：第一個吃螃蟹的人是很值得佩服的，因為他也一定吃過蜘蛛，覺得不好吃，于是人們也就不再吃蜘蛛了。這里的關(guān)鍵在于他肯將結(jié)果告訴大家。,工程事故是可預(yù)防與可避免的,人的不安全行為,,,物的不安全狀態(tài),,,不可抗力因素,海因里希調(diào)查了75000件工傷事故的結(jié)果,占88%,占10%,占2%,對2001-2007國內(nèi)地鐵建設(shè)事故的不完全統(tǒng)計,事故一般是可以避免的：事故有預(yù)兆，可以反映在監(jiān)測數(shù)據(jù)中，事

5、故萌芽到險情發(fā)生一般有2-3天的時間。,,,,,,,事故萌芽,緩慢發(fā)展期,快速發(fā)展期,事故險情,,,,,,關(guān)鍵節(jié)點,1. 基坑事故,杭州地鐵1號線湘湖站北二基坑事故,事故回放,2008年11月15日下午3時20分左右，基坑西側(cè)，風(fēng)情大道街口的交通號正值紅燈，南行的十4輛車停在路面待行。司機們覺得人車整體下沉，前門的紅綠燈突然不見，緊接著車內(nèi)進水，車內(nèi)人員緊急逃離，被淹的K327公交車上的乘客也全部脫險。 風(fēng)情大道沉陷7m,寬40m

6、,長近百米，很快漫水；百余名坑中現(xiàn)場施工人員紛紛逃離，５名蛙人進行潛水作業(yè)。抽干積水之后，派出了搜救犬幫助確定失蹤者方位。未能有所發(fā)現(xiàn)。救援人員采取每隔50厘米分區(qū)挖溝的方式下探。最后17個施工人員死亡，4人失蹤。,事故現(xiàn)場,,西側(cè),基坑內(nèi)散亂的鋼管支撐,坑內(nèi)的淤泥,南端破碎的鋼筋混凝土連續(xù)墻(內(nèi)),南端破碎的鋼筋混凝土連續(xù)墻(外),工程概況簡介,湘湖站為杭州地鐵1號線的起點站，位于蕭山湘湖杭州樂園西側(cè)，風(fēng)情大道東側(cè)。車站東側(cè)為奧

7、蘭多小鎮(zhèn)、東南方向為杭州樂園，西側(cè)為在建蘇黎世小區(qū)，建筑物主要為小高層。車站總長932m，寬21m。根據(jù)結(jié)構(gòu)分段施工，本站主體基坑依照從北向南分段封堵施工順序，分為北一、北二、南一、南二等多期，,,地質(zhì)斷面圖,①,②2,④2,⑥1,⑧2,強/中風(fēng)化砂巖,工程情況,車站主體為地下兩層三跨鋼筋混凝土矩形框架結(jié)構(gòu)。北二基坑長度為106m，寬度20.5m。車站主體結(jié)構(gòu)頂板覆土1.8m，底板埋深16m， 地面標高一般在6.0m左右。主

8、體開挖深度約15.7m?16.2m，圍護結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻，連續(xù)墻入土深度約17.28m，豎向設(shè)置4道ф609鋼管支撐，支撐中部設(shè)置中間立柱。,橫斷面圖,④2,⑥1,事故發(fā)生前,自10月9號至事發(fā)前，臨近北二基坑西側(cè)風(fēng)情大道位于污水管附近上方的車道路面結(jié)構(gòu)層開裂嚴重、路面下沉明顯；曾多次采取架鋼筋、澆灌混凝土、對路面的裂縫進行了勾縫等措施來補救。除基坑外地面開裂現(xiàn)象外，基坑內(nèi)側(cè)地下連續(xù)墻也曾出現(xiàn)過較大的裂縫；基坑全長

9、分為6個作業(yè)段（每段25米左右），事故前第一段已作完底板結(jié)構(gòu)，第二段作完墊層，第三段輔砂石，第四段清底，兩臺挖機正在第五段和第六段段開挖最后一層土方。事故前基坑已見底而未作結(jié)構(gòu)的區(qū)段至少3段（即60?70米長）以上。,,,,鉆探的地下連續(xù)墻位置,,西,,,,,,,原墻位,破壞后的墻頂位置,下部斷裂段的頂部,,破壞后的平面圖,基坑內(nèi)部（南-北）,西側(cè)的連續(xù)墻,土層指標,表1,,土體穩(wěn)定分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

10、,,,,,,,,,,,,,,,,,,坑底承載力,支護墻抗彎+沿墻底滑動,整體滑動,,,,,,,,,,,,,,兩層軟土的各種強度指標,幾點疑問,強度指標試驗的合理性；應(yīng)當采用什么強度指標進行穩(wěn)定分析？應(yīng)當采用什么重度計算抗滑力矩？,為什么在西側(cè)坍塌？,西側(cè)風(fēng)情大道首先坍塌，兩墻間距從21m,達到最小3.4m，將坑底淤泥質(zhì)土擠起來，使基坑的實際深度大大減少，所以盡管所有支撐鋼管全部失效，東側(cè)連續(xù)墻也發(fā)生較大位移，但尚基本保持直立。

11、西側(cè)是大道，交通方便，幾乎所有的施工機械、車輛、泥漿池、建筑材料全部在西側(cè)。超載的工程運土車輛來回反復(fù)碾壓，路面交通繁忙。土體已發(fā)生較大的位移，地面開裂，反復(fù)的路面荷載必然會進一步破壞地基原狀土的結(jié)構(gòu)性，由于這兩層軟黏土的靈敏度較高，這種擾動使土的強度進一步降低，等紅燈的十幾輛車重量可能成為了引發(fā)垮塌的“最后一根稻草”。,良好的場地條件釀成事故,該基坑工程的工地條件“太好”了：東西兩側(cè)距離建筑物都在幾十米到百米以上，西側(cè)是風(fēng)情大道，

