《结构鉴定与加固改造》课程笔记 · 地基基础损伤与纠偏

吴二军
2026/09/18 课程笔记

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（塑性指数 > 0.075mm 的细颗粒）

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

2.2 变形条件（适用性）

建筑物沉降 ≤ 允许沉降值

重要性排序： 沉降控制比承载力更重要！

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 地基湿陷的三种破坏形态

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

4.3 冲剪破坏（刺入破坏）

发生条件： 极软弱土、低承载力

破坏特征：

• 无滑动面
• 基础直接垂直向下冲切
• 竖向剪切破坏
• 像"沉入"地基中

危害： 直接下沉，易识别但难补救

【选择题考点】根据土质判断破坏形态：密实土→整体剪切；软土→局部剪切；极软土→冲剪破坏

5 典型工程事故案例

5.1 加拿大特朗斯谷仓（1913 年）

基本情况：

• 65 个圆筒仓，长 59.4m × 宽 23.5m × 高 31m
• 钢管筏板基础，埋深 3.66m
• 自重 2 万吨

事故经过：

• 1913 年 9 月装粮过程中发生倾斜
• 24 小时内西端沉降 7.3m，东端沉降 1m
• 最大倾斜达 10°

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：

• 70 多个地基墩托换
• 采用超静定结构法加固

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 14.6m
=
水平位移超过桩基极限 → 房屋倒塌

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

三种破坏形态：

1. 整体倾斜破坏：建筑物整体向一侧倾斜
2. 局部倾斜/部分倾斜：某一部分出现倾斜
3. 冲切破坏：基础边缘发生冲切失效

典型现象总结：

• 墙体裂缝
• 建筑倾斜
• 钢筋混凝土开裂/变形/损伤

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：

• 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：

• 大孔隙比、压实度小
• 遇水体积收缩（失水性）
• 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 → 警惕湿陷性可能
• 地下管线漏水 → 加速湿陷过程

10.3 膨胀土

特征：

• 吸水膨胀、失水收缩
• 自由膨胀率 > 80% → 强膨胀土（危险）
• 自由膨胀率 < 40% → 非膨胀土（安全）

危害表现：

• 墙面呈倒瓜子形裂缝（中间宽、上下窄）
• 山墙对称斜向裂缝
• 室内地坪隆起（超过 10mm）

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. 地基沉降不均（最常见）
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
• 现代自动化均布可缓解，但仍有风险

11.2 地基基础因素（最普遍）

【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 2000 万）：

1. 北侧打钢管桩
2. 南侧掏土 + 注浆加固
3. 最终按市场价回购房屋给业主（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

肉眼判断经验：

• 18m 建筑顶部偏移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 → 后期加支撑降低刚度
• 香港中银大厦：加支撑后沉降明显减小

13 纠偏技术分类

13.1 顶升纠偏法（适用于倾斜≤10~20cm）

原理： 从底部顶升沉降小的一侧

常用方法：

1. 地基顶升法：做托盘从基础下往上顶
2. 基床顶升法：切开地下室楼板/底层，做托盘顶升
3. 锚杆静压桩顶升：利用锚杆反力向下压，房屋作为反力
4. 切割顶升