唐駁虎:美國塌樓161命 暴露3萬億財富的大問題

唐駁虎:美國塌樓161命 暴露3萬億財富的大問題

2021年06月30日 21:29:33
來源:唐駁虎

文/鳳凰新聞客户端榮譽主筆 唐駁虎

核心提示:

1. 6月24日凌晨1:30,美國邁阿密尚普蘭塔公寓樓發生局部坍塌。截至目前,已有12人死亡,至少149人失蹤。救援人員當天從沒有坍塌的部分轉移走了35人,週五從倒塌的部分救出了2人,整體進展緩慢。白宮宣佈,拜登和夫人吉爾將於7月1日前往現場並與遇難者家屬會面。

2. 尚普蘭塔是現代化臨海高級公寓,住户以拉美裔為主,富人尤喜此地,因此失蹤名單包括智利前總統的表弟和巴拉圭總統的小姨子一家。公寓樓倒塌前,正在接受40年的建築安全認證,但還沒開始,大樓就倒塌了。

3. 常年的海水浸泡和多年缺乏維護是大樓結構倒塌的主要誘因。據稱,尚普蘭塔是無樑樓板結構,造價低、節省鋼筋混凝土,但抗變形能力弱。也是根據美國早期規範進行設計的,不符合現代要求。因此,局部結構破壞很快引發連續倒塌。

4. 科學家長期以來一直警告説,不應在邁阿密海灘等堰洲島的流沙上建造房屋。因為海水很容易侵蝕到這裏的海砂基底,腐蝕鋼筋混凝土結構。據統計,美國人在堰洲島和沿海平原上建造了價值約3萬億美元的房地產。現在,全都面臨地下海水侵蝕。

6月24日(週四),當地時間凌晨1:30左右,美國東南部佛羅里達州戴德縣邁阿密的一棟12層公寓樓發生局部坍塌。

截至29日,已有12人確認死亡,至少149人失蹤。白宮宣佈,拜登和夫人吉爾將於本週四(7月1日)的“頭七”前往現場,並與遇難者家屬會面。

這幢40年樓齡的大樓到底發生了什麼?美國基建年久失修,大家都知道。

但具體到這次樓房坍塌,有什麼直接原因,迄今沒人能説的明白。

樓宇基本情況

這組名為尚普蘭塔(Champlain Towers,尚普蘭為法國人名)的公寓位於瑟夫賽德(Surfside)社區柯林斯大道8777號。

倒塌的136套單元的南座、111套單元的北座在1981、1982年建成,99套單元的東座則是在1991年建成。

三座塔樓都是12層高,離伊萬卡·川普(Ivanka Trump)和賈裏德·庫什納(Jared Kushner)租住的Arte濱海公寓樓只隔了兩個街區。

“尚普蘭塔”的開發商是內森·賴伯(Nathan Reiber)持有的納特爾建築(Nattel Construction),這家公司主要的業績就是這三幢公寓。

在賴伯去世後,納特爾建築公司已經不再有任何業務。

即使以現在的標準,尚普蘭塔依然是一座現代化的公寓。因為其優越的臨海位置,所以每間公寓在售價和租價都不低,屬於高級公寓,而且入住率還很高。

一些近期掛牌交易記錄顯示:

6月17日,一套9樓、162平米的三室兩衞單位,成交價為71萬美元(458萬人民幣、平米單價2.8萬人民幣);

5月11日,一套頂層、418平米的四室四衞套房,成交價達288萬美元(1860萬人民幣、平米單價4.45萬人民幣)。

這套公寓的北塔目前仍有幾套兩居室公寓在市場上待售,要價在60萬至70萬美元。

有人全年在這裏居住,也有人把它用作度假。這裏的月租金中位數為2000美元(1.3萬人民幣)。

事發時,這棟公寓幾乎是住滿人的,結果136户中的其中55户被摧毀。

而公寓樓倒塌前,正在接受40年的建築安全認證,並已着手準備大規模針對生鏽鋼筋和受損混凝土的維修,但還沒開始,大樓就倒塌了。

救援人員當天從沒有坍塌的部分轉移走了35人,週五從倒塌的部分救出了2人。

住在這裏的住户,主要是拉丁裔,其次是俄羅斯裔和猶太裔。

因此,失蹤人名單裏,包括智利前總統的表弟、巴拉圭總統的小姨子一家(第一夫人的妹妹、妹夫以及三個孩子)。

畢竟,由於距離位置關係,邁阿密被視為整個拉美地區的“首都”。

拉美地區的富人都喜歡在這裏擁有房產,乃至定居。

種種表面質疑

究竟是建築缺陷還是工程缺陷?