12、大道西側(cè)是一個小學(xué)校的操場。自10月9號至事發(fā)前的一個多月，臨近北二基坑西側(cè)風(fēng)情大道位于污水管附近上方的車道路面結(jié)構(gòu)層開裂嚴重、路面下沉明顯，基坑內(nèi)側(cè)地下連續(xù)墻也曾出現(xiàn)過較大的裂縫。這些預(yù)兆沒有引起充分的重視。常?？梢砸姷竭@樣的場面：由于地面或者墻面發(fā)現(xiàn)有微小的裂縫，居民就會在工地集聚起來，阻止車輛進出，大爺大媽們坐在挖土機、起重機下，不準動土－群眾監(jiān)督的有效性。,搜尋與恢復(fù)施工設(shè)計方案,塌陷的路面,資料重勘,1、施工單位（中鐵）：

13、北二基坑周邊現(xiàn)狀圖；2、垮塌的北二基坑既有圍護結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀圖（中鐵現(xiàn)場測定）；3、杭州地鐵1號線湘湖站北二段基坑巖土工程勘察報告（中間資料），浙江華東建設(shè)工程有限公司2008年12月4日；4、杭州地鐵1號線湘湖站北二段基坑恢復(fù)方案巖土工程勘察專題報告（浙江華東建設(shè)工程有限公司，2008年12月31號）5、2009年1月2日專家評審意見書；,北二基坑現(xiàn)狀總平面圖,,1、新圍護樁施工，圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)加固（格構(gòu)式旋噴樁結(jié)構(gòu)），新老

14、圍護間土體加固。,2、坑外卸土，架設(shè)支架、安裝鋼支撐，現(xiàn)澆冠梁與壓頂板。,坑外旋噴樁加固,坑內(nèi)旋噴樁加固,鉆孔灌注樁樁直徑1200@1400,雙拼800鋼支撐間距4500,800厚壓頂板,旋噴樁止水,坑外旋噴樁加固,坑內(nèi)旋噴樁加固,樁體接高至地面標高,扶壁式擋墻,北二基坑圍護結(jié)構(gòu)南端高低樁 3-3 橫剖面圖,500×500型鋼砼墊層間距4500,,鋼筋砼撐,,灌注樁樁端入巖,型鋼混凝土圍檁,,φ800鋼管撐,,φ800鋼管

15、撐,,南端兩側(cè)高圍護樁,,北端現(xiàn)有圍護,,西側(cè)圍護結(jié)構(gòu)縱斷面圖,,基坑坑底地基加固處理設(shè)計與沉降計算,,,,,,,1、坑底土擾動情況坑底土為II-2區(qū)坑底擾動區(qū)：⑧-1層土體以上處發(fā)生了較嚴重的擾動，土體強度指標，土體指標最小僅為原狀土的35%，擾動土總厚度達28m，因此永久結(jié)構(gòu)底板座落于20m厚嚴重擾動的欠固結(jié)土；基底持力層為6-1層，地基承載力特征值僅為40kPa，軟弱下臥層為6-2層，層厚為10?12m、8-1層9?10

16、m。因此須對下面欠固結(jié)土的壓縮固結(jié)過程分析、結(jié)構(gòu)完成后產(chǎn)生的永久固結(jié)沉降量進行計算；倘若不進行加固處理，總沉降量為2010mm，因此必須對土體進行加固處理。2、加固土體的處理措施、目標和加固后沉降計算 坑底土加固處理采用復(fù)合地基，處理方法采用直徑500的高壓旋噴樁；處理目標：根據(jù)地下二層軌行層垂直限界要求以及軌道綜合誤差調(diào)整可能，固結(jié)沉降應(yīng)控制在50?100mm內(nèi)；,復(fù)合地基處理縱斷面圖,長樁底線,短樁底線,坑底下復(fù)合地基

17、處理平面圖一,采用500@615x615旋噴樁加固坑底至坑底下8m范圍。,主要工程數(shù)量表,復(fù)修-排樁支護,新加坡Nicoll 大道地鐵基坑倒塌,,事故發(fā)生地段,地點：Nicoll 大道。日期：2004年4月20日,一.事故回放,2004年4月20日新加坡時間3:30，新加坡地鐵循環(huán)線Nicoll 大道正在施工的基坑突然倒塌，造成四名工人死亡， 三人受傷；塌方吞下兩臺建筑起重機；使有六車道的Nicoll大道受到嚴重破壞，無法使用。事

18、故現(xiàn)場留下了一個寬150m， 長100m， 深30m的塌陷區(qū)，扭曲的鋼梁、破碎的混凝土板一片狼藉。事故造成地鐵循環(huán)路線的工期拖延，計劃2010年才可完成，車站轉(zhuǎn)移約100米以外，造成巨大經(jīng)濟損失。,二.工程簡介,屬于新加坡地鐵循環(huán)線，合同824。此段地鐵線路采用明挖，用地下連續(xù)墻和內(nèi)支撐支護;該場地的地基土為新加坡海洋粘土，屬于軟粘土。其分布是西北較淺而東南深;基坑開挖深度30-40m之間，對部分軟土進行了分層水泥噴漿加固。,地

19、下軟土層底面深度的等值線,,,N,N,E,E,N-N土層斷面圖 (北距=31651.44m),E-E土層斷面圖 (東距=31689.06m),,2. 66kV 電纜下的缺口,在倒塌區(qū)有一66kV 電纜通過，為此，在開挖前，兩側(cè)連續(xù)墻都留有缺口，在開挖時，采用逆作方式，逐段開挖，逐段將缺口補齊形成連接板，分層噴漿也都留下了缺口。,,(a)開挖前的連續(xù)墻 (b)開挖第五層后 (c)開挖十層后,分析結(jié)果,最大的側(cè)向土和墻位移發(fā)生在東半

