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文/凤凰新闻客户端荣誉主笔 唐驳虎
核心提示：
1. 6月24日凌晨1：30，美国迈阿密尚普兰塔公寓楼发生局部坍塌。截至目前，已有12人死亡，至少149人失踪。救援人员当天从没有坍塌的部分转移走了35人，周五从倒塌的部分救出了2人，整体进展缓慢。白宫宣布，拜登和夫人吉尔将于7月1日前往现场并与遇难者家属会面。
2. 尚普兰塔是现代化临海高级公寓，住户以拉美裔为主，富人尤喜此地，因此失踪名单包括智利前总统的表弟和巴拉圭总统的小姨子一家。公寓楼倒塌前，正在接受40年的建筑安全认证，但还没开始，大楼就倒塌了。
3. 常年的海水浸泡和多年缺乏维护是大楼结构倒塌的主要诱因。据称，尚普兰塔是无梁楼板结构，造价低、节省钢筋混凝土，但抗变形能力弱。也是根据美国早期规范进行设计的，不符合现代要求。因此，局部结构破坏很快引发连续倒塌。
4. 科学家长期以来一直警告说，不应在迈阿密海滩等堰洲岛的流沙上建造房屋。因为海水很容易侵蚀到这里的海砂基底，腐蚀钢筋混凝土结构。据统计，美国人在堰洲岛和沿海平原上建造了价值约3万亿美元的房地产。现在，全都面临地下海水侵蚀。
6月24日（周四），当地时间凌晨1:30左右，美国东南部佛罗里达州戴德县迈阿密的一栋12层公寓楼发生局部坍塌。
截至29日，已有12人确认死亡，至少149人失踪。白宫宣布，拜登和夫人吉尔将于本周四（7月1日）的“头七”前往现场，并与遇难者家属会面。
这幢40年楼龄的大楼到底发生了什么？美国基建年久失修，大家都知道。
但具体到这次楼房坍塌，有什么直接原因，迄今没人能说的明白。
这组名为尚普兰塔（Champlain Towers，尚普兰为法国人名）的公寓位于瑟夫赛德(Surfside)社区柯林斯大道8777号。
倒塌的136套单元的南座、111套单元的北座在1981、1982年建成，99套单元的东座则是在1991年建成。
三座塔楼都是12层高，离伊万卡·川普（Ivanka Trump）和贾里德·库什纳（Jared Kushner）租住的Arte滨海公寓楼只隔了两个街区。
“尚普兰塔”的开发商是内森·赖伯（Nathan Reiber）持有的纳特尔建筑（Nattel Construction），这家公司主要的业绩就是这三幢公寓。
即使以现在的标准，尚普兰塔依然是一座现代化的公寓。因为其优越的临海位置，所以每间公寓在售价和租价都不低，属于高级公寓，而且入住率还很高。
6月17日，一套9楼、162平米的三室两卫单位，成交价为71万美元（458万人民币、平米单价2.8万人民币）；
5月11日，一套顶层、418平米的四室四卫套房，成交价达288万美元（1860万人民币、平米单价4.45万人民币）。
这套公寓的北塔目前仍有几套两居室公寓在市场上待售，要价在60万至70万美元。
有人全年在这里居住，也有人把它用作度假。这里的月租金中位数为2000美元（1.3万人民币）。
事发时，这栋公寓几乎是住满人的，结果136户中的其中55户被摧毁。
而公寓楼倒塌前，正在接受40年的建筑安全认证，并已着手准备大规模针对生锈钢筋和受损混凝土的维修，但还没开始，大楼就倒塌了。
救援人员当天从没有坍塌的部分转移走了35人，周五从倒塌的部分救出了2人。
