《结构鉴定与加固改造》课程笔记 · 地基基础损伤与纠偏

2026/09/18 课程笔记 主题：地基基础损伤机理及其危害 · 建筑物纠偏技术

0 考核方式（先读）

• 平时 30% + 作业 40% + 开卷期末 30%
• 往届有挂科，需重视
• 题型：选择对应技术、案例分析与方案

1 地基处理概述

1.1 地基与基础的区别

核心区别：

• 地基是土体/岩体，不是结构构件
• 基础是下部结构的一部分，与上部结构连接

1.2 三七灰土——中国古代优秀材料

组成： 30% 生石灰 + 70% 黏土（黏土＝粒径小于 0.075mm 的土粒；粒径越小黏性越大、渗透性越低）

特性：

• 少量吸水 → 膨胀夯实 → 结实力强
• 分层夯实（每层 30cm）→ 整体性好
• 防潮性能好（不泡水前提下）

应用：

• 古代建筑地基垫层
• 现代路基填料（二八灰土）
• 考试重点（中国古建筑技术代表）

2 地基基础设计两大条件

2.1 承载力条件（安全性）

地基设计荷载 ≤ 地基承载力设计值

保证不发生强度破坏，且土体应满足整体稳定性

2.2 变形条件（适用性）

建筑物沉降 ≤ 允许沉降值

重要性排序： 变形条件里，沉降差（倾斜）比总沉降量更要紧：建筑物均匀下沉半米，只要不倾斜、不开裂照样能用；沉降差过大，总沉降不大也危险。

验收标准：

• 总沉降量 ≤ 允许值（如 100mm）
• 沉降速率稳定（未稳定说明施工有问题）
• 不同结构类型允许值不同

【考点】软土地基允许沉降值较高；岩石/硬土地基允许沉降值较低（稍多就可能出问题）

3 地基破坏的三个阶段（p-s 曲线）

根据地基 p-s 曲线（压力 - 沉降曲线）：

地基承载力特征值取值：

• 取 p-s 曲线上比例界限点
• 或取极限承载力的 1/2 ~ 1/1.5
• 安全系数取2 倍

4 地基失稳（承载力破坏）的三种破坏形态

4.1 整体剪切破坏

发生条件： 密实土、高承载力

破坏特征：

• 滑动面从基础一侧延伸至另一侧，形成连续滑裂面
• 基础两侧土体隆起明显
• 沉降突然增大
• 基础可能倾斜或倒塌

危害： 最危险！一旦超载直接倒塌

4.2 局部剪切破坏

发生条件： 松砂土、软粘土、中等承载力

破坏特征：

• 滑动面从基础一边开始，终止于地基中某点
• 基础有较大竖向沉降
• 四周略有隆起
• 不会明显倾斜或倒塌

危害： 沉降大但稳定性较好

与整体剪切相比： 基础荷载扩散角小，有"切入"现象

4.3 冲剪破坏（刺入破坏）

发生条件： 压缩性较大的松砂土、软黏土（比局部剪切所处土层更软）

破坏特征：

• 地基中无滑动面，基础直接"切入"土中
• 基础四周地面不隆起
• 竖向冲切，像"沉入"地基中，基础不发生很大倾斜

危害： 直接下沉，易识别但难补救

三形态承载力对比： 整体剪切 ＞ 局部剪切 ＞ 冲剪。整体剪切对应的土承载力最高，可一旦超载也最危险（直接倒塌）

【选择题考点】根据土质判断破坏形态：密实砂土/坚硬黏土→整体剪切；松砂软黏（有切入、略有隆起）→局部剪切；更软（无滑动面、四周不隆起、切入式下沉）→冲剪破坏

5 典型工程事故案例

5.1 加拿大特朗斯康谷仓（1913 年）

基本情况：

• 平面矩形：长 59.44m × 宽 23.47m × 高 31.0m，容积约 36368 m³
• 每排 13 个圆筒仓、共 5 排，合计 65 个圆筒仓
• 钢筋混凝土筏形基础（厚 61cm），埋深 3.66m
• 1911 年开始施工，1913 年秋完工；自重 2 万吨

