2018年9月8日凌晨2點半，隨著“砰”的一聲響起，千禧大廈36層的住戶在熟睡中驚醒。翌日，他們發現在角落裡的一扇窗戶出現了破裂。
36層破裂的窗戶
凌晨的異響只是一個引發點。在事發前的一週，已有多家住戶報告聽到了大廈傳來各種各樣的響聲。
事實上，千禧大廈的業主已經不是第一次如此擔驚受怕。
大廈從2009年竣工之後，以每年1英寸（2.5cm）的速度往地下沉陷。截止2018年底，大廈最多已沉陷達18英寸（46cm），接近兩個籃球的直徑。
沉陷帶來的還有大廈地下室和外牆的扭曲。大量的裂縫出現在牆體和地下室樓板。
地下室牆體出現的裂縫
工人正在修補已出現滲水的牆體
不僅如此，大廈還出現了往西北方向的傾斜。由於傾斜，其頂部已經偏離了超過40cm，被媒體戲稱為“舊金山新的旅遊景點”。
諷刺大廈傾斜的漫畫
業主在購入單位時，也許並沒有想到，千禧大廈會以這種方式而聞名。
工程概況
千禧大廈（Millennium Tower）是位於市中心南區的一個商住混合開發項目，北接Mission Street，西接Fremont Street，南接Transbay Transit Center。建成後為舊金山最高的住宅樓。
平面所在位置
大廈由兩部分組成:
1)用於居住的58層塔樓，
2)商住混用的9層裙樓。
大廈立面示意圖
建成後效果圖
塔樓位於場地西側，建築面積約為150 ft x 100 ft （45.7m x 30.5m）。塔樓為現澆鋼筋混凝土結構，中部設置有核心筒。
塔樓的結構體系
塔樓下部擁有一個單層的地下室，地下室坐落在10英尺厚（3m）的筏板基礎上。筏板基礎的埋深為25英尺（7.6m）。10英尺厚的地墊由942根14英寸（35.5cm）邊長的預應力混凝土方樁支撐。
塔樓的樁基礎平面佈置圖
千禧大廈所在地最開始時是一個內陸盆地，在最後一個冰山期結束後（約1萬年前），隨著海平面的上升沉積了不少軟土和砂。所以，地層由上至下大約可以劃分為3個類別：厚度約30m的近代海洋沉積物（Marine Deposit），另一個厚度30m的更新世沉積老灣區粘性土（Old Bay Clay）以及下伏的基岩（Bedrock）。
三個主要的地層類別
穿過地下室底部柔軟的海洋沉積粘土，這900多根預製方樁的端部都坐落在了老灣區粘土上部的砂層之中。
基礎樁坐落在砂層之中
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大廈的建設
從2005年開始，大廈的塔樓和裙樓陸續開始了正式的施工。到2009年，千禧大廈基本完工，歷時3年有餘。以下為各個時期大廈的建設情況。
預製方樁正在打入地下
施工完畢的方樁
2006年6月，中央的塔吊已架了起來
2006年8月，大樓出了地面
2006年10月，高度超過了裙樓部分
與此同時，鄰近裙樓的地下室基坑也正在挖掘，並在不久後開挖至坑底。
裙樓基坑與塔樓關係鳥瞰。
2008年2月，塔樓結構封頂。
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沉陷發生
在大廈建設之前，工程師通過計算分析研究了大廈地基的沉降問題。據預測，在大廈竣工時（2009年），大樓將會發生1英寸（25mm）的施工期沉降；在隨後的20年內，由於砂層下老灣區粘土的固結，基礎的沉降將會緩慢地增大，直到5英寸（125mm）。大樓總共將出現約6英寸（150mm）的沉降，並均勻地發生在基礎底部。
計算分析預測的大廈沉降變化
然而，當塔樓封頂時，基礎發生的沉降已經與20年後的預測沉降值（150mm）相當。
計算值與實測值的對比
即使是竣工後，大廈的沉降速度也比預想中的要快很多，以每年25mm的速度向下沉陷。沉降同樣也沒有均勻地發生，而且逐漸向西北方向傾斜。以下為大廈地下室底板在2014年~2015年間的沉降變化特徵。
逐漸發展的沉降
到2018年底，最大沉降值已超過46cm，而且沒有一點放緩的趨勢。
至2018年底的沉降累積變化
整座大樓也朝西北向出現了嚴重的傾斜。塔樓頂部朝西偏移了14英寸（35cm），朝北偏移了6.3英寸（16cm）。
與大本鐘及比薩斜塔的傾斜度對比
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迷霧中的沉降原因