住在这里的住户，主要是拉丁裔，其次是俄罗斯裔和犹太裔。
因此，失踪人名单里，包括智利前总统的表弟、巴拉圭总统的小姨子一家（第一夫人的妹妹、妹夫以及三个孩子）。
毕竟，由于距离位置关系，迈阿密被视为整个拉美地区的“首都”。
例如，建筑物梁柱、墙壁出现不同程度地龟裂剥落，钢筋老化裸露。
地下停车场也出现了大量的裂缝和剥落，另外，外墙出现裂痕和水渍，必须进行全面维修。
还有一些居民表示，他们已经在公寓大楼里住了几十年，在旁边的一栋新大楼开工建设之前，他们这栋楼的结构从未出现过任何重大问题。
但就在去年，有住户曾抱怨，当隔壁建筑工地在进行挖掘和爆破时，他们这栋楼也会跟着晃动和震动，这有可能加重了裂缝和某种损坏。
另外，很多媒体纷纷报道，佛罗里达国际大学地球与环境系教授希蒙·沃德温斯基(Shimon Wdowinski)在2020年进行的一项研究发现，这栋建筑自1990年代以来一直在下沉。下沉率约为每年 2 毫米。
但实际上，稍有建筑常识的人都知道，沉降是必然现象。怕的只是不均匀沉降。
据了解，“尚普兰塔”是无梁楼板结构，一块楼板直接只有4个角点支撑。
常规的梁柱框架结构，就是通常所说的“四梁八柱”，梁是横梁，柱是立柱。
而无梁结构就是楼板直接架在柱子上，由于没有梁，所以板往往会比常见混凝土结构中的板要厚，要做预应力。
再考虑到在柱子附近的吃力大，有时会局部加厚，就像个帽子，俗称柱帽。
比起常规的梁柱框架结构，无梁楼板结构总体上更加节省模板、钢筋、混凝土，造价会低很多，还可以压缩实际的结构层高。
但与钢筋混凝土框架结构相比，无梁楼板结构柱头的抗变形能力弱。
打个比方，这就是传统的木头积木，属于弱连接，轻轻一推就倒了。
而新式的乐高积木，由于结构咬合，属于强连接，摇一摇倒不了。
西方一般的多高层办公和住宅都是无梁楼板，很少做有梁的。
一是他们不喜欢梁（管线布置穿洞不方便），二是节省人工费，节省了搭模板和绑扎钢筋的功夫，节省横梁模板施工工期，加快施工进度。
无梁结构也是规范允许的，跨楼板之间也是要做钢筋构造连接的。
但据了解，“尚普兰塔”按照美国早期规范进行设计，整体性钢筋过少，钢筋连接不符合现行规范要求。
各国现行的工程结构规范，都要求配备更多的钢筋构造连接，具备更强的承载和变形能力。
这样在局部结构遭到破坏后，系统仍能通过钢筋连接，承受拉力承载，实现抗连续倒塌，不发生严重的后果。
▎图/坍塌过程的可视化模拟 清华大学土木工程系陆新征教授课题组
很多媒体在描述事件时用的是口语化的“倒塌”，实际上，这是灾难性的“垂直坍塌”。
如监控视频和模拟所示，大楼的中心首先开始崩塌，就像一个巨大的部分垂直下落；
这部分建筑几乎在顷刻间夷为平地。在此后的大约6秒左右，大楼东翼也随之倒塌。像“一场噩梦般的雪崩”。
同时，由于结构无梁，大半个楼体瞬间“直落式”坍塌，变成如同千层饼一般的废墟。
废墟内几乎没有空隙，也就几乎没有留给幸存者的生存空间。
“尚普兰塔”所用的老式无梁楼板结构，加重了破坏后果。
但是，破坏的起点又是什么？这又得先跳出建筑学领域，来到地理地质领域了。
有媒体报道称，这栋建筑当年就是在“开垦的湿地”上建立起来的，其实这是一个不准确的俗称。
认真观察高分辨率的美国地图，就会发现一个有趣的现象——在大西洋东海岸，分布着一条条细长的“围堤”。