20、部開挖倒塌前。最大位移的位置大約在海洋粘土最深的地方，靠近開挖的東端-三維土體剖面變化對最大位移有很大的影響。南墻的最大位移大于北墻，和地面位移傾斜計的測量結(jié)果一致;在倒塌前，南墻彎曲變形大大超過北墻。沿著南墻，連接器主要是拉力變形，每個連接器的變形很大，從1.5mm到2.5mm。在倒塌時南墻接點脫落；墻接點的抗拉性能弱，缺少橫撐系統(tǒng)來重分配支撐桿力，并抵抗南墻的側(cè)向拉力，所有這些都導(dǎo)致了墻的倒塌。局部區(qū)域曾經(jīng)噴漿，但這不能獨立加

21、固。在任何情況下，參數(shù)研究顯示噴漿的作用在倒塌初始階段并沒有支撐桿和墻接點的作用大。,結(jié)論意見,事故發(fā)生后，最后四人受到刑事指控。組織了調(diào)查委員會對事故的責(zé)任進行了調(diào)查，同時也責(zé)成有關(guān)大學(xué)和技術(shù)部門對事故的原因進行了分析。陸地交通局委托新加坡國立大學(xué)用三維分析研究倒塌事件的機理和過程。事故現(xiàn)場的軟黏土抗剪強度低，基坑開挖較深，以及支護設(shè)計和基坑施工的缺陷是事故的主要原因。,上海軌道交通4號線越江隧道的事故,2003年7月1日,(一

22、)工程概況,浦東南路站～南浦大橋站區(qū)間隧道工程是上海市重大工程項目――軌道交通四號線工程的一個重要組成部分。浦東南路站到南浦大橋站區(qū)間隧道上行線長2001M，下行線長1987M，其中江中段440M。區(qū)間隧道頂最大埋深為37.7M，隧道中心線水平距離為10.984M，隧道最大坡度為3.2%。,,盾構(gòu)從浦東向浦西推進，在穿越黃浦江后經(jīng)防汛墻、外馬路、文廟泵站、音像制品批發(fā)交易市場進入中山南路，在穿越多稼路后隧道上下行線逐漸由水平同向推進轉(zhuǎn)為

23、垂直同向推進直至浦西南浦大橋站。 圖中用深顏色表示的就是本次事故的發(fā)生區(qū)域。,,風(fēng)井,事故的發(fā)生點位于隧道的聯(lián)絡(luò)通道處(又稱旁通道)，聯(lián)絡(luò)通道采用冰凍法進行施工（風(fēng)井采用逆作法施工，已完成） 。,(一)險情情況,凌晨，聯(lián)絡(luò)通道發(fā)生流沙涌水，導(dǎo)致隧道上下行線嚴重積水，進泥沙。同時以風(fēng)井為中心的地面開始出現(xiàn)裂縫、沉降。,6：00，音像樓發(fā)生明顯變形，墻面開裂，房屋開始傾斜。,7：30，地面裂縫明顯加劇，沉降加快。文廟泵站明顯沉降、傾

24、斜，風(fēng)井也明顯沉陷。,9：00音像樓裙房發(fā)生二次突沉，并部分坍塌，大樓繼續(xù)傾斜，墻面開裂加劇。,15：00以風(fēng)井為中心的地面沉陷加快，并逐步形成沉陷漏斗。坍塌范圍擴展到董家渡路、中山南路、外馬路、防汛墻。,20:00，防汛墻也開始出現(xiàn)裂縫，沉降進一步發(fā)展。,7月1日,隧道險情在進一步發(fā)展和擴大,臨江花苑門口地面塌陷,文廟泵站突沉,7月2日-3日，,工 程 地 質(zhì),從地質(zhì)報告中可知道在30M深度以下，地層為第七層(⑦1層、⑦2層)，該土層

25、砂性重，透水性好，易液化。聯(lián)絡(luò)通道位于第七土層，同時該土層為上海第一承壓水層，承壓水最高水位為地面以下7.58M，最高水頭為21.7M。,,事故原因,（1）《凍結(jié)法施工方案調(diào)整》缺陷：降低對凍土平均溫度要求：－10 ?C —－8 ?C制冷量不足：未考慮夏季施工損失；凍結(jié)管數(shù)量減少（24－22），長度縮短25m-16m),事故原因,（2）在凍結(jié)條件不太充分情況下進行開挖：要求凍結(jié)時間50天，實際43天；6月24日回路溫差大于要求

26、,事故原因,（3）施工單位對于險情征兆沒有采取有效措施：壓力水流出土溫上升水壓力達到承壓水壓力沒有緊急止水措施，沒向隧道公司和監(jiān)理公司匯報；,事故原因,（4）嚴重違章，擅自鑿洞；（5）監(jiān)理公司現(xiàn)場監(jiān)理人員失職：僅在6月25日、30日下井兩次：29、30日日記：“各項工作均正?！保?）隧道公司現(xiàn)場管理人員失職：24－7月1日，質(zhì)量員一次也未到工作面，28－30日記”一切正常“,拆除危樓,防洪搶險,搶險技術(shù)措施,,,,,黃

27、浦 江,,浦東南路站,南浦大橋站,,,,,,,,,,,,,,,隧道進水,,軌道交通1、2號線,軌 道 交 通 四 號 線,事故最大損害分析示意圖,第一、封堵隧道、向隧道內(nèi)灌水、盡快形成和保持隧道內(nèi)外水土壓力平衡,專家組在險情發(fā)展過程中，對險情造成的最大損壞作了分析。,（1） 設(shè)立區(qū)間水泥封堵墻,,,7月1日在距兩側(cè)車站約幾百米處各筑一道水泥封堵墻,風(fēng)井,水泥封堵墻,水泥封堵墻,第一、封堵,（2）設(shè)立車站端頭井鋼筋混凝土封