由於千禧大廈自2009年竣工後即開始了長達10年的沉陷，在這期間，大廈附近有眾多工程陸續開工建設，相互建設週期重疊，關係複雜，使大廈沉陷的原因變得撲朔迷離起來。
在大廈塔樓沉降過程中，臨近可能會對大廈沉降有影響的工程如下：
2007~2009：塔樓左側裙樓（Podium）基坑的開挖及建造；
2010~至今：跨海灣交通樞紐（TTC）基坑的開挖及建造；
2013~2016：350 Mission街的大廈建造；
2015~2018：Saleforce大廈基坑的開挖及建造。
千禧大廈塔樓與其他建築物的空間關係
千禧大廈與臨近建築的建設時間線
目前比較流行的推測大致有以下三種。
1
樁長過短
如前所述，大廈塔樓被約900根預製方樁所支撐。這些樁並沒有深入至岩層，而是停留在老灣區粘土上的砂層中。
基礎樁下面，還有深厚的老灣區粘土層（OBC）
不同於在舊金山其他的鋼結構高層建築，千禧大廈採用的是鋼筋混凝土材料，整樓重量要明顯沉重不少。在下表中我們可以看到，千禧大廈每平方英尺的傳遞給地基的壓力，要數倍於其他鋼結構的高樓大廈。
千禧大廈的重量巨大
儘管樁端以下老粘土層為超固結土，在如此大的壓力下，很有可能粘土層已超過先期固結壓力界限，開始了主固結壓縮，並最終誘發了大廈緩慢的沉降。
2
裙樓基坑滲漏
在早期的千禧大廈建設策劃書中，塔樓地下室與裙樓地下室是計劃一起建設的，通過開挖一個整體的基坑來建造。
然而，到了後期的實施階段，大廈的開發商聘請了一家顧問公司對整個項目做價值工程分析，認為塔樓的先行建設會更加有利。在最終的施工開始之前，塔樓與裙樓被分開了兩期先後進行建造。
在塔樓開始出地面時，才開始左側塔樓地下室基坑的開挖。
裙樓基坑的開挖
基坑的首層支撐與塔樓的筏板相連，在筏板以下即為預製樁
基坑開挖過程中，在靠近塔樓基礎的一側被觀察到了持續性的有水滲出。
塔樓基礎側坑底地面的水跡
如果是因為止水體系出現滲漏，那麼塔樓基礎下的地下水壓和水位則會出現下降，引起土體一定程度上的沉降。
如果該處支護體系因為滲漏而引起了過大變形的話，還可能會引起塔樓基礎下土體沿滑弧線的移動。這可以解釋為什麼塔樓最終向基坑相反方向的傾斜。
塔樓向基坑相反方向的傾斜
3
TTC基坑開挖及降水
2016年，迫於大廈業主持續施加的壓力，大廈開發商聘請了一家工程顧問公司，對大廈的沉降原因進行了調查。
這家顧問公司的調查報告指出：大廈本身的基礎設計是安全合理的，引起沉降的主要原因是隔壁灣區交通樞紐項目（TTC）基坑的開挖和持續性降水導致的。
TTC基坑開挖深度達55英尺（16.7m），最近處與千禧大廈緊緊相貼。
TTC基坑與千禧大廈塔樓平面關係圖
TTC基坑與千禧大廈塔樓剖面關係圖
因為距離大廈基礎過近，為了保護在開挖時大廈的安全，在靠近大廈的一側還專門設置了一定寬度的重力式坑內加固塊（Buttress）。加固塊由一系列的鋼筋混凝土/素混凝土樁組成。
TCC基坑內加固塊
調查報告中的理由如下：
（1）TTC基坑開挖深，而且坑底剛好為千禧大廈塔樓預製樁的持力砂層；
（2）其他舊金山灣區的高層建築都採用了類似的預製樁基礎方案，都沒有發生過大的沉降，為什麼唯獨就千禧大廈發生了？
所以，即使靠近大廈處已經做了一定的坑內加固，報告仍然認為基坑的降水和開挖變形是大廈沉降的主因。基坑開挖及降水引起沉降的機理與前面說過的裙房基坑原理一致。
塔樓同樣向基坑相反方向發生了傾斜
哪個才是真相？還是說是這三者共同導致了大廈沉降的惡化？
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分析及推測
很多時候，由於太多零散的信息出現在眼前，我們會分不清哪些是有價值的事實，哪些只是迷惑人判斷的無用信息。
首先，我們把各個建設工程的建設時間節點放在千禧大廈沉降曲線圖中標明。
沉降曲線與工程建設時間節點
曲線反映，從塔樓封頂後，雖然沉降量超過了預期，但大廈的沉降發展的速率似乎一直在變慢。如果照此趨勢，理論上沉降曲線應該會按圖中綠色虛線發展，並最終在2018年底達到30cm左右的總沉降。
然而，自TCC基坑靠近塔樓區域施工開始，大廈的沉降速率突然增大，並保持同樣的節奏一直髮展至46cm。
我們不得不對大廈自身的基礎方案和TCC基坑的開挖降水進行重點研究分析。
樁端下的粘土層有發生過大沉降嗎？
