9年下沉46cm,從舊金山地標(biāo)建筑千禧大廈一窺高層建筑不均勻沉降問題
發(fā)布時(shí)間:2021-03-31 瀏覽次數(shù):2233
千禧大廈(MillenniumTower),位于舊金山中心繁華的金融區(qū),舊金山市場街南區(qū)(SOMA)的教會街(MissionStreet)301號,是全市最高的住宅,于2009年建成,共有58層樓。該大廈截止2018年底,大廈最大已沉陷達(dá)18英寸(46cm),接近兩個(gè)籃球的直徑,且每年以1英寸(25cm)的速度向下陷。不僅如此,大廈還出現(xiàn)了往西北方向的傾斜。由于傾斜,其頂部已經(jīng)偏離了超過40cm,因此該超高層地標(biāo)建筑成為了轟動世界的“樓歪歪”。
項(xiàng)目概況:
開發(fā)商:千禧伙伴公司(Millennium Partners)
設(shè)計(jì)公司:漢德爾建筑事務(wù)所(Handel Architects)
千禧大廈由兩部分組成:
1) 用于居住的58層塔樓;
2) 商住混用的9層裙樓。
塔樓位于場地西側(cè),建筑面積約為150 ft x100 ft (45.7m x 30.5m)。塔樓為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),中部設(shè)置有核心筒。
塔樓的結(jié)構(gòu)體系
塔樓下部擁有一個(gè)單層的地下室,地下室坐落在10英尺厚(3m)的筏板基礎(chǔ)上。筏板基礎(chǔ)的埋深為25英尺(7.6m)。10英尺厚的地墊由942根14英寸(35.5cm)邊長的預(yù)應(yīng)力混凝土方樁支撐。
嚴(yán)重傾斜的大廈
千禧大廈的前身是堆田區(qū),于上面鋪架混凝土地基。嚴(yán)格來說,大廈建于沙子上。在大廈建設(shè)之前,工程師通過計(jì)算分析研究了大廈地基的沉降問題。據(jù)預(yù)測,在大廈竣工時(shí)(2009年),大樓將會發(fā)生1英寸(25mm)的施工期沉降;在隨后的20年內(nèi),由于砂層下老灣區(qū)粘土的固結(jié),基礎(chǔ)的沉降將會緩慢地增大,直到5英寸(125mm)。大樓總共將出現(xiàn)約6英寸(150mm)的沉降,并均勻地發(fā)生在基礎(chǔ)底部。當(dāng)塔樓封頂時(shí),基礎(chǔ)發(fā)生的沉降已經(jīng)與20年后的預(yù)測沉降值(150mm)相當(dāng)。即使是竣工后,大廈的沉降速度也比預(yù)想中的要快很多,以每年25mm的速度向下沉陷。沉降同樣也沒有均勻地發(fā)生,至2018年底的沉降累積變化,整座大樓朝西北向出現(xiàn)了嚴(yán)重的傾斜。塔樓頂部朝西偏移了14英寸(35cm),朝北偏移了6.3英寸(16cm)。
“樓歪歪”漫畫
由于千禧大廈自2009年竣工后即開始了長達(dá)10年的沉陷,在這期間,大廈附近有眾多工程陸續(xù)開工建設(shè),相互建設(shè)周期重疊,關(guān)系復(fù)雜,使大廈沉陷的原因變得錯綜復(fù)雜。
主要相關(guān)原因推測與分析:
1、 樁長過短未至巖層,鋼筋混凝土超高層建筑重量巨大導(dǎo)致地基壓力超過先期固結(jié)壓力界限,誘發(fā)緩慢沉降。
大廈塔樓被約900根預(yù)制方樁所支撐。這些樁并沒有深入至巖層,而是停留在老灣區(qū)粘土上的砂層中,基礎(chǔ)樁下面,還有深厚的老灣區(qū)粘土層;同時(shí),不同于舊金山其它鋼結(jié)構(gòu)高層建筑,千禧大廈采用的是鋼筋混凝土材料,千禧大廈重量巨大,每平方英尺傳遞給地基的壓力,要數(shù)倍于其他鋼結(jié)構(gòu)的高樓大廈。盡管樁端以下老粘土層為超固結(jié)土,在如此大的壓力下,很有可能粘土層已超過先期固結(jié)壓力界限,開始了主固結(jié)壓縮,并最終誘發(fā)大廈緩慢的沉降。
2017年2月2日,為舊金山千禧大廈擔(dān)任顧問的加大伯克利分校結(jié)構(gòu)工程教授JackMoehle聲稱,樓房所以下沉,是因?yàn)殚_發(fā)商在蓋樓時(shí)沒有另外咨詢巖土工程專家,來評估樓房以下的地基情況。因此,雖然他本人在擔(dān)保上簽了名,但他所指的僅是樓房本身的結(jié)構(gòu)達(dá)標(biāo),而并不負(fù)責(zé)評估樓房所在的土地達(dá)標(biāo)與否。因此,樁長過短是該項(xiàng)目持續(xù)下沉的主因,未對地基巖土進(jìn)行充分的研究。