事故经过：

• 1913 年装粮过程中发生倾斜
• 西端沉降约 7.3m，东端沉降约 1m
• 整体大幅倾斜

原因分析：

• 地基承载力不足（实际 < 计算值）
• 软土地基参数未查明
• 超载导致强度破坏

处理措施：

• 谷仓下打桩托换、加固地基
• 用 388 个 50 吨千斤顶的支撑系统纠偏复位；纠偏后整体比原设计位置降低约 4m，基础埋深由 3.66m 增至 7 米多

5.2 上海莲花河畔景苑倒楼事件（2009 年）

基本情况：

• 13 层在建住宅楼
• 钢筋混凝土桩基

事故经过：

• 2009 年 6 月 27 日早全部倒塌
• 造成 1 名施工人员死亡

直接原因：

北侧短期堆土过高（最高处 10m）
+
南侧地下车库基坑开挖深度 4.6m
=
水平力超过桩基抗侧能力（土体水平位移）→ 房屋整体倾倒

六大责任原因：

1. 土方堆放不当
2. 违反开挖规定
3. 监理不到位
4. 现场管理不到位
5. 安全措施未实施
6. 监测不规范

处罚结果：

• 建设单位、总包单位：吊销生产/开发许可证 + 顶格罚款
• 监理单位：吊销监理资格证书
• 监测单位：通报批评

【必考案例】此案例已明确提及可能作为考题！

5.3 比萨斜塔

历史背景：

• 始建 1174 年，竣工 1350 年（历时 180 年）
• 竣工时偏离中心线 2.1m
• 最大倾斜达 5m
• 1990 年关闭，2001 年重新开放

纠偏措施：

1. 北侧码放数百吨铅块（配重减缓沉降）
2. 钢丝绳从腰部向北拽拉（临时保护）
3. 北侧掏除淤泥
4. 南侧打入 10 根 50m 长钢柱

中国贡献：

• 老工程师提出关键思路
• 北京交通大学唐叶青先生多次来华指导

6 边坡失稳对工程结构的危害

6.1 边坡失稳的诱因

1. 土体内剪应力增加（荷载改变）
2. 土的抗剪强度降低（含水率增加、风化等）
3. 静水压力作用（渗水降低抗剪强度）

设计难点： 找准滑动面位置

6.2 不同位置的破坏形式

最佳位置： 半山腰相对安全（上下都避开不稳定区域）

6.3 护坡构造要点

关键要素：

1. 排水系统（最重要）
   • 底部夯实碎石垫层
   • 防止积水产生浮力
2. 挡墙稳定性
   • 确保整体稳定
3. 表面防护
   • 植草皮/植被覆盖
   • 锚杆固定

【易错】排水不畅是边坡失稳的主因！

7 基坑支护事故

典型案例：

• 南京地铁施工导致周边房屋倾斜
• 某项目注浆纠偏失败导致裂缝交织

错误做法警示：

• 压力注浆不均匀 → 受拉受压裂缝交织
• 反复纠偏 → 结构损伤加剧

正确方法： 找专业特种工程公司处理

8 地基不均匀沉降的危害形态

不均匀沉降对工程结构的三大危害形态：

1. 墙体产生裂缝
2. 建筑物产生倾斜
3. 钢筋混凝土排架柱倾斜或损伤（开裂、变形）

9 房屋长高比的控制原理

9.1 长高比的定义与作用

房屋长高比 ≤ 2.4，是有效调整地基不均匀沉降的关键参数。

核心逻辑：

• 房屋越长，地基不均匀沉降的累积效应越明显
• 房屋越高，顶部水平位移越大（倾覆力矩效应）
• 设计目标：尽量减小房屋长高比，使地基应力分布均匀

9.2 工程对策

若长高比无法满足要求：

1. 加大基础埋深，增加地基处理深度
2. 加强地基处理，保证地基承载力均匀
3. 考虑相邻建筑影响，避免相互干扰

【考点】相邻建筑物的影响必须计入设计，否则危险性极大！

10 四种不良地基类型

10.1 软土（淤泥质土）

特征（软土地基变形三特征）：

• 沉降大而不均匀：绝对沉降越大，差异沉降也越大
• 沉降速度大：沉降速率是衡量变形发展的关键指标，衰减至 0.05mm/d 以下时，差异沉降一般不再增加
• 沉降稳定历时长：正常施工速度下，施工期固结沉降一般不超过总沉降的 25%，沉降持续可达 20 年以上
• 上海地区：深厚淤泥层厚度 50~80 米
• 早期外滩建筑未打深桩 → 持续沉降至今