28、堵墻,,,7月3日～7月4日在兩側(cè)車站端頭井處設(shè)置第二道鋼筋砼封堵墻，并架設(shè)支撐和予埋加水管。,鋼筋砼封堵墻,鋼筋砼封堵墻,,,水泥封堵墻,水泥封堵墻,鋼筋混凝土封堵墻施工,第二、減少地面附加荷載，防止對地面的沖擊震動,,,,,,,,拆除地面及周邊部分建筑物,,,,專家組意見：,目的：,1、減少隧道上方的附加荷載,2、防止由于樓房傾倒對隧道產(chǎn)生新的沖擊和再次擾動地層,3、為搶險工作提供地面作業(yè)空間和搶出時間,第三、防止黃浦江水和地表水進

29、入事故區(qū)段,,,,地面,地面,,風(fēng)井,垂直通道,隧道,水,,,,風(fēng)井進水對土體結(jié)構(gòu)破壞示意圖,（1）加厚、加高、加固防汛圍堰,用注水、灌砂，把躉船下沉座灘，作為圍堰抗滑措施，在躉船外打鋼板樁穩(wěn)定堤腳，加高、加厚圍堰主堤，增強主堤整體牢固。,（2）對風(fēng)井實施加蓋、封閉,風(fēng)井封孔,兩道堤間回填砂,外馬路第二道堤,加蓋、封閉風(fēng)井 緊急拆除碼頭平臺和房屋 及時加高圍堰 在外馬路上筑第二道堤 在兩道堤間回填砂土石 對主堤內(nèi)沉陷

30、區(qū)進行回填,（3）采用旋噴樁，對滲水處緊急封堵,武警封堵防汛墻滲水處,對滲水處緊急封堵 在主堤內(nèi)側(cè)增設(shè)拉森鋼板樁 對主堤和內(nèi)側(cè)地面進行注漿,圍堰內(nèi)側(cè)打鋼板樁,第四、 穩(wěn)定土體，減少土體擾動范圍，補充地層損失,穩(wěn)定土體，減少并控制土體擾動范圍，有利保護隧道和周邊建筑（區(qū)域外的構(gòu)筑物），其主要的措施就是盡快大量地向地下注漿，以補充地層損失及改善隧道結(jié)構(gòu)受力條件。,對事故區(qū)段各區(qū)域?qū)嵤┳{,對董家渡路、中山南路等道路進行注漿 對臨江花

31、苑大廈、谷泰飯店等建筑進行注漿 對南浦大橋引橋，橋臺和臺后擋墻進行注漿,沿隧道軸線兩側(cè)進行深層注漿,,,,,,,,,,,,,,為促使隧道周邊土體穩(wěn)定，沿隧道軸線兩側(cè)進行深層的聚胺酯注漿,分區(qū)段同步進行回填,Ⅰ區(qū)外馬路防汛墻Ⅱ區(qū)為臨江花苑西北角至中山南路音像市場Ⅲ區(qū)為泵房風(fēng)井以北至董家渡Ⅳ區(qū)為泵房風(fēng)井以南至臨江大廈Ⅴ區(qū)為音像市場和鴻宇樓,效果： 保住臨江大廈等周邊建筑 控制了土體擾動，使擾動區(qū)域減少到最小范圍 控制了塌陷

32、區(qū)發(fā)展，縮小了塌陷范圍，減輕了塌陷程度,第五、保障搶險安全，為搶險提供有利保障,險情發(fā)生后指揮部立即組織上水、電力、煤氣、排水、通信、電纜、公安、交警、消防等各單位采取了割接、改遷、封閉、暴露架空、重新敷設(shè)、調(diào)整系統(tǒng)等措施，確保搶險正常、快速進行和搶險人員安全，為搶險提供了有利的保障。,事故的最后處理,2004.8月開始處理；澆筑了65m深的地下連續(xù)墻；3個明挖基坑；降水34m；開挖深度39.8m;開挖面積：20×23

33、6m.在損壞與完好隧道連接處采用反復(fù)凍結(jié)法圍護；2007年9月完成。,地鐵工程其他事故,北京地鐵十號線事故,朝陽區(qū)熊貓環(huán)島地鐵十號線工地22標基坑側(cè)壁滲水導(dǎo)致了倒塌，塌陷面積近500平方米，事故導(dǎo)致4家通信企業(yè)電纜折斷，事故現(xiàn)場有工作人員稱，是工人施工挖斷自來水管道導(dǎo)致漏水。滲水是由于自來水管道老化，年久失修導(dǎo)致。,多災(zāi)多難十號線,呼－光區(qū)間,蘇黃區(qū)間塌方,蘇州街車站出入口,光華路區(qū)間地面塌陷,,熊貓環(huán)島,勁松東北出入口涌水,5

34、號線 干楊樹站基坑倒塌,4號線黃莊站路口地面塌陷,Ⅱ號出入口,Ⅰ號出入口,A端風(fēng)亭,Ⅲ號出入口,,,,結(jié)合水管永久遷改分期施做,,廣州一中,廣州地鐵基坑涌水,充滿水,廣州地鐵基坑底隆起,2008年1月18日晚吊出井施工開挖至基坑底部準備進行基坑墊層封底時，基坑突然隆起,,廣州地鐵3號線周邊房屋損壞,深圳地鐵竹子林車輛段基坑坍塌,深圳地鐵二期工程,深圳地鐵一號線世界之窗－白石州區(qū)間地面塌陷,南京隧道南入口塌陷,南京地鐵二號線“2.5”爆炸

35、事故現(xiàn)場圖,1995阪神地震地鐵破壞,1995阪神地震：地鐵站,車站與地鐵線路,高雄捷運坍塌事故現(xiàn)場圖,巴西圣保羅地鐵基坑事故現(xiàn)場圖,德國科隆檔案館倒塌,2009年3月 3日 大批珍貴的歷史文獻 、影像資料葬身廢墟！,,北京萬亨大廈基坑事故,事故回放,2002年4月23日晚，基本開挖到設(shè)計基底（17.8m），基坑西側(cè)開挖到16m左右，側(cè)壁土釘墻下部局部塌落；用挖土機局部回填，無效；24日清晨，西部住宅樓附近倒塌；很快引起土釘墻整