“围堤”宽度一般仅有数百米，却可长达几百公里，多处围堤连起来延伸上千公里。
它位于大陆与海洋之间，中间是侵入的浅海湾与潟湖（Lagoon），像项链一般，围护着大陆。
这种沿海岸分布的狭长岛屿，叫Barrier Islands ，中文名为堰洲岛。
一是海平面先上升，海水漫过沿岸高地并淤积于近海低洼处。
这种过程主要发生在最后一次冰河时期末期，距今一万多年。
另一种更常见的方式，则与河流、海洋的侵蚀与搬运作用有关。
沿岸河流将砂石输送至近海海底沉积。同时，海水在风力、洋流推动下，向陆地方向推挤沉积的砂石。
经过波浪作用的长期堆积，沿海岸线便隆起砂脊，最终形成沙洲。
从堰洲岛的形成过程可以推断，堰洲岛的大规模发育需在地质稳定、地形平缓的近海区域。
因此，北美洲的堰洲岛基本分布在东海岸，在西海岸鲜有存在。
这是因为西海岸靠近美洲板块和太平洋板块的边界，地质活动频繁，海底地形陡峭，不利于砂石长期积累。
而东海岸远离板块交界处（板块边界位于大西洋中部、洋底山脊），地质稳定；近海海底地形平缓，便于砂石沉积。
此外，从东部阿巴拉契亚山区发源的河流携带大量砂石汇入大西洋，为堰洲岛的形成提供了丰富的原料。
这奇特的长长围堤，不仅在大西洋海岸有，南部的墨西哥湾沿岸也大量分布。
中国大陆东部海岸线由于有着宽阔的大陆架，水位较浅，更由于海底沉积主要是泥质，所以没有形成类似的“围堤”。
但是在台湾岛西部嘉南平原的西海岸，也有一些堰洲岛，形成新生海埔地，如外伞顶洲、祝油洲、青山港汕、网子寮汕等堰洲岛。
例如，海风会卷走松软的砂石及沙粒，从而推动堰洲岛向陆地移动或消失。
还有，近年来气候变化增大了海水对岛的侵蚀力，也迫使堰洲岛朝陆地移动或沉于海中。
遭遇强烈海风（如台风、飓风）时，甚至会直接将堰洲岛拦腰截断。
而通过种植防风林，或建设人工工程（如构筑海堤或加固路面）可减缓砂石的流失，稳定堰洲岛，并使得岛屿开发成为可能。
堰洲岛与大陆相连相依，两面靠水，海景绝佳。正好开发为集海滩、度假、观光的旅游圣地。
例如纽约长岛南部的法尔岛（Fire Island），但是，最为著名的，还是佛州南部的迈阿密地区。
由于这里与中国距离最为遥远，不如加州的洛杉矶、旧金山，华州的西雅图，以及东北的纽约、新英格兰地区那样为中国人熟悉。
实际上，这里可谓是宏大的人类奇观——延绵180公里的海岸观景住宅区。
这一片地区沿着大西洋铺开，纵深约30公里，总面积约5000平方公里，其中至少内嵌着7个机场！
这是美国人的超级度假、养老区。在整个地球上也是独一无二的。
顺便说一下，很多人都说海南是中国的佛罗里达。这真是差太远了，海南的沿海休旅度假开发面积最多几十平方公里而已。
但科学家长期以来就一直警告说，不应该在迈阿密海滩等堰洲岛的流沙上建造房屋，这里是由细粒砂岩和松散的泥土混合构成。
因为海水很容易侵蚀到这里的海砂基底，对钢筋混凝土结构造成腐蚀。
在迈阿密，每年10月~11月都会出现“帝王潮汐”（king tide），也就是说涨潮时海水会侵入地下室、停车场这些地方，造成更严重的腐蚀。
一位曾在“尚普兰塔”工作的前维修工人威廉·埃斯皮诺萨（William Espinosa）指出，早在约20年前，海水就已渗入公寓地基，尤其是在涨潮的时候。导致公寓的地下停车场漏水、积水。