在大廈建設前後，均對基礎下的土層進行了勘探工作，並採取試樣進行了室內固結試驗。
大廈建設前，老灣區粘土層（OBC）的豎嚮應力與先期固結應力關係如下。
建設前OBC的應力關係圖，其中藍線為現時豎嚮應力，紅線為先期固結壓力
可以看出，OBC為超固結土，土體內部的豎嚮應力小於其先期固結壓力。只要豎嚮應力不超過土體的先期固結壓力，土體在壓力狀態下的壓縮量都會非常小。
在大廈發生明顯沉降後，老灣區粘土層（OBC）的豎嚮應力與先期固結應力關係如下。
建設後OBC的應力關係圖
在施加上塔樓巨大的荷載後，OBC頂部約15英尺厚度（4.5m）的土體豎嚮應力已超過了先期固結壓力。此時，土體會開始固結排水，併產生3~5倍於之前相等壓力下的沉降，直至固結完成。
塔樓鋼筋混凝土數倍於鋼結構的巨大重量，甚至引起了OBC超過了先期固結壓力。設計師對大樓重量出現了低估，或對OBC的超固結土性過於樂觀，才導致了以往眾多預製樁基礎成功案例經驗借鑑的失效。
如果我們深入研究2015年大廈基礎的沉降雲圖，可以更加肯定是樁端以下的土層發生了明顯的沉降。
2015年的沉降雲圖
在雲圖中我們看到，不僅是塔樓區域，整個裙樓區域也出現了超過30cm的沉降，兩個區域間的平均沉降差不超過5cm。
如果是樁端以上的土層發生沉降，隨著應力向下的擴散作用，並不會出現這樣裙樓全區域的大面積沉降。
只有在本項目這種地質條件、樁基方案下，OBC層的固結，才會引起如此奇妙的沉降。
由於塔樓基礎的預製樁全部坐落在OBC上部的砂層中，相當於全部塔樓荷載都加載在砂層之中。這時，密實的砂層變成了一個天然的筏板基礎，將荷載以更大的面積向OBC傳遞，最終導致塔樓附近大面積都出現了沉降，整個裙樓區域也不能倖免。
砂層變成了天然筏板基礎
無論出現什麼原因，在本項目中，過短的樁長與舊金山灣區前所未有遭遇的巨大荷載（舊金山第一高住宅樓），作為大廈沉降的主因難辭其咎。
TTC基坑開挖與降水是否導致了沉降？
TTC基坑的坑內加固施工開始後，塔樓的沉降發展突然加快，所以有部分意見說可能是基坑的降水引起沉降現象的加重。
事實上，引起沉降速率變化的原因可能確實與地下水有關，卻不一定是降水。
TTC基坑採用深105英尺（32m）圍護結構和鋼內支撐對開挖進行支護，圍護結構已經穿過了砂層，坐落在OBC粘土層，隔絕了砂層內外的水力聯繫。除非是圍護結構出現滲漏，否則基坑內的降水，並不會對千禧大廈基礎區域的地下水位有明顯的影響。
隔絕了基坑內外砂層的水力聯繫，OBC層的低滲透性足以維持坑外的地下水位
然而，不要忘記，除了基坑內的降排水外，OBC層也在悄悄進行自己的排水——巨大上部荷載導致的主固結髮生。
在TTC基坑還沒有存在時，OBC受壓排水時，水會從土層頂面大致均勻豎直排出，此時誘發的沉降也會是均勻的。
水會從土層頂面均勻豎直排出
當TTC基坑開挖時，因為施工了隔斷砂層的圍護結構及座落至岩層的坑內加固樁組，千禧大廈一側的地下排水路徑已經完全被堵死。靠近基坑一側OBC層的固結排水只能繞道排出。
由於左側的通道被堵死，固結排水只能繞道排出
由於排水路徑的增長，大廈基礎左側區域的固結髮展會比右側慢，從而造成左側區域沉降小，右側區域沉降大的不均勻現象。最終導致大廈不僅沉陷，還一直朝西北向產生傾斜，導致地下室底板扭曲，出現裂縫。
不得不說，如果事實真是如此發展，這是某種程度上的“弄巧成拙”。
在TTC基坑開始施工之前，交通樞紐管理局早就知道千禧大廈正在發生超乎意料的沉降。為了避免在基坑開挖期間使大廈的沉降進一步加大，特意在大廈區段佈置了超常規的加固措施。
沒想到，加固措施和圍護結構在足夠強勁的同時，也完全封住了排水路徑，可能使大廈產生了另外一種形式沉降損害。
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後續
為了避免大廈持續傾斜對地下室和牆體的損害，在傾斜較大的西北角正準備再安裝52根座落至岩層的加強樁。樁與現時底板之間安裝有液壓裝置，在樁體施工完畢後，通過液壓裝置對大廈進行糾偏。
新的液壓樁加強方案
千禧大廈業主委員會對大廈的開發商、勘察、設計、施工、監測、評估等一系列單位提起訴訟，要求2億美元用於維修和賠償損失。
【圖文內容來源：網絡】
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