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9年下沉46cm,从旧金山地标建筑千禧大厦一窥高层建筑不均匀沉降问题

发布时间:2021-03-31 浏览次数:850

千禧大厦(MillenniumTower),位于旧金山中心繁华的金融区,旧金山市场街南区(SOMA)的教会街(MissionStreet)301号,是全市最高的住宅,于2009年建成,共有58层楼。该大厦截止2018年底,大厦最大已沉陷达18英寸(46cm),接近两个篮球的直径,且每年以1英寸(25cm)的速度向下陷。不仅如此,大厦还出现了往西北方向的倾斜。由于倾斜,其顶部已经偏离了超过40cm,因此该超高层地标建筑成为了轰动世界的“楼歪歪”。



项目概况:

开发商:千禧伙伴公司(Millennium Partners)

设计公司:汉德尔建筑事务所(Handel Architects)


千禧大厦由两部分组成:


1) 用于居住的58层塔楼;

2) 商住混用的9层裙楼。

塔楼位于场地西侧,建筑面积约为150 ft x100 ft (45.7m x 30.5m)。塔楼为现浇钢筋混凝土结构,中部设置有核心筒。


塔楼的结构体系

塔楼下部拥有一个单层的地下室,地下室坐落在10英尺厚(3m)的筏板基础上。筏板基础的埋深为25英尺(7.6m)。10英尺厚的地垫由942根14英寸(35.5cm)边长的预应力混凝土方桩支撑。


严重倾斜的大厦


千禧大厦的前身是堆田区,于上面铺架混凝土地基。严格来说,大厦建于沙子上。在大厦建设之前,工程师通过计算分析研究了大厦地基的沉降问题。据预测,在大厦竣工时(2009年),大楼将会发生1英寸(25mm)的施工期沉降;在随后的20年内,由于砂层下老湾区粘土的固结,基础的沉降将会缓慢地增大,直到5英寸(125mm)。大楼总共将出现约6英寸(150mm)的沉降,并均匀地发生在基础底部。当塔楼封顶时,基础发生的沉降已经与20年后的预测沉降值(150mm)相当。即使是竣工后,大厦的沉降速度也比预想中的要快很多,以每年25mm的速度向下沉陷。沉降同样也没有均匀地发生,至2018年底的沉降累积变化,整座大楼朝西北向出现了严重的倾斜。塔楼顶部朝西偏移了14英寸(35cm),朝北偏移了6.3英寸(16cm)。




“楼歪歪”漫画



由于千禧大厦自2009年竣工后即开始了长达10年的沉陷,在这期间,大厦附近有众多工程陆续开工建设,相互建设周期重叠,关系复杂,使大厦沉陷的原因变得错综复杂。



主要相关原因推测与分析:


1、 桩长过短未至岩层,钢筋混凝土超高层建筑重量巨大导致地基压力超过先期固结压力界限,诱发缓慢沉降。


大厦塔楼被约900根预制方桩所支撑。这些桩并没有深入至岩层,而是停留在老湾区粘土上的砂层中,基础桩下面,还有深厚的老湾区粘土层;同时,不同于旧金山其它钢结构高层建筑,千禧大厦采用的是钢筋混凝土材料,千禧大厦重量巨大,每平方英尺传递给地基的压力,要数倍于其他钢结构的高楼大厦。尽管桩端以下老粘土层为超固结土,在如此大的压力下,很有可能粘土层已超过先期固结压力界限,开始了主固结压缩,并最终诱发大厦缓慢的沉降。

2017年2月2日,为旧金山千禧大厦担任顾问的加大伯克利分校结构工程教授JackMoehle声称,楼房所以下沉,是因为开发商在盖楼时没有另外咨询岩土工程专家,来评估楼房以下的地基情况。因此,虽然他本人在担保上签了名,但他所指的仅是楼房本身的结构达标,而并不负责评估楼房所在的土地达标与否。因此,桩长过短是该项目持续下沉的主因,未对地基岩土进行充分的研究。

 


2、 塔楼与裙楼分两期进行,裙楼基坑开挖中可能引起塔楼防水体系遭到破坏,出现裙楼基坑渗漏。


千禧大厦的塔楼与裙楼分开两期先后进行建造。在塔楼开始出地面时,才开始左侧裙楼地下室基坑的开挖。同时,有资料显示,在裙楼基坑开挖过程中,靠近塔楼基础的一侧被观察到持续性的有水渗出,也就是塔楼的防水体系在裙楼基坑开挖过程中遭到了破坏,出现了渗漏。塔楼基础下的地下水压和水位就会出现下降,引起土体一定程度上的沉降。如果塔楼支护体系因为渗漏而引起了过大变形的话,还会引起塔楼基础下土体的移动,造成塔楼向基坑相反方向倾斜。


3、 隔壁湾区交通枢纽项目(TTC)基坑的开挖和降水造成的。

湾区交通枢纽项目TTC基坑开挖深度达55英尺(16.7m),最近处与千禧大厦紧紧相贴。该项目基坑开挖深,而且坑底刚好是千禧大厦塔楼预制桩的持力砂层。环湾运输管理局为了保证干燥的施工环境,抽取了数百万加仑的地下水,破坏了千禧大厦地下的土壤。因为距离大厦基础过近,为了保护在开挖时大厦的安全,在靠近大厦的一侧还专门设置了一定宽度的重力式坑内加固块。当TTC基坑开挖时,因为施工了隔断砂层的围护结构及座落至岩层的坑内加固桩组,千禧大厦一侧的地下排水路径已经完全被堵死。靠近基坑一侧黏土层的固结排水只能绕道排出。由于排水路径的增长,大厦基础左侧区域的固结发展会比右侧慢,从而造成左侧区域沉降小,右侧区域沉降大的不均匀现象。最终导致大厦不仅沉陷,还一直朝西北向产生倾斜。

4、与此同时, 350 Mission街的大厦建造、Saleforce大厦基坑的开挖及建造等项目又或多或少对千禧大厦产生了不同程度的间接“伤害”。


总结与警示


  • 软土地区建筑物沉降量大,地下水文情况的变化极易引起高层建筑物的不均匀沉降。因此在进行高层建筑的结构设计前就必须充分考虑岩土情况,依据专业勘探结果,进行结构设计,对于超高层建筑尤其如此。


  • 在高层建筑地基处理阶段,在采用类似桩基处理时要充分考虑到未来地质条件变化可能引起的沉降突变问题。


  • 对工程降水、基坑支护等工序的施工方案编制和审查以及现场实施必须引起高度重视,严格把关,确保周边工程结构安全。



READING高层建筑不均匀沉降问题解决


  • 对于高层建筑不均匀沉降往往会产生比较严重的后果,诸如发生建筑物倾斜、柱体断裂、墙体裂缝等,长期的不均匀沉降甚至可能引发倒塌,因此必须要引起足够重视,不能讳疾忌医。

  • 对建筑物不均匀沉降问题可以通过结构处理、纠偏、桩基托换、加固等措施进行综合性修复,广州鲁班公司在软土层桩基托换、建筑物纠偏工程、地基基础工程、结构加固工程中积累了丰富的治理经验,从上海地铁软土层问题的成功解决,到深圳地铁桩基托换工程,再到近年更是承接了几项高层建筑地下室加固改造工程,通过纠偏、地基桩基处理、锚杆(锚索)施工等成功解决了多项位于软土地区的高层建筑物病害问题。

  • 如您对高层建筑不规则沉降、纠偏等有兴趣或需要咨询相关治理方案,可拨打我司办公电话020-85520801,联系我司补强部专业技术人员进行详细咨询。



小鲁