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工程案例

  6 某电站汇合渠3号渡槽进口槽台
  (地基承载力不足——导致地基沉降严重)
  ①失事过程回放
  某电站工程指挥部于1996年10月27日对于已完工的部分工程进行试水。
   8:30左右,在黄九坳渠首开闸放水,放水流量为0.8秒立米(黄九坳引水渠设计流量为2.7秒立米;汇合渠设计流量为6.0秒立米)。
   10:30左右,水流到达汇合渠的溢流堰,由于溢流堰的冲砂孔直径只有400mm,排水流量小,以至汇合渠水位基本达到设计水位。
   14:15左右,值班人员巡查至汇合渠3号渡槽进口槽台时未发现漏水和渗水现象。
   15:45分左右,值班人员发现汇合渠3号渡槽进口槽台附近的连段出现裂缝和大量漏水,并立即报告指挥部。
   16:00左右,有关人员赶到出事地点,发现连接段距B点1.3m处的E点有一条向上游倾斜的裂缝(见示意图)。EB段下沉1cm,槽身微微倾斜,在场的技术人员感到情况不妙,立即赶到上游300m左右的冲砂闸,开闸防水,但开闸很不顺利。
   17:00左右,有关人员返回3号渡槽时,发现槽台基础已被大量的漏水淘空,情况已十分严重。
   17:10分,槽台失稳跌落,槽身一端已跌落在冲刷坑中,另一端仍支在排架上。
   17:30分,整段槽身跌落土坑中,从放水至槽台、槽身破坏共历时9个小时左右。
   根据各方面的调查和分析,该电站汇合渠3号渡槽进口槽台失事原因如下:
  
   ②失事原因分析
   1)该槽台地基没有相应的地质资料及相关土工试验资料。经事后土工试验分析,该地基土质偏软,压缩性大,实际承载力为100~120kPa,地基承载力偏低(地基的设计承载力平均值为116.8 kPa)。当渡槽通水时,地基的应力达到或接近地基承载力,地基沉降严重,造成整个槽台下沉,致使渡槽连接段断裂,直接引发这次事故。
   2)施工单位在地基开挖后没有通知设计、监理人员对地基进行验收。
   3)渠道的总体设计有不少缺陷。如没有设置数量足够与设计合理的放空闸、溢流堰、冲砂闸等。
   4)指挥部对这次试水不够重视,没有具体的安排和布置,没有一整套应急方案。
   ③主要经验教训:
   1)应重视地质堪察和土工试验工作;
   2)槽台基础要放在坚实的地基上;
   3)设计要合理;
   4)相关部门(设计、施工、监理)应作好配合、协调工作;
   5)主管部门应有实用的应急预案。