危害：

• 长期蠕变变形
• 承载力不足
• 管线断裂风险

典型案例：

• 上海外滩万国建筑群：持续沉降，曾建议整体顶升保护
• LNG 液化天然气码头：地基沉降导致办公室地面开裂，管线泄漏风险极高

10.2 湿陷性黄土

特征：

• 黄土一般强度较高、压缩性较小；个别地区黄土遇水结构破坏，强度降低、压缩性大幅提高（湿陷）
• 机理：大孔性、多孔性是湿陷的内在因素，水和压力是外在条件，后者通过前者起作用
• 湿陷变形发展分为湿陷阶段和压密阶段；影响深度与湿陷类型密切相关
• 主要分布在西北地区（黄土高原）

危害机制：

加水 + 压力 → 体积缩小 → 地基承载力下降 → 上部倾斜

判断依据：

• 地勘发现大孔隙比时，要警惕湿陷性可能
• 地下管线漏水会加速湿陷过程

10.3 膨胀土

特征：

• 高塑性黏土，吸水膨胀、失水收缩，且胀缩之间具有可逆性
• 自由膨胀率 > 80% → 较强膨胀性土（危险）；< 40% → 非膨胀性土
• 影响因素：气候条件、地形地貌

危害表现：

• 破坏具有地区性、成群出现的特点，多发生在一二层砖木结构房屋
• 墙面角端：山墙对称或不对称的倒八字形裂缝；纵墙水平裂缝；纵墙与内横墙斜向或交叉裂缝
• 地坪隆起、开裂，室内地坪裂缝常与室外地裂相连

易发条件：

• 气候湿润、降雨量大
• 1~2 层低矮房屋最易受损
• 高层建筑因自重较大，影响较小

10.4 季节性冻土

特征：

• 冬季冻结、夏季融化，每年冻融交替一次
• 冻胀量取决于：当地气候 + 土类 + 含水量

冻胀机理：

结合水从非冻结区向冻结区转移 → 体积膨胀 → 产生冻胀力

基础埋深的影响：

易损对象：

• 室外电线杆、铁塔、桥墩
• 管道（冻胀易折断）
• 矮房子（外墙裂缝明显）

【易错】住人房屋室内温度通常≥4~10℃，地面以下不易冻融；但室外构筑物无此保温条件，需设防冻胀措施。

11 建筑物倾斜的原因分析

11.1 上部结构与荷载因素

1. 荷载偏心
2. 建筑体型复杂
   • 平面形状不规则
   • 造型追求特殊（如弧形、异形）
3. 施工技术问题
   • 加载不均
   • 基坑开挖导致应力释放
4. 可变荷载施加不当
   • 料仓、粮仓、储罐堆料不均
   • 早期人工堆料易造成偏心

粮仓典型案例：

• 出梁口在底部，进料口在顶部
• 人工堆料时从一角开始填充 → 天然偏心
• 现代自动化均匀布料可缓解，但仍有风险

11.2 地基基础因素（最普遍）

归因小结： 以上可归结为三类：地基天然缺陷、人为扰动、自然侵蚀；人为失误还含：规划不当、勘察失误、设计失误、施工失误、使用管理不当。打桩"亡羊补牢"也有代价：倾斜接近超限时，装桩钻孔等于应力释放，沉降反而加速，处理时机很关键。

【重点案例】北京下沉式庭院纠偏工程

事故原因链：

① 下沉式庭院底板偏心（400mm vs 300mm）→ 初始偏心
② 三七灰土仅表面铺设（实际未达 1.5m 厚）→ 地基处理不足
③ 施工管理缺失（监理、质检站未严格验收）→ 质量问题未被发现
④ 交房后业主装修时发现倾斜（千分之十一）→ 严重超限