現在,美國媒體聚焦在一些雞毛蒜皮的建築破損上。

例如,建築物樑柱、牆壁出現不同程度地龜裂剝落,鋼筋老化裸露。

地下停車場也出現了大量的裂縫和剝落,另外,外牆出現裂痕和水漬,必須進行全面維修。

但是,這些都不是建築關鍵的承重結構啊。

還由於當時公寓樓屋頂已經在進行翻新施工。

有人猜測是因為屋頂施工增重,公寓恐無法承受。

但常識也告訴我們,這不太可能導致整棟樓坍塌。

還有一些居民表示,他們已經在公寓大樓裏住了幾十年,在旁邊的一棟新大樓開工建設之前,他們這棟樓的結構從未出現過任何重大問題。

但就在去年,有住户曾抱怨,當隔壁建築工地在進行挖掘和爆破時,他們這棟樓也會跟着晃動和震動,這有可能加重了裂縫和某種損壞。

這基本也是屬於不懂建築的普通人的瞎聯想了。

另外,很多媒體紛紛報道,佛羅里達國際大學地球與環境系教授希蒙·沃德温斯基(Shimon Wdowinski)在2020年進行的一項研究發現,這棟建築自1990年代以來一直在下沉。下沉率約為每年 2 毫米。

但實際上,稍有建築常識的人都知道,沉降是必然現象。怕的只是不均勻沉降。

要了解局部為何坍塌得如此徹底?而其他部分卻沒事?

還得先了解一下這棟建築的承重結構。

建築結構

據瞭解,“尚普蘭塔”是無樑樓板結構,一塊樓板直接只有4個角點支撐。

常規的樑柱框架結構,就是通常所説的“四梁八柱”,梁是橫樑,柱是立柱。

而無樑結構就是樓板直接架在柱子上,由於沒有梁,所以板往往會比常見混凝土結構中的板要厚,要做預應力。

再考慮到在柱子附近的吃力大,有時會局部加厚,就像個帽子,俗稱柱帽。

比起常規的樑柱框架結構,無樑樓板結構總體上更加節省模板、鋼筋、混凝土,造價會低很多,還可以壓縮實際的結構層高。

但與鋼筋混凝土框架結構相比,無樑樓板結構柱頭的抗變形能力弱。

打個比方,這就是傳統的木頭積木,屬於弱連接,輕輕一推就倒了。

而新式的樂高積木,由於結構咬合,屬於強連接,搖一搖倒不了。

西方一般的多高層辦公和住宅都是無樑樓板,很少做有梁的。

一是他們不喜歡梁(管線佈置穿洞不方便),二是節省人工費,節省了搭模板和綁紮鋼筋的功夫,節省橫樑模板施工工期,加快施工進度。

無樑結構也是規範允許的,跨樓板之間也是要做鋼筋構造連接的。

但據瞭解,“尚普蘭塔”按照美國早期規範進行設計,整體性鋼筋過少,鋼筋連接不符合現行規範要求。

因此,局部結構破壞很快引發連續倒塌。

各國現行的工程結構規範,都要求配備更多的鋼筋構造連接,具備更強的承載和變形能力。

這樣在局部結構遭到破壞後,系統仍能通過鋼筋連接,承受拉力承載,實現抗連續倒塌,不發生嚴重的後果。

如果是現代的樑柱框架結構,後果很可能會好一些。

▎圖/ 坍塌過程的可視化模擬 清華大學土木工程系陸新徵教授課題組

很多媒體在描述事件時用的是口語化的“倒塌”,實際上,這是災難性的“垂直坍塌”。

如監控視頻和模擬所示,大樓的中心首先開始崩塌,就像一個巨大的部分垂直下落;

這部分建築幾乎在頃刻間夷為平地。在此後的大約6秒左右,大樓東翼也隨之倒塌。像“一場噩夢般的雪崩”。

同時,由於結構無樑,大半個樓體瞬間“直落式”坍塌,變成如同千層餅一般的廢墟。

廢墟內幾乎沒有空隙,也就幾乎沒有留給倖存者的生存空間。

“尚普蘭塔”所用的老式無樑樓板結構,加重了破壞後果。

但是,破壞的起點又是什麼?這又得先跳出建築學領域,來到地理地質領域了。

中國人不熟悉的堰洲島

有媒體報道稱,這棟建築當年就是在“開墾的濕地”上建立起來的,其實這是一個不準確的俗稱。

認真觀察高分辨率的美國地圖,就會發現一個有趣的現象——在大西洋東海岸,分佈着一條條細長的“圍堤”。

“圍堤”寬度一般僅有數百米,卻可長達幾百公里,多處圍堤連起來延伸上千公里。

它位於大陸與海洋之間,中間是侵入的淺海灣與潟湖(Lagoon),像項鍊一般,圍護着大陸。

這是中國人不熟悉,但美國人超熱愛的“長堤”。

這些細長的“圍堤”,是美國人工修建的嗎?