他在1995年至2000年间是这座建筑的维修工，那时工作人员就必须将多余的海水从车库里抽出来。“停车场底部有一英尺（约30厘米）、有时是两英尺的海水。”
工作人员称，他们需要频繁地给地下车库抽水，以至于每两年就要更换一次水泵电机。
而就在“尚普兰塔”倒塌前的36小时，一名承包商去往地下车库时发现，地面满是积水，混凝土开裂、钢筋已被严重腐蚀。
他于6月22日上午参观了事发公寓楼，原本是为了修复泳池外观并给新泳池设备定价。他在公寓泳池和大堂区域并未发现异常。
但当他去往地下车库时发现，“停车场到处都是积水”，而且在泳池下方的地下区域，混凝土和钢筋都已开裂、腐蚀。
这位承包商对这些地方拍照，并将照片发给他的主管，指出修复工作可能比预期的要复杂。但在完成投标之前，这座公寓就发生了垮塌。
承包商称，他在这个行业工作了几十年，去过一些糟糕的地方，但仍然对事发公寓缺乏维护的状况感到震惊。
常年的海水浸泡，渗入建筑底层立柱的孔隙，它削弱了金属和混凝土之间的结合，在脆弱的地方产生裂缝和破碎。
硅酸盐水泥的主要水化产物是高钙型水化硅酸钙C-S-H(II)、氢氧化钙Ca(OH)2和水化铝酸钙C3AH6。
海水中的硫酸盐与水泥中的氢氧化钙发生化学反应，生成硫酸钙和氢氧化镁等化合物析出。
硫酸钙与水泥中的氢氧化钙和水化铝酸钙发生二次反应，形成水化硫铝酸钙，同时发生体积膨胀。
新形成物的浸出效应和体积膨胀，造成海水对水泥的腐蚀。水泥的腐蚀，为海水中氯离子的入侵打开了大门。
氯离子沿腐蚀形成的裂隙向混凝土深部渗透，遇到钢筋，使其生锈，从而造成混凝土构件进一步开裂，甚至崩裂。
为提高海工水泥混凝土耐久性，研究者开发出一系列技术措施，主要从两方面着手：
一是增强钢筋抗氯离子锈蚀能力，如采用环氧涂层钢筋、不锈钢包层钢筋、掺钢筋腐蚀抑制剂和设置阴极保护系统等；
二是提高水泥混凝土抗腐蚀能力。在水泥中掺高炉矿渣、粉煤灰和硅灰等火山灰质混合材；在混凝土制作时掺减水剂、引气剂等有机外加剂；在混凝土构件表面涂环氧树脂保护层等等。
当然，还包括在有条件的地方，做好防水包裹措施。总之，要对钢筋混凝土结构提供额外的保护。
现在，大楼结构垮塌的直接原因已经很清楚，只要有一根支柱有混凝土崩裂，当它被破坏时， 可像骨牌效应般，令整栋建筑物塌下。
在迈阿密海滩，大片建筑物建在堰洲岛上。海水中腐蚀介质的大量存在，使混凝土遭到破坏。
根据40年前的建筑标准所用的混凝土材料，并未充分考虑到海水腐蚀的影响，所以造成了实实在在的风险。
由于维护情况不明，为安全起见，也建议在美华人不要投宿那些位于堰洲岛或者与海岸线距离很近的高层建筑。
很显然，迈阿密、佛州和世界各地的类似建筑也会遭遇同样的危险。
滨海地带不是不能修建，但是需要很好的防水，才能以抵御海水的腐蚀影响。
同时，需要密切的监测、维护。钢筋混凝土构筑物在海水中的腐蚀及其防护，是一门专门的科学。
从长远来看，未来滨海建筑物应该使用最优质的耐水、耐盐混凝土。
据统计，美国人在堰洲岛和沿海平原上建造了价值约3万亿美元的房地产。现在，全都面临地下海水侵蚀，对地基造成的风险。
这个事件是一个不祥之兆，美国基建史上的一个转折点。也是对全美海岸线城镇的一次警钟。
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