纠偏方案（花费约两三千万）：

1. 北侧打钢管桩
2. 南侧掏土 + 注浆加固
3. 最终按市场价从业主手中回购房屋（二次开发机会）

【考点】此类案例可能以案例分析题形式出现！

12 倾斜允许值标准

记忆规律： 房屋越高要求越严；同样高度下，高耸构筑物（烟囱、水塔）比房屋放宽得多。

肉眼判断经验：

• 18m 教学楼（钢筋混凝土承重结构）允许倾斜 = 18 × 0.005 = 9cm；顶部偏移 8cm，肉眼可见但不必纠偏
• 倾斜**>10cm** → 必须采取措施

历史案例对比：

• 芝加哥汉考克大厦：顶部晃动可达 2m，玻璃频繁破裂，后期加支撑增大整体刚度
• 香港中银大厦：加支撑增大刚度后，大风作用下晃动变形明显减小

13 纠偏技术分类

13.1 顶升纠偏法（适用于倾斜≤10~20cm）

原理： 在基础下部实施托换加固，或沿特定位置把建筑物与上部结构分离后托换、分段加固，设置若干支承点施加顶升力纠偏；顶升到位后加固下部地基，再将上部结构与基础重新连接。分顶升托换与顶升补偿两族。

常用方法：

1. 基底顶升法：做托盘从基础下往上顶（托换为永久托换）
2. 分离顶升托换梁法：在地下室楼板或底层切开，做托换梁托盘顶升，顶完再封合
3. 锚杆静压桩托换法：以房屋为反力向下压桩，压桩反力实现顶升
4. 断墙/断柱顶升法：外切内断墙（柱）顶升，缺点是占用使用空间，顶到位后需切除多余部分
5. 顶升补偿法：顶升填充法（一般浇混凝土填充）、注浆顶升法（控制较困难）、桩身卸载法

优点：

• 可控性强
• 速度快（1~2 天完成）
• 纠偏精度高

缺点：

• 业主心理接受度低（认为切开房屋不安全）
• 需专业团队操作

典型案例： 福建农科院试验大楼附属楼顶升纠偏（倾斜率 17‰）；新会余庆楼断墙顶升；番禺洛溪商住楼断柱顶升；洛阳邙山道士塔（明代）顶升纠偏

13.2 迫降纠偏法（适用于倾斜>20cm）

原理： 在沉降较小一侧基础下用钻孔、掏土、浸水等方法设水平/垂直孔洞，或增加堆载、施加压力 → 基底附加应力增大，土体由压密变形向塑性变形发展 → 该侧继续下沉，建筑物逐渐扶正。掏孔洞法又称应力解除法，按迫降量设计孔位与孔数，施工中随时监测调整。

常用方法：

1. 掏土（抽砂、排泥）法：浅层掏土、沉井深层掏土、抽砂、井点排泥
2. 抽（降）水纠偏法：井点降水、滤水管降水、沉井降水，降低地下水位加速固结
3. 浸水纠偏法：浸水软化地基、辐射井射水、淤泥射水触变
4. 振动触变法：振捣液化、淤泥振动触变，振动使土体液化沉降
5. 综合法：加压纠倾＋其他方法、桩顶卸载＋桩身卸载、锚杆静压桩＋掏土/降水、沉井辐射冲水取土＋双灰桩等组合

优点：

• 不破坏房屋结构完整性
• 成本相对较低

缺点：

• 速度缓慢（需密切监控，掏快掏多都会开裂）
• 难以精确控制目标值
• 存在反向倾斜风险

典型案例： 余杭 8 栋农居楼（4 层砖混，双向倾斜最大 32‰、濒临倾覆），采用地基侧向应力解除双向同步纠倾＋承台快速增生补锚杆静压桩控沉；湛江五层住宅（楼前深基坑坡桩倒塌，房屋前滑 3~4m、沉降差 1.7m），迫降纠偏成功；东莞大朗厂房宿舍采用辐射井高压水迫降；南京黄家圩住宅采用人工掏土迫降＋压密注浆；南通五谷塔（倾斜 0.35°、塔顶偏移 9cm）采用压密注浆提高承载力＋增设地梁植筋托换