當然不是。這是大自然的鬼斧神工。

這種沿海岸分佈的狹長島嶼,叫Barrier Islands ,中文名為堰洲島。

奇特的堰洲島是怎麼形成的呢?形成方式主要有兩種。

一是海平面先上升,海水漫過沿岸高地並淤積於近海低窪處。

而後海水退卻,沿海高地露出海面,形成狹長的島嶼。

這種過程主要發生在最後一次冰河時期末期,距今一萬多年。

另一種更常見的方式,則與河流、海洋的侵蝕與搬運作用有關。

沿岸河流將砂石輸送至近海海底沉積。同時,海水在風力、洋流推動下,向陸地方向推擠沉積的砂石。

經過波浪作用的長期堆積,沿海岸線便隆起砂脊,最終形成沙洲。

從堰洲島的形成過程可以推斷,堰洲島的大規模發育需在地質穩定、地形平緩的近海區域。

因此,北美洲的堰洲島基本分佈在東海岸,在西海岸鮮有存在。

這是因為西海岸靠近美洲板塊和太平洋板塊的邊界,地質活動頻繁,海底地形陡峭,不利於砂石長期積累。

而東海岸遠離板塊交界處(板塊邊界位於大西洋中部、洋底山脊),地質穩定;近海海底地形平緩,便於砂石沉積。

此外,從東部阿巴拉契亞山區發源的河流攜帶大量砂石匯入大西洋,為堰洲島的形成提供了豐富的原料。

這奇特的長長圍堤,不僅在大西洋海岸有,南部的墨西哥灣沿岸也大量分佈。

中國大陸東部海岸線由於有着寬闊的大陸架,水位較淺,更由於海底沉積主要是泥質,所以沒有形成類似的“圍堤”。

但是在台灣島西部嘉南平原的西海岸,也有一些堰洲島,形成新生海埔地,如外傘頂洲、祝油洲、青山港汕、網子寮汕等堰洲島。

堰洲島是海砂構成的,受自然和人類活動的影響巨大。

例如,海風會捲走鬆軟的砂石及沙粒,從而推動堰洲島向陸地移動或消失。

還有,近年來氣候變化增大了海水對島的侵蝕力,也迫使堰洲島朝陸地移動或沉於海中。

遭遇強烈海風(如颱風、颶風)時,甚至會直接將堰洲島攔腰截斷。

而通過種植防風林,或建設人工工程(如構築海堤或加固路面)可減緩砂石的流失,穩定堰洲島,並使得島嶼開發成為可能。

美國的濱海度假區

堰洲島與大陸相連相依,兩面靠水,海景絕佳。正好開發為集海灘、度假、觀光的旅遊聖地。

例如紐約長島南部的法爾島(Fire Island),但是,最為著名的,還是佛州南部的邁阿密地區。

由於這裏與中國距離最為遙遠,不如加州的洛杉磯、舊金山,華州的西雅圖,以及東北的紐約、新英格蘭地區那樣為中國人熟悉。

實際上,這裏可謂是宏大的人類奇觀——延綿180公里的海岸觀景住宅區。

這一片地區沿着大西洋鋪開,縱深約30公里,總面積約5000平方公里,其中至少內嵌着7個機場!