36、體傾倒；,二.工程簡介,北京，二號（環(huán)線）線地鐵線東直門；22層框剪結(jié)構(gòu)商業(yè)辦公樓；5.3萬m26層框架附屬用房及地下車庫，基礎(chǔ)埋深17.72m,降水井,護坡樁,,,復(fù)合土釘墻,,,,,,,,,三. 事故的分析,深度與基坑側(cè)壁安全等級；管路漏水；二次施工；突出部分（陽角）；“復(fù)合土釘墻”的設(shè)計；施工質(zhì)量。,,,管路漏水,地下水 的影響,二次施工,,,,,基坑陽角,,陽角,廣州京光廣場基坑事故,事故回放,基坑南面地下室開挖

37、到10-13m時，擋土樁墻發(fā)生0.5~1.0m水平位移；空心樁破裂；鄰近建筑物開裂；地面裂縫；1995年6月3日凌晨一時,約40m范圍的護坡樁突然倒塌，工棚傾入坑內(nèi)。3人死亡,17人受傷。,工程簡介,廣州京廣廣場廣州天河區(qū)，塔樓55層，兩棟26層的副樓，裙房；基坑長310m，寬45.5m，深15m。 直徑D=1.4m，懸臂式護坡樁，20-25m長；間隔式空心樁，直徑1.0m，14m長 。素填土、雜填土、粉質(zhì)粘土、風(fēng)化粉砂巖,

38、廣州京光廣場失穩(wěn),,基坑內(nèi)地下結(jié)構(gòu)的浮起,北京順義某工地,事故回放,2008年8月9日，奧運期間，北京順義地區(qū)突降暴雨，兩小時降雨60mm以上；順義區(qū)尚未竣工的某住宅小區(qū)內(nèi)迅速積水，東部積水深達到80cm。位于小區(qū)東北的生活污水處理的生化池突然浮起，北部浮起2.3m，南部浮起1.6m。幾小時以后，積水逐漸排除和下滲。該池也逐漸下沉，5天以后基本穩(wěn)定，但北高南低，北部高于設(shè)計標高1.3m，南部高0.7m；同時西部比東部高20cm。,情

39、況簡介,生化池深度為6m，局部為7.2m，設(shè)計上覆土1.3m。總面積約600m2?；娱_挖深度約7m，局部超過8m?；硬捎门艠吨ёo，樁間土用噴射混凝土保護，在支護與池的外壁之間留有80cm寬的肥槽。由于奧運會要求6月份以后不準動土，所以在水池外壁澆注完以后就匆匆用棄土回填肥槽，沒有夯壓，并且西部回填距地面1m左右，東部回填很少。,浮起后的污水處理生化池,地基土分層,①人工填土,②粉土,③粉細砂,④粉質(zhì)粘土,⑤卵石,20m內(nèi)未見地下

40、水,,池底高程,,,,,④,事故分析,由于排樁和樁間土的噴射混凝土直達隔水層④（粉質(zhì)黏土），排樁形成了側(cè)壁，隔水層④形成了盆底。突降大雨時，地面水匯流到基坑內(nèi)時，基坑灌滿雨水，短時間滲出量極少，形成了一個封閉的局部水體，浮力大于生化池自重，使池整體浮起。浮起后，底下懸空，肥槽沒有壓實底填土呈淤泥狀充填到基底與地基之間。由于兩側(cè)肥槽填土不等，使基底以下充填土厚度不均，造成回落以后西高東低。同時由于池體南重北輕，回落后北高南低。,,,,

41、,,,,,,,,,,,粉質(zhì)粘土層,礫石層,,,生化池,肥槽部分回填,,細砂層,,事故分析,④,事故后的肥槽,吸取的教訓(xùn),施工期應(yīng)當注意地面的截水和排水，不應(yīng)讓地表水灌入地下基礎(chǔ)的肥槽；基坑肥槽及時用粘性土分層夯實回填，不應(yīng)隨便將浮土推進肥槽了事，上浮以后造成淤泥灌入池底以下，很難掏出和加固；如果采用地下連續(xù)墻支護基坑，并將其作為生化池的側(cè)壁，采用逆作法施工，既不會形成肥槽和充分利用側(cè)壁和基底以下部分的摩阻力抗??；造價和工期會節(jié)省。,

42、3. 水利工程事故,溝后水庫大壩,一.事故回放,1993年6月27日晚8點多，位于青海省共和縣的溝后水庫建成了3年，蓄水首次接近滿庫，比水庫允許的最高水位（設(shè)計與校核洪水位3278m）只低不到1米。溝后村沈桂蓮姐妹倆到溝后水庫大壩上觀賞水庫景色，但在壩下游距壩頂高差20m處發(fā)現(xiàn)護坡塊石中有一股水流流出，像“自來水”一樣?；貋硖煜掠炅耍齻儙е苫蠡丶伊?。,晚上9點鐘左右，水庫管理人員杭果（工人，藏族）在屋里聽到壩上發(fā)出悶雷般的巨響，他

43、跑出值班室，在壩底下看到壩面在噴水，大壩中間的上部石塊在水流沖擊下翻滾著發(fā)出水石相激的聲響， 石塊撞擊時有火花閃爍，水霧彌漫，壩頂出現(xiàn)缺口。隨后聲響越來越大，水流越來越?jīng)坝?，庫水奔騰而下，事后估算這時最大流量達到了2050m3/s，流出總水量達到261萬方。到晚10點40分，即大約歷時1.5小時，大壩已經(jīng)被沖走總土石方體積的一半，在壩的中段形成一個 頂寬138m，底寬61m，高60m的倒梯形缺口，建成僅3年的溝后水庫大壩在首

