莲花河畔景苑七号楼倾覆机理初探

　　1.工程概况

　　莲花河畔景苑由上海梅都房地产开发有限公司投资兴建，上海众欣建筑有限公司承建。工程位于淀蒲河以南，莲花路以西，罗阳路以北。本工程由12幢地上13层商业住宅楼及地下车库等16个分项工程组成，总建筑面积85227㎡。

　　1.1大楼位置与基桩。大莲花河畔景苑七号楼紧临地下室车库北侧，临近淀蒲河，并与之平行呈NEE向展布，大楼平面尺寸长为46.40m，宽13.20m，建筑总面积6451㎡，楼高43.90m，钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用基桩+条形承台，埋深2.10m，桩长33m，桩数118根。

　　1.2大楼场地地层。大楼地基场地土为软弱土，且位于古河道中，第3层和第4层为淤泥质土，埋深达3.50～13.00m，灰色，饱和，流塑状，其竖向承载力特征值仅50KPa，桩端持力层为第7层1～2小层粉质粘土。

　　1.3大楼基础。大楼基础为双向条形承台，基础截面为600×700mm，与有效桩长33m的118根高强预应力混凝土管桩共同承托大楼建筑荷载。

　　1.4大楼旁侧基坑支护方案。紧邻大楼南侧的地下室车库基坑开挖深度4.60m，其围护方案为：（1）自然地面（标高-0.90m）向下至已建好7号住宅楼基础底板下底标高-2.70m的1.80m边坡采用降坡处理，称第一级坡。其坡壁和平台面经混凝土喷射砼加固和防渗；（2）降坡面以下（第二级坡）采用复合土钉围护，平台处为单排（古河道段为双排）直径700的双轴水泥土搅拌桩，相邻搅拌桩搭接0.30m，桩长7.20m；（3）第二级边坡双轴水泥土搅拌桩（悬臂高度2.80m）施打?48mm×3mm长度分别为9m和6m的两排土钉，其水平间距1m。

　　2.大楼倾覆简况

　　2009年6月27日早上5：40左右，上海市闵行区罗阳路莲花河畔景苑7号楼发生向南侧基坑开挖方向整体倾倒事故。倾倒的7号楼基础筏板及其以上建筑整体结构基本完好，未见大的开裂破损现象，大楼窗户玻璃也很少破裂，下部基桩绝大多数在基础筏板底面以下0.40～0.80m处断裂，仅在靠淀蒲河一侧的少数桩在基础筏板底面以下1.20～2.10m处断裂。

　　3.大楼倾覆原因

　　3.1原因调查。

　　7号楼于2008年底结构结顶，同时开始进行12号楼旁侧的地下室开挖。基坑中开挖出的土方按甲方的要求堆在5号、6号和7号楼与淀蒲防汛堤之间，土堆距防汛堤岸约10m，距7号楼约20m，土堆高3～4m。2009年6月1日，5号、6号和7号楼南侧紧邻的地下室也开始施工开挖土方，其中上部1.5m深度范围的土方直接外运出场地。6月20日开抬挖1.5m以下土方时亦按甲方要求继续在5号、6号和7号楼和淀蒲河防汛堤之间堆土，先是堆在第一次堆土和6号、7号楼之间的20m的空地上，堆土高度约8～9m.6月27日早上5：40左右，7号楼倾覆后政府立即组织对堆置在6号楼北侧的高堆土进行卸土抢险，同时立即组织专家进行事故原因调查。经过专家组成员调查分析，认为房屋倾倒的直接原因有两点，（1）高堆土；（2）基坑开挖。这个结论无疑是完全正确的。

　　3.1.1高堆土。

　　7号楼位于古河道之中，地表以下3.5～13.0m深度范围为第③层和第④层淤泥质土，灰色，饱和，流塑状，最大天然含水量67.9%，孔隙比1.90，地基土承载力特征值为50KPa，具有高压缩性，高灵敏性，低强度和低渗透性的特点。7号楼北侧在短期（7d）快速堆土，最高土堆高度达10m，平均堆土高度约7m，据估算堆土增加地面荷载为126KPa，达到地基土承载力物证的2倍以上，因而使得地基土荷载处于极限状态，从而造成土体很大的侧向流动蠕动性状。这种土体流变给7号楼基桩桩侧受到总水平力在2155～8621t，平均水平力为2155t.因7号楼采用的预应力管桩单桩水平承载力特征值为84KN，本楼共有管桩118根，整幢楼基桩的总体水平承载力特征值为9912KN（991.2t），可见高堆土产生的土体侧向水平力已经远远超过了基桩所能承受的最大水平承载力，尤其靠近桩顶的应力集中处，管桩所受的水平荷载正处于极限荷载状态。

　　3.1.2地下室基坑土方开挖。

　　期刊文章分类查询，尽在期刊图书馆在北侧堆土的同时，紧邻大楼南侧的地下室车库基坑正在开挖，开挖深度4.6m.基坑边坡围护结构为双轴水泥搅拌桩和两皮土钉锚管。地下室车库基坑土方开挖时，围护水泥搅拌桩的水泥土强度养护时间远没有达到养护龄期，这对围护体设计支护功能的有效发挥带来很大隐患，北侧的高堆土酿成的7号楼南北两侧巨大的土体压力差，势必造成过大的水平荷载超过了基坑边坡挡土结构所能承受的抗侧压能力，这无疑给处于极限水平荷载状态下的大楼基桩的安全状态又增添了一个极为不利的促变诱因。