這是美國人的超級度假、養老區。在整個地球上也是獨一無二的。

順便説一下,很多人都説海南是中國的佛羅里達。這真是差太遠了,海南的沿海休旅度假開發面積最多幾十平方公里而已。

但科學家長期以來就一直警告説,不應該在邁阿密海灘等堰洲島的流沙上建造房屋,這裏是由細粒砂岩和鬆散的泥土混合構成。

因為海水很容易侵蝕到這裏的海砂基底,對鋼筋混凝土結構造成腐蝕。

在邁阿密,每年10月~11月都會出現“帝王潮汐”(king tide),也就是説漲潮時海水會侵入地下室、停車場這些地方,造成更嚴重的腐蝕。

一位曾在“尚普蘭塔”工作的前維修工人威廉·埃斯皮諾薩(William Espinosa)指出,早在約20年前,海水就已滲入公寓地基,尤其是在漲潮的時候。導致公寓的地下停車場漏水、積水。

他在1995年至2000年間是這座建築的維修工,那時工作人員就必須將多餘的海水從車庫裏抽出來。“停車場底部有一英尺(約30釐米)、有時是兩英尺的海水。”

工作人員稱,他們需要頻繁地給地下車庫抽水,以至於每兩年就要更換一次水泵電機。

大樓結構垮塌的直接原因

而就在“尚普蘭塔”倒塌前的36小時,一名承包商去往地下車庫時發現,地面滿是積水,混凝土開裂、鋼筋已被嚴重腐蝕。

他於6月22日上午參觀了事發公寓樓,原本是為了修復泳池外觀並給新泳池設備定價。他在公寓泳池和大堂區域並未發現異常。

但當他去往地下車庫時發現,“停車場到處都是積水”,而且在泳池下方的地下區域,混凝土和鋼筋都已開裂、腐蝕。

這位承包商對這些地方拍照,並將照片發給他的主管,指出修復工作可能比預期的要複雜。但在完成投標之前,這座公寓就發生了垮塌。

承包商稱,他在這個行業工作了幾十年,去過一些糟糕的地方,但仍然對事發公寓缺乏維護的狀況感到震驚。

所以,問題已經很清楚了。

常年的海水浸泡,滲入建築底層立柱的孔隙,它削弱了金屬和混凝土之間的結合,在脆弱的地方產生裂縫和破碎。

硅酸鹽水泥的主要水化產物是高鈣型水化硅酸鈣C-S-H(II)、氫氧化鈣Ca(OH)2和水化鋁酸鈣C3AH6。

海水中的硫酸鹽與水泥中的氫氧化鈣發生化學反應,生成硫酸鈣和氫氧化鎂等化合物析出。

硫酸鈣與水泥中的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣發生二次反應,形成水化硫鋁酸鈣,同時發生體積膨脹。

新形成物的浸出效應和體積膨脹,造成海水對水泥的腐蝕。水泥的腐蝕,為海水中氯離子的入侵打開了大門。

氯離子沿腐蝕形成的裂隙向混凝土深部滲透,遇到鋼筋,使其生鏽,從而造成混凝土構件進一步開裂,甚至崩裂。

為提高海工水泥混凝土耐久性,研究者開發出一系列技術措施,主要從兩方面着手:

一是增強鋼筋抗氯離子鏽蝕能力,如採用環氧塗層鋼筋、不鏽鋼包層鋼筋、摻鋼筋腐蝕抑制劑和設置陰極保護系統等;

二是提高水泥混凝土抗腐蝕能力。在水泥中摻高爐礦渣、粉煤灰和硅灰等火山灰質混合材;在混凝土製作時摻減水劑、引氣劑等有機外加劑;在混凝土構件表面塗環氧樹脂保護層等等。

當然,還包括在有條件的地方,做好防水包裹措施。總之,要對鋼筋混凝土結構提供額外的保護。

現在,大樓結構垮塌的直接原因已經很清楚,只要有一根支柱有混凝土崩裂,當它被破壞時, 可像骨牌效應般,令整棟建築物塌下。

在邁阿密海灘,大片建築物建在堰洲島上。海水中腐蝕介質的大量存在,使混凝土遭到破壞。

根據40年前的建築標準所用的混凝土材料,並未充分考慮到海水腐蝕的影響,所以造成了實實在在的風險。

由於維護情況不明,為安全起見,也建議在美華人不要投宿那些位於堰洲島或者與海岸線距離很近的高層建築。

很顯然,邁阿密、佛州和世界各地的類似建築也會遭遇同樣的危險。

濱海地帶不是不能修建,但是需要很好的防水,才能以抵禦海水的腐蝕影響。

同時,需要密切的監測、維護。鋼筋混凝土構築物在海水中的腐蝕及其防護,是一門專門的科學。

從長遠來看,未來濱海建築物應該使用最優質的耐水、耐鹽混凝土。

據統計,美國人在堰洲島和沿海平原上建造了價值約3萬億美元的房地產。現在,全都面臨地下海水侵蝕,對地基造成的風險。

這個事件是一個不祥之兆,美國基建史上的一個轉折點。也是對全美海岸線城鎮的一次警鐘。