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地基沉降会不会使摩天大楼倾斜或倒塌?

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-15  来源:科普中国-科学原理一点通  浏览次数:137
核心提示:  楼歪歪、楼裂裂楼脆脆人们对这样的网络名词并不陌生,对房屋倾斜或者开裂这样的质量问题也已司空见惯,甚至有大楼以每年数厘
  “楼歪歪”、“楼裂裂”“楼脆脆”……人们对这样的网络名词并不陌生,对房屋倾斜或者开裂这样的质量问题也已司空见惯,甚至有大楼以每年数厘米的速度不断下沉,这都是什么原因造成的呢?如何判断一个建筑物有没有这些的安全隐患呢?

  摩天大楼的地基会不断下沉吗?

  大家看到的建筑物,其实只是建筑物的一部分——地面以上的部分。真正支撑整个大楼的,是我们看不见的基础和地基。地基是建筑物地面以下原有的岩土,是漫长地质历史中风化、沉积等作用积累的结果。地基土一般是呈层状的,不同土层具有不同的成分、年代、物理和力学性质,有些土层只有几厘米厚,有些厚达十几米。这些土层在自身重力作用下已基本成型,不会发生大的变形。但如果在地基上修建房屋,相当于给土层施加了一个额外的荷载,土层受压之后会压缩变形,其结果就是地面开始下沉。如果不同位置的下沉速度和沉降量不一样,建筑物就会发生倾斜、开裂。

  其实,大家不用担心,工程设计师们想出了科学的解决办法,那就是加固基础。基础是建筑底部与地基接触的承重结构,它可以把建筑的上部荷载传给地基。常见的基础形式有桩基础、独立基础、条形基础、箱形基础等,用以适应不同结构形式的建筑物。基础可以承接上部建筑物荷载,并传递到地基深处的坚硬土层。坚硬土层的承载能力高,不易变形,同时,可以通过调整基础的受力面积和长度,消除不同荷载位置的不均匀沉降。

  现代城市中的摩天大楼,基础一般深入地下几十米。比如总高度632米的上海中心大厦,地下打入了近千根钻孔灌注桩,每根桩的长度均超过80米。只要基础能有效传递和分散大楼荷载,就算在上海这样的软土地基上,也能够大大降低地基土层的沉降量,消除不均匀沉降,使大楼能够坚固屹立,岿然不动。如果有些建筑物的设计不合理,或者施工质量不达标,就可能会发生“楼裂裂”、“楼歪歪”这样的悲剧了。

欧洲的摩天大楼

  上海越来越“矮”之谜

  世界闻名的大都市上海,每年都有不少高楼拔地而起,但与此相反的是,上海的地面高度却一直在下降,甚至有人担心,若干年之后上海会不会变成一片汪洋?

  上海地处长江的入海口,千百万年来,长江携带着滚滚泥沙,一层层地堆积在入海口,形成了长江三角洲平原,所以这一带土质松软,地基承载力较低。上海处于江海汇合的前沿,其地基土质普遍软弱,如果过度抽取地下水,填充在沙土颗粒孔隙间的水会被抽取或挤出,孔隙受到压缩,土体的体积减小,导致地面下沉。据测量,从1921年至1965年,由于无节制地抽取地下水,上海市区共沉降了1.69米!所幸这一局面在限制开采并向地下灌水后得到抑制。从1966年至2000年,上海市区累计平均沉降量只有218毫米,而这段时间的沉降则主要是因为大量修建高楼大厦,使地表压力增大导致土层压缩。这种少量的沉降普遍存在,也是在可控范围内的。如今上海虽然仍在缓慢下沉,但几百年之内“沉入大海”的危机已经消除。

  不仅在上海,全国像长江三角洲、珠江三角洲、华北平原等地区的很多城市都面临着不断下沉的困境,主要原因还是对地下水资源的过度开采,由此导致地面下陷,道路和房屋开裂,甚至海水倒灌到地下水体中,使淡水变咸,对生态环境造成严重的伤害。面对日益临近的下沉危机,城市应有限制和有计划地使用地下水,采用回灌和修复手段控制地面沉降。同时,每个人都应从自身做起,节约用水,保护珍贵的水资源。

高楼林立的大上海

  影响地基稳定性的因素有哪些?

  影响地基稳定性的因素,主要是岩土工程条件、地质环境条件、建(构)筑物特征等。

  岩土工程条件包括:组成地基的岩、土物理力学性质,地层结构。特别是有特殊性岩土,比如隐伏的破碎或断裂带,地下水渗流等特殊情况。

高楼大厦的地基工程

  地质环境条件包括:是否建造在斜坡上、边坡附近、山区地基上,建(构)筑物与不良地质作用、特殊地貌的关联度和可能引起地基破坏失稳的各种自然因素或组合。如岩溶、采空区、震陷、活动断裂、滑坡、崩塌、地面沉降、地震液化、岸边河流冲刷等。

  建(构)筑物特征:验算地基稳定性实质上就是验算地基极限承载能力是否满足建(构)筑物要求。建筑物的地基变形计算值,不应大于建筑物地基允许变形值。对高层建筑和高耸构筑物基础的埋置深度,应满足地基承载力、变形和稳定性要求。
 
 
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