　　4.倾覆机理分析

　　《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）有明文规定：“软土场地已成桩条件下开挖基坑，必须严格实行均衡开挖，高差不应超过1m，不得在坑边堆土，以确保已成桩基不因土体滑移而发生水平位移和折断。”因不遵循“时空效应”进行基坑土方开挖，或弃土堆在基坑旁，或因土方运送重载车辆在基坑边频繁往复通行，抑或紧贴基坑周边停放大型施工设备、机具和堆置建筑材料等情况，引起基坑围护结构损坏或坍塌，进而造成基坑边坡连同基坑土体共同发生水平蠕动，使基桩发生严重滑移偏位以致折断的情况并不鲜见。一些专家学者因此认为7号楼的倾覆也是在大楼南北两侧悬殊的土体压力差的驱使下土体发生水平位移，致使基桩折断，造成大楼倾倒。作者以为，已成桩条件下进行基坑开挖因某种原因促使基坑边坡土体发生水平滑移，坑内基桩被折断与已建成7号楼底下场地土发生侧向滑移而使基桩折断，就其产生作用的应力状态和工况须作具体分析，不宜一概而论。最明显的区别在于，已成桩条件下的基坑开挖，其基桩上端除处于周围土体的包围外，桩顶是呈游离状态的，而7号楼底下的基桩既有周围土体的包围，又有大楼钢筋混凝土筏板对桩头的嵌固固定。因此应对7号楼倾覆的机理作具体分析。

　　4.1堆土对大楼基桩产生水平侧压力。楼旁堆土产生对筏板基础下土体的侧向水平推力。这种侧压力不仅对大楼筏板基础下的土体有，对北侧的淀蒲河河堤同样存在，只是第一次堆土距离7号楼较远，堆土也不是很高，因此对大楼筏板基础下土体和河堤的侧压力都不算很大，尚构不成安全威胁。

　　4.2高堆土使大楼基桩水平侧压力处于极限荷载状态。大楼旁侧的堆土迅速增高（第二次堆土），而且甚至直接紧贴大楼堆放，堆土对筏板基础下土体的侧压力激剧增大，以致使处于极限荷载状态。只要大楼南侧基坑挡护结构未遭到破坏，大楼两侧的场地土体未发生蠕变与运移，这种处于危险中的极限荷载状态会因为大楼南北两侧相向的作用力处于平衡之中还将得以继续维持，灾难的安全事故不致马上变为现实。

　　4.3极限荷载状态的土体因基坑挡土墙的破坏突发运移。处于极限水平荷载平衡中的筏板基础下的土体因远未达到养护期的水泥搅拌桩基坑悬臂挡土墙的强度不济而破坏，而使危险的应力平衡不复存在，使大楼筏板基础的土体顷刻间向挡土墙坍塌处运移。同时也使基坑悬臂挡土墙坍塌范围不断扩展蔓延。筏板基础底下土体的运移首先从靠近基坑边坡处开始，通过坍塌的挡土墙处涌入基坑之中，随着土体不断涌向基坑，土体运移的范围和规模瞬间从基坑边坡一侧向堆土一侧扩展，形成从堆土到基坑坍塌处的土体运移流，高堆土的压力促使这个土体运移快速不断的进行。

　　4.4大楼南侧基桩先引起负摩擦力使基桩压碎断裂。大楼筏板基础底下的土体运移先从基坑边坡破坏处始发，继而扩延至大楼南侧，再波及大楼北侧。在大楼南侧土体发生蠕变运移时，桩周围的土层相对于桩侧作往南向下的位移，原位土作用于桩侧的摩擦阻力随即丧失，称之为负摩擦力。这时桩的荷载中性点位置从桩顶向下转移，因而土的自重和大楼上部结构及其基础的巨大荷载因桩顶负摩擦力的存在而直接传递给筏板下的预应力管桩桩身上，瞬间骤增的桩内轴向荷载使桩的轴向压缩量激增，而桩径只有400mm预应力管桩不堪重荷而发生压碎断裂，从而使大楼南侧失去基桩的托力而南倾。高强度的预应力管桩压碎断裂的断头截面平整，断头面原稍为出露的钢丝头因预应力消失而缩回桩砼断面内，呈现管理断头齐整平直的状态而形似剪切断面。图5极限侧压力荷载状态的筏板基础下土体因水泥搅拌桩挡墙破坏而引发运移图6场地土最先运移的大楼南侧基桩引起负摩擦力使基桩压碎断裂图7靠近堆土的大楼基桩相继压碎断裂基桩倒覆。

　　4.5大楼北侧基桩相继因负摩擦力而被压碎断裂。后运移的大楼北侧基础下土体使其基桩产生负摩擦力而压碎断裂。大楼近堆土一侧绝大多数管桩最后因负摩擦力被压碎断裂，也有少数管桩在大楼向南倾覆过程中因筏板上翘拉折而断，因此连接于筏板面上的断裂桩段略显长短不一。