44、次蓄水接近正常高水位時，完全潰決。 垮壩后的潰口與殘留壩體如圖1所示。,水庫大壩潰口情況,事故發(fā)生以后,溝后水庫發(fā)生了嚴重的垮壩事故，在下游13公里處的恰卜恰鎮(zhèn)的居民還不知情，人們安居樂業(yè)，已經(jīng)準備安睡了。而水庫這里卻是報警無著：電話不暢，摩托車無油，領(lǐng)導(dǎo)找不到。據(jù)杭果講，最后他“找了一輛摩托車到鎮(zhèn)上向領(lǐng)導(dǎo)報告”去了。洪水大約用了一個小時，在晚11點50分抵達恰卜恰鎮(zhèn)，尚在睡夢中的288人死亡，44人下落不明。,二. 工程介紹,溝后

45、水庫設(shè)計庫容330萬方，屬于小型水庫，但最大壩高71m，屬于高壩；下游13公里就是州府和縣城的恰卜恰鎮(zhèn)，位置重要。水庫大壩采用的是近年來發(fā)展的一種新壩型－混凝土面板壩，這種壩型的安全性一般是比較高的；該壩是國內(nèi)外同類壩型唯一失事的案例，國外一些專家很希望能到現(xiàn)場考察。,建設(shè)背景,黃河龍羊峽水電工程于20世紀80年代在青海省共和縣修建，淹沒了該縣的2.5萬畝農(nóng)田，動遷2000人。作為補償和交換條件，共和縣提出興建溝后水庫工程。國家

46、計委同意，省計委批準立項；于1985年 8月正式動工，1989年9月蓄水，1990年10月完工，1992年由青海省建設(shè)廳組織驗收，施工被評為“優(yōu)良”工程。,工程簡況,水庫位于黃河支流恰卜恰河的上游，青海省共和縣內(nèi)，青藏高原東北緣，海拔3200m。 恰卜恰河全長36.4km，年平均來水量1286萬m3。全河流域面積700km2，壩址控制領(lǐng)域面積198 km2。水庫樞紐工程包括大壩和輸水隧洞。大壩按50年一遇的洪水標準設(shè)計，500年一

47、遇洪水校核。下游注入黃河龍羊峽水庫。,工程簡況,大壩采用混凝土面板壩，壩料在初步設(shè)計時定為開采的爆破石料，開工后施工單位提出改用天然礫石料。大壩設(shè)計填料分為4區(qū)，按照一般規(guī)律，是將細粒料（滲透系數(shù)?。┓旁谏嫌?；粗粒料放在下游。最大壩高71m，壩頂長265m，壩頂高程3281m，上下游壩坡分別為1:1.6和1:1.5，壩頂設(shè)有5m高L型的防浪墻。壩基為13m厚的沖積砂礫石覆蓋層，只將趾板處的覆蓋層挖除，并對該處基巖進行了固結(jié)灌漿河幃

48、幕灌漿。,材料力學(xué)指標,表1 壩料平均力學(xué)指標,,大壩剖面與分區(qū),防浪墻及其底板接縫,。,,防浪墻底板與面板間設(shè)置一道橡膠止水,防浪墻,壩頂L型防浪墻墻頂高程3282 m，墻底板的底部高程3277 m，底板上部平臺設(shè)計高程為3277 .35m（但由于壩體沉降，實際上在3277.00 m－3277..25m之間），壩頂高程3281 m，水庫正常高水位3278 m，高出墻底1.0m。 水。見圖3。,,,,,,3281,3282,3278,,

49、,三．事故原因分析,垮壩之后，由國家防汛辦和水利部組織了專家組于1993年9月6－13日對失事現(xiàn)場進行了考察和事故原因調(diào)查分析。,專家們的不同意見,①抗滑穩(wěn)定說；②滲透變形說；③層面沖刷說。,專家組對事故技術(shù)原因的報告,混凝土面板漏水;壩體排水不暢，沒有設(shè)置下游排水，使浸潤線抬高，壩料強度與壩體穩(wěn)定性降低;在壩上部首先發(fā)生滑坡（殘留壩體也有移動底痕跡，說明抗滑穩(wěn)定性不足），形成潰口;在水流沖刷作用下潰口迅速擴大，最后沖決大壩

50、。,面板漏水,這包括面板接縫間，面板與防浪墻底板接縫間面板的裂縫和蜂窩等缺陷的滲漏。根據(jù)專家對壩體殘留段的檢查和對11個沖毀的面板殘片的檢查，面板施工質(zhì)量差，接縫漏洞多是漏水的主要原因。,面板的裂縫和蜂窩等缺陷的滲漏,混凝土有貫穿性的蜂窩；,銅片止水接觸帶面板混凝土蜂窩現(xiàn)象,面板接縫及其與底板接縫,面板分縫間的止水與混凝土結(jié)合不好，有的已經(jīng)脫落（殘留壩段接縫初可以伸進手掌，底板下可以伸進手臂）；,接縫,橡膠止水帶缺失,橡膠止水帶

51、沒有嵌入,防浪墻底板,防浪墻的水平底板在施工后就開裂了，僅采用了抹砂漿表面處理，不能起防滲的作用。,防浪墻上游段破碎,面板與防浪墻底板接縫間,沖毀的混凝土殘片上橡膠止水干凈、完整、無擦痕,止水沒有嵌進混凝土，由于底板沉降而脫開,面板漏水,8月27日下午1點20分，當時庫水位稍高于底板，水位高程約為3277.20m，下游坡就有多處漏水，下游坡的臺階處能聽到噴氣聲和水跌落聲，坡腳處有瓶口粗的水流；下午4點有人發(fā)現(xiàn)防浪墻底板有多處開裂漏

52、水；下午8點半，沈桂蓮姐妹在壩下游距壩頂高差20m處發(fā)現(xiàn)護坡塊石中有一股水流流出，像“自來水”一樣。,壩體排水不暢,盡管壩體設(shè)計位4個分區(qū)，但在潰口處的調(diào)查表明，施工中分區(qū)并不明顯，接近于均質(zhì)砂礫石壩；壩料的級配試驗表明，壩料小于5mm的顆粒平均為37.8%，小于0.1mm的顆粒含量為4.1%。這種級配的砂礫石滲透系數(shù)在10-2-10-3cm/s之間，透水性不夠好；壩體下游沒有設(shè)置排水體，使浸潤線抬高，抗滑安全系數(shù)下降。,管理方面