  7. 比萨斜塔
  (1)概况
  
   比萨市位于意大利中部,而比萨斜塔位于比萨市北部,它是比萨大教堂的一座钟塔,在大教堂东南方向相距约25m。
   比萨斜塔是一座独立的建筑,周围空旷, 比萨斜塔建造,经历了三个时期:
   第一期,自1173年9月8日至1178年,建至第4层,高度约29m时,因塔倾斜而停工。
   第二期,钟塔施工中断94年后,于1272年复工,至1278年,建完第7层,高48m,再次停工。
   第三期,经第二次施工中断82年后,于1360年再复工,至1370年竣工,全塔共八层,高度为55m。
   全塔总荷重约为145MN,塔身传递到地基的平均压力约500kPa。目前塔北侧沉降量约90cm,南侧沉降量约270cm,塔倾斜约5.5°,十分严重。
   比萨斜塔向南倾斜,塔顶离开垂直线的水平距离已达5.27m,等于我国虎丘塔倾斜后塔顶离开水平距离的2.3倍。幸亏比萨斜塔的建筑材料大理石条石质量优,施工精细,尚未发现塔身有裂缝。
   比萨斜塔基础底面倾斜值,经计算为0.093,即93%0,我国国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ 7-89中规定:高耸结构基础的倾斜,当建筑物高度Hg为:50m<Hg≤100m时,其允许值为0.005,即5%。目前比萨斜塔基础实际倾斜值已等于我国国家标准允许值的18倍。由此可见,比萨斜塔倾斜已达到极危险的状态,随时有可能倒塌。
   (2)事故原因分析
   关于比萨斜塔倾斜的原因,早在18世纪记载当时就有两派不同见解:一派由历史学家兰尼里•克拉西为首,坚持比萨塔有意建成不垂直;另一派由建筑师阿莱山特罗领导,认为比萨塔的倾斜归因于它的地基不均匀沉降。
   本世纪以来,一些学者提供了塔的基本资料和地基土的情况。比萨斜塔地基土的典型剖面由上至下,可分为8层:
   ①表层为耕植土,厚1. 60m;
   ②第2层为粉砂,夹粘质粉士透镜体,厚度 5.40m;
   ③第3层为粉土,厚3.0 m;
   ④第4层为上层粘土,厚度10.5m;
   ⑤第5层为中间粘土,厚为5.0m;
   ⑥第6层为砂土,厚为2.0m;
   ⑦第7层为下层粘土,厚度12.5m;
   ⑧第8层为砂土,厚度超过20.0m。
   有人将上述8层土合为3大层:
   ①一③层为砂质粉质土;
   ④一⑦层为粘土层;
   ⑧层为砂质土层。
   地下水位深1.6m,位于粉砂层。
   根据上述资料分析认为比萨钟塔倾斜的原因是:
   ①钟塔基础底面位于第2层粉砂中。施工不慎,南侧粉砂局部外挤,造成偏心荷载,使塔南侧附加应力大于北侧,导致塔向南倾斜。
   ②塔基底压力高达500kPa,超过持力层粉砂的承载力,地基产生塑性变形,使塔下沉。塔南侧接触压力大于北侧,南侧塑性变形必然大于北侧,使塔的倾斜加剧。
   ③钟塔地基中的粘土层厚达近30m,位于地下水位下,呈饱和状态。在长期重荷作用下,土体发生蠕变,也是钟塔继续缓慢倾斜的一个原因。
   ④在比萨平原深层抽水,使地下水位下降,相当于大面积加载,这是钟塔倾斜的重要原因。在60年代后期与70年代早期,观察地下水位下降,同时钟塔的倾斜率增加。当天然地下水恢复后,则钟塔的倾斜率也回到常值。
   (3)事故处理方法
   ①卸荷处理
   为了减轻钟塔地基荷重,1838年至1839年,于钟塔周围开挖一个环形基坑。基坑宽度约3.5m,北侧深0。9m,南侧深2.7m。基坑底部位于钟塔基础外伸的三个台阶以下,铺有不规则的块石。基坑外围用规整的条石垂直向砌筑。基坑顶面以外地面平坦。
   ②防水与灌水泥浆
   为防止雨水下渗,于1933—1935年对环型基坑做防水处理,同时对基础环周用水泥浆加强。
   ③为防止比萨斜塔散架,于1992年7月开始对塔身加固。
   以上处理方法均非根本之计。其关键应是对地基加固而又不危及塔身安全。其难度是很大。
   此外,比萨斜塔贵在斜,因为1590年伽利略曾在此塔做落体实验,创立了物理学上著名的落体定律。斜塔成为世界上最珍贵的历史文物,吸引无数国内外游客。如果把塔扶正,实际破坏了珍贵文物。因此,比萨斜塔的加固处理难度大,既要保持钟塔的倾斜,又要不扰动地基避免危险,还要加固地基,使斜塔安然无恙。有志之土如能研究出一个切实可行的方案.则是一大贡献。
  
  处理措施
  1838-1839:挖环形基坑卸载
  1933-1935:基坑防水处理
  基础环灌浆加固
  1990年1月: 封闭
  1992年7月:加固塔身,用压重法和取土法进行地基处理
  目 前: 已向游人开放。

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