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看世界丨千禧塔还将下沉多少?

学问交流
2019-12-30

近日,欧洲航天局(ESA)的哨兵卫星项目(Sentinel)公布了一项新发现,美国旧金山地标之一的千禧塔(Millennium Tower),其地面正以每年数厘米的速度下沉。

竣工不过十年,这栋 58 层高的摩天大楼却已向地底下沉了半米。外表依然亮丽光鲜,楼内却出现蛛网般长达数米的裂缝,36 层处的玻璃幕墙也发生突然碎裂。官方资料显示,千禧塔的规划最大下沉深度为 6 英寸(约 15 厘米)。但在2008年竣工之时,千禧塔楼体下沉程度就已逼近最大限额,一年后接近交房时,千禧塔的下沉深度已到达了21厘米,比规划最大下沉深度多了5 厘米。而据大楼工程师供给的数据,到2018年9月,千禧塔已下沉了约 43 厘米,向西北方向歪斜35厘米。

日益更新的下沉数据不免带来这样的疑问:千禧塔还将下沉多少?笔者对此也十分感兴趣。于是着手搜集资料,想用掌握的相关常识估算一下千禧塔的最终沉降。网上可得的公开资料大多是关于千禧塔的先容,为了获得更准确的地质数据,笔者求助于目前在哥伦比亚大学担任岩土方向教授的老师Ling。Ling教授生活在美国,也很关注旧金山这座超高层建筑,向笔者提供了不少关于千禧塔的专业资料,在此深表感谢。

下沉计算

千禧塔高度约191米,是旧金山当之无愧的地标。但岩层较深,大约在地表以下200英尺(约60米),因此采用了摩擦桩,而非端承桩。摩擦桩是14英寸×14英寸(0.356米×0.356米)的矩形截面,长度在18米~28米之间。依据美国ASTM标准,假设桩间距为3倍桩径,这样算下来大约有962根桩。

(a)

(b)

(a)千禧塔的位置;(b)千禧塔平面图(30.5×44.7m)

地质情况如下:首先是6.1m左右的回填土(Fill Sand),接着是6.1m的新淤泥(Young Bay Mud),然后是12.2.m的砂性土(Colma Formulation),再往下是30.5m的旧淤泥(Old Bay Mud),然后才达到岩层。在这样的地质条件下建造一幢摩天大楼,而且采用摩擦桩,沉降是一个严峻的考验。

地质条件图

通过查阅资料,可以得到每层土的相关参数,如容重、内摩擦角、粘聚力、孔隙率、含水率等。

为了计算沉降,对砂性土计算群桩的弹性沉降,采用锥入阻力相关的公式;对淤泥质土计算群桩的固结沉降,采用2:1应力分布法。

也就是说,群桩在砂性土中的弹性沉降为0.762米,而在淤泥质土中的固结沉降为0.484米,总共沉降为1.246米。

小结

目前千禧塔已下沉了半米左右,经过粗略的估算,它将继续下沉,最终沉降量将达到1米左右。事实远不如设计师们最开始估算的“下沉15厘米”那么乐观,至于为什么预计和结果相差如此之大,原因目前尚不清晰。开发商在为自己的辩护中表示,千禧塔之所以下沉,主要是因为西北方正在建设的地铁中转站影响了附近的土质。但政府以及住户代表则认为,开发商在建筑这座58层的摩天大楼时,存在偷工减料的嫌疑。

旧金山市政府仍然在调查着千禧塔的下沉,而人们也继续怀着各种好奇、疑惑、唏嘘、感慨的目光,注视着这座旧金山市区最高的建筑。虽然远隔重洋,但作为土木工程师,这一事件无疑也给大家敲响了警钟——要对自己的设计成果负责,时刻怀揣那颗责任心。

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