53、的問題,技術(shù)管理；運行管理；汛期管理。,技術(shù)管理：主審,工程是省建設(shè)廳而不是水利部門下文批準開工的，與行業(yè)管理慣例不符，程序不正常。工程主審和建設(shè)管理單位經(jīng)驗嚴重不足，又沒有邀請有經(jīng)驗的專家提供幫助。 表現(xiàn)在：i 主審單位在初審、復(fù)審兩次審查中，都沒有壩體未設(shè)排水體這一關(guān)鍵問題；ii 建設(shè)單位在事故期間，始終沒有發(fā)現(xiàn)面板間和面板與防浪墻底板間分縫止水存在的嚴重質(zhì)量問題；iii 施工驗收委員會共計13人，其中，省、市、縣領(lǐng)導(dǎo)占

54、13人；設(shè)計、施工、指揮部各一人，可見都是與該工程有關(guān)的人員，缺少必要的外界專家，驗收會對已經(jīng)存在的大壩較高部位的漏水沒有足夠的重視，自己評自己，自然將大壩施工質(zhì)量評為“優(yōu)良”。,勘察、設(shè)計與施工,前期技術(shù)工作混亂，這是一個不大的較簡單的工程，但先后參加勘察、設(shè)計單位有5家之多，沒有妥善銜接與配合。施工單位以1600萬的最低標價中標，低于實際標底底1900萬元。完全沒有水利工程施工的經(jīng)驗，不了解對水利工程講，防滲工程是性命攸關(guān)的。,

55、水庫管理,管理委員會編制為15人，實有10名，人員素質(zhì)很差。其中技術(shù)人員2兩名，行政人員1名，7名工人，除了一個電工參加過短期培訓(xùn)外，其他都沒有關(guān)于水庫的基本知識。水庫下游左側(cè)設(shè)有“管理房”，原有兩名個人，其中一人在1992年退休，后只有一人工人專管，每天觀測水位，觀察大壩。雖然制定了一些規(guī)章制度，實際上沒有認真執(zhí)行。大壩設(shè)有壩面變形標點，測試壩體沉降與位移；面板三向測針測試接縫變位；基巖水壓測壓管，觀測兩岸滲流情況；懸掛式量水堰，

56、量測壩基逸出地表的滲漏水量。但是它們的選型和布置不合理，基本沒有起到安全監(jiān)測的作用。,一些思考,溝后水庫作為一個對地方的淹沒和動遷“補償”性的工程，興建在經(jīng)濟、技術(shù)和管理都十分落后的少數(shù)民族地區(qū)；在修建根除中不少技術(shù)環(huán)節(jié)明顯有問題。引起事故的設(shè)計、施工的技術(shù)原因在我國水利水電業(yè)是完全清楚和可以解決的。落后的管理使根除隱患、化解險情、搶險救災(zāi)的最佳時機完全喪失，造成巨大災(zāi)害。這是國內(nèi)外最近大量興建的面板壩這種新壩型失事的唯一案例，應(yīng)當

57、吸取教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗，深化我們的認識。,弟頓(Teton)壩的潰決,一. 事故回放,1976年6月5日位于美國西北部的愛達荷州（Idaho State）還處于晚春時節(jié)。3億多方春水被蓄進弟頓水庫。該水庫建在愛達荷州的弗里蒙特縣（Fremont County）境內(nèi)，工程剛剛建成一年，一些工人和機械還沒有撤走。,早上7點半時有人在高93m大壩的下游局部發(fā)現(xiàn)有渾水從滲漏，形成泥濘，但現(xiàn)場技術(shù)人員不認為有什么危險；9點半在右壩肩附近的壩體下游

58、面滲漏水流帶出壩體土料，呈現(xiàn)明顯的濕亮點，這時調(diào)來4臺推土機在右壩肩隨后當?shù)孛襟w聞訊趕來，電臺、電視臺的記者在現(xiàn)場直播。10點30分，調(diào)度員向弗里蒙特縣和麥迪遜縣（Madison County）警察局報警，發(fā)出警報，組織下游可能淹沒地區(qū)居民疏散。這時在右岸壩肩處還在拼死推土的兩臺推土機陷入塌陷的河岸，人們用繩索拴在兩名工人的腰上，將他們拖出推土機，沒有使他們成為第一批犧牲者。,11點右岸壩面出現(xiàn)多處旋渦，隨后右岸大約1/3的壩體

59、被沖潰，巨大的水墻撲面而來，沖向下游峽谷。一時泥沙俱下，沖毀一切障礙，撲向下游的土地與居民;洪水流經(jīng)Rexburg, Wilfort, Sugar, Salem 和Hibbard這些市鎮(zhèn)，其中Wilfort,鎮(zhèn)完全被沖毀。到傍晚， 3.7億多方庫水完全泄空。據(jù)統(tǒng)計，約2.5萬人和60萬畝土地受災(zāi)；32公里鐵路受毀；總經(jīng)濟損失高達20億美元，聯(lián)邦政府支付了超過3億美元的索賠。有11人和13000頭牲畜死亡。聯(lián)邦墾務(wù)局建立75年來，遇

60、到了他們所負責(zé)的最慘烈的工程事故，接到了5000起以上的索賠訴訟。6月6日福特總統(tǒng)宣布賓厄姆、巴納維亞、弗里蒙特、麥迪遜、杰斐遜縣為聯(lián)邦災(zāi)區(qū).,Teton壩下游,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左右洞口不斷擴大并向壩頂靠近，泥水流量增加,11:30洞口繼續(xù)向上擴大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。,,,11：50左右洞口擴大加速，泥水對壩