【重要辨析】纠偏目标应控制在千分之一到千分之二，预留余量避免反向倾斜！

14 经典案例：比萨斜塔拯救工程

14.1 历史背景

• 始建：1174 年
• 竣工：1350 年（历时 180 年）
• 初始倾斜：竣工时偏离中心线2.1 米
• 最大倾斜：达5 米
• 关闭时间：1990 年 1 月
• 拯救委员会：13 名专家，主席为波兰出生的工程专家米凯莱·雅苗尔科夫斯基

14.2 纠偏措施（掏土工程 2002 年 2 月 13 日开始）

四大手段：

1. 北侧码放数百吨铅块（反向配重，促使北侧下沉、减缓倾斜）
2. 钢丝绳从斜塔腰部向北拽拉，起临时保护、减小沉降速率的作用
3. 北侧掏除淤泥（抽土），促使北侧下沉
4. 南侧塔基下打入 10 根 50 米长钢柱，加固并防止纠过头后南侧继续沉

掏土施工： 41 条抽土管插入北侧塔基下 20 米深处，以日抽土 100 公斤的速度推进；120 部精密仪器从各个角度和高度严密监测塔身动静。

关键技术贡献：

• 中国老工程师（中级职称）提出关键思路
• 北京交通大学唐叶青先生（90 多岁高龄）多次来华指导

14.3 定林寺斜塔案例

• 倾斜程度：被称为目前世界上倾斜率最高的塔（超过比萨斜塔）
• 现状：依然屹立数百年，值得实地参观

15 顶升 vs 迫降：核心差异对比

16 行业现状与人才需求

高校情况：

• 开设加固课程的学校：100~120 所（共 560 所有土木专业）
• 智能建造本科：200+ 所
• 高职大专：200+ 所

人才缺口：

• 需求：约 50 万人
• 毕业生：85 万人
• 问题： 懂土木的不懂计算机，懂计算机的不懂土木

未来方向：

• 参数化设计（AI 优化）
• 需要创新思维和创新能力
• 保持好奇心，学习创新方法

【启示】时代变化快，单纯重复性工作将被 AI 替代

17 复习要点总结

必背知识点：

1. 地基与基础的区别：地基是土体，基础是结构
2. 三七灰土：30% 生石灰 +70% 黏土，分层夯实
3. 设计两大条件＋验收第三指标：承载力（土体整体稳定）、沉降量与沉降差（沉降差更关键）、沉降速率
4. 三种破坏形态：整体剪切、局部剪切、冲剪破坏
5. 四种不良地基：软土（沉降速率衰减至 0.05mm/d 视为趋稳；施工期固结沉降约占总沉降 25%）、湿陷性黄土（内因大孔结构、外因水＋压力）、膨胀土（自由膨胀率 80%/40% 分界、胀缩可逆）、季节性冻土（切向＋法向冻胀力）
6. 长高比控制：≤2.4，目的是减小不均匀沉降累积
7. 倾斜允许值：不同高度对应的千分数标准
8. 纠偏两大方法：顶升（控性强、快）vs 迫降（慢、难控）
9. 边坡三位置危害：坡顶（倒塌）、坡中（倾斜）、坡脚（掩埋）

重要案例：

• 加拿大谷仓：软弱地基 + 超载 → 倾斜
• 上海倒楼：堆载 + 开挖 → 倒塌（必考）
• 比萨斜塔：纠偏措施及中国贡献
• 北京下沉式庭院：地基处理不足 → 倾斜（必考）

易错点提醒：

• 冲剪破坏：土体比局部剪切更软，无滑动面、四周不隆起、“切入"式下沉但不明显倾斜
• 边坡排水是关键（底部夯实碎石排水垫层＋挡墙稳定）
• 纠偏需找专业公司，避免二次伤害
• 膨胀土裂缝特征：山墙倒八字形（对称或不对称）、纵墙水平裂缝、地坪隆起开裂与室外地裂相连
• 冻胀力方向：浅埋基础受垂直向上顶升力
• 粮仓倾斜主因：堆料不均导致偏心荷载
• 纠偏目标：控制在千分之一到千分之二，留余量防反向倾斜

可能考题形式：

• 选择题：破坏形态判断、护坡要点、地基类型识别
• 案例分析：上海倒楼事件、北京下沉式庭院纠偏工程
• 方案设计：给定条件选择纠偏方法并说明理由