2、 塔樓與裙樓分兩期進(jìn)行,裙樓基坑開挖中可能引起塔樓防水體系遭到破壞,出現(xiàn)裙樓基坑滲漏。
千禧大廈的塔樓與裙樓分開兩期先后進(jìn)行建造。在塔樓開始出地面時(shí),才開始左側(cè)裙樓地下室基坑的開挖。同時(shí),有資料顯示,在裙樓基坑開挖過程中,靠近塔樓基礎(chǔ)的一側(cè)被觀察到持續(xù)性的有水滲出,也就是塔樓的防水體系在裙樓基坑開挖過程中遭到了破壞,出現(xiàn)了滲漏。塔樓基礎(chǔ)下的地下水壓和水位就會出現(xiàn)下降,引起土體一定程度上的沉降。如果塔樓支護(hù)體系因?yàn)闈B漏而引起了過大變形的話,還會引起塔樓基礎(chǔ)下土體的移動,造成塔樓向基坑相反方向傾斜。
3、 隔壁灣區(qū)交通樞紐項(xiàng)目(TTC)基坑的開挖和降水造成的。
灣區(qū)交通樞紐項(xiàng)目TTC基坑開挖深度達(dá)55英尺(16.7m),最近處與千禧大廈緊緊相貼。該項(xiàng)目基坑開挖深,而且坑底剛好是千禧大廈塔樓預(yù)制樁的持力砂層。環(huán)灣運(yùn)輸管理局為了保證干燥的施工環(huán)境,抽取了數(shù)百萬加侖的地下水,破壞了千禧大廈地下的土壤。因?yàn)榫嚯x大廈基礎(chǔ)過近,為了保護(hù)在開挖時(shí)大廈的安全,在靠近大廈的一側(cè)還專門設(shè)置了一定寬度的重力式坑內(nèi)加固塊。當(dāng)TTC基坑開挖時(shí),因?yàn)槭┕ち烁魯嗌皩拥膰o(hù)結(jié)構(gòu)及座落至巖層的坑內(nèi)加固樁組,千禧大廈一側(cè)的地下排水路徑已經(jīng)完全被堵死??拷右粋?cè)黏土層的固結(jié)排水只能繞道排出。由于排水路徑的增長,大廈基礎(chǔ)左側(cè)區(qū)域的固結(jié)發(fā)展會比右側(cè)慢,從而造成左側(cè)區(qū)域沉降小,右側(cè)區(qū)域沉降大的不均勻現(xiàn)象。最終導(dǎo)致大廈不僅沉陷,還一直朝西北向產(chǎn)生傾斜。
4、與此同時(shí), 350 Mission街的大廈建造、Saleforce大廈基坑的開挖及建造等項(xiàng)目又或多或少對千禧大廈產(chǎn)生了不同程度的間接“傷害”。
總結(jié)與警示
軟土地區(qū)建筑物沉降量大,地下水文情況的變化極易引起高層建筑物的不均勻沉降。因此在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前就必須充分考慮巖土情況,依據(jù)專業(yè)勘探結(jié)果,進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對于超高層建筑尤其如此。
在高層建筑地基處理階段,在采用類似樁基處理時(shí)要充分考慮到未來地質(zhì)條件變化可能引起的沉降突變問題。
對工程降水、基坑支護(hù)等工序的施工方案編制和審查以及現(xiàn)場實(shí)施必須引起高度重視,嚴(yán)格把關(guān),確保周邊工程結(jié)構(gòu)安全。
READING高層建筑不均勻沉降問題解決
對于高層建筑不均勻沉降往往會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的后果,諸如發(fā)生建筑物傾斜、柱體斷裂、墻體裂縫等,長期的不均勻沉降甚至可能引發(fā)倒塌,因此必須要引起足夠重視,不能諱疾忌醫(yī)。
對建筑物不均勻沉降問題可以通過結(jié)構(gòu)處理、糾偏、樁基托換、加固等措施進(jìn)行綜合性修復(fù),廣州魯班公司在軟土層樁基托換、建筑物糾偏工程、地基基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)加固工程中積累了豐富的治理經(jīng)驗(yàn),從上海地鐵軟土層問題的成功解決,到深圳地鐵樁基托換工程,再到近年更是承接了幾項(xiàng)高層建筑地下室加固改造工程,通過糾偏、地基樁基處理、錨桿(錨索)施工等成功解決了多項(xiàng)位于軟土地區(qū)的高層建筑物病害問題。
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