61、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,失事現(xiàn)場目前的狀況,二.工程概況,弟頓水庫建在愛達荷州的弗里蒙特縣境內(nèi)，是一個設(shè)計庫容近4億多立方米的大型水庫。工程主要用于灌溉，服務(wù)于弗里蒙特－麥迪遜灌區(qū)，規(guī)劃灌溉農(nóng)田6－7萬畝，也有發(fā)電和供水的效益。樞紐工程包括分區(qū)填筑的土壩，最大壩高93m；3孔的溢洪道位于右壩肩；左岸有一條隧洞，電廠和抽水站位于

62、左壩肩，電廠裝備了兩臺一萬千瓦的發(fā)電機組。,土壩,大壩實際上是一個厚心墻土壩。最大壩高93m，壩頂軸線全長950m，上游坡為1:2.5，下游坡為1:2.0，最大壩寬約520m。土壩于基巖間采用齒槽連接防滲，基巖中用灌漿幃幕防滲。,建造背景,愛達荷東部原來是美洲土著民族部落地居留地，后來土著居民與白人移民經(jīng)常發(fā)生沖突。早在20世紀30年代美國墾務(wù)局和陸軍工程兵團就弟頓流域進行了勘察規(guī)劃，計劃在較低的弟頓盆地筑壩，稱為“弟頓盆地項目”

63、；1969年，墾務(wù)局進行了初步設(shè)計，并在現(xiàn)場進行了灌漿試驗；但是當?shù)氐丨h(huán)境保護組織發(fā)起抗議和訴訟，在1970－74年期間，環(huán)保組織的訴訟被法院多次駁回；1972年開始開挖壩基和電站，標志著工程開工；1973年開始截流和導(dǎo)流，備土料，開挖壩肩和齒槽；1975年大壩開始填筑，11月基本完成；1976年安裝發(fā)電機組；1976年3月大壩以每天1－2英尺的速度蓄水。76年4月溢洪道弧形閘門安裝；到6月1日水庫已經(jīng)蓄水2.9億方；6月5日垮壩

64、。所以說弟頓壩是在首次蓄水時就完全潰決了。,三. 事故分析,在聽證會上有人說是由于壩址選擇錯誤，基巖透水性強，幃幕灌漿未能發(fā)揮作用；有人認為壩址地質(zhì)年代較年輕，強活動性，有很多裂縫和斷層，可能有地震活動。但是也有人反對這些說法：基巖滲透性強可能會損失一些水量，但不一定就會影響大壩的安全；另外在在大壩附近的地震觀測儀器沒有發(fā)現(xiàn)有地震活動。對于事故的調(diào)查和事故原因的分析主要由兩個專家組完成：內(nèi)務(wù)部審查組（Interior Review

65、 Group）和獨立委員會（Independent Panel）。,內(nèi)務(wù)部審查組-Interior Review Group,進行兩個階段的工作，第一次是在1977年，第二次在1980年。第二次完成了最終報告。為了了解現(xiàn)場的真實情況，組織了左岸的勘察和現(xiàn)場開挖，發(fā)現(xiàn)了大量的設(shè)計施工問。,灌漿幃幕,只設(shè)單層的幃幕是嚴重的設(shè)計缺陷，不能達到有效防滲的目的；在壩體與基巖表面結(jié)合處巖石的裂隙沒有被灌漿處理；灌漿幃幕的蓋板處發(fā)現(xiàn)有滲漏發(fā)

66、生。,大壩土方施工,防滲心墻的土料屬于粉土類，有一定的分散性，抗沖蝕性差；土料有的局部壩料沒有壓實，反坡和坡度突變形成鋸齒狀的接縫；施工時采用一層干土蓋在一層濕土上，在現(xiàn)場不可能使它們有效混合，土料壓實不好。其結(jié)果可能會造成填筑壩體和心墻的不均勻沉降和開裂。,截水齒槽,齒槽處基巖松散，有明顯的裂縫但是漿沒有灌進去；齒槽內(nèi)填土質(zhì)量不好，與齒槽填土與基巖壁結(jié)合間的結(jié)合縫成為滲漏的薄弱環(huán)節(jié)。,其他,沒有設(shè)置任何觀測設(shè)備，下游如果有孔隙

67、水壓力監(jiān)測裝置，會及時發(fā)現(xiàn)險情。初次蓄水速度過快，沒有加以限制。,壩體破壞機理兩種意見,（1）蓋板下的滲漏引起接觸沖刷 ；（2）水力劈裂,接觸沖刷,齒槽底面的灌漿幃幕蓋板下有縫，形成上下游連通的滲漏通道；齒槽底部的填土在高水力坡降作用下被擊穿和沖蝕；接觸沖刷形成“管涌”短路，最后水流穿透心墻，進一步?jīng)_刷，造成潰壩,水力劈裂,由于該壩的截水齒槽深達20m，槽的側(cè)壁坡為60?－65?，槽內(nèi)填土在百米高的壩體自重下會發(fā)生沉降，二兩側(cè)基

68、巖壁不會沉降，在二者的結(jié)合處產(chǎn)生與豎向壓力成比例的摩阻力，即發(fā)生拱效應(yīng)。拱效應(yīng)使槽內(nèi)填土的豎向總應(yīng)力?z減少，在水庫高水位蓄水時，槽內(nèi)產(chǎn)生很高的孔隙水壓力u，根據(jù)有效應(yīng)力原理：有效豎向應(yīng)力??z相應(yīng)減少，如果出現(xiàn)拉應(yīng)力，并且大于土的抗拉強度時，土體就會產(chǎn)生水平裂縫，水從裂縫滲流、沖蝕導(dǎo)致潰壩。,壩體與齒槽中豎向應(yīng)力比減小,,,水力劈裂,在弟頓壩之前，專家觀測和分析了了美國的幾個發(fā)生了水力劈裂較小的土壩，但是都沒有發(fā)生嚴重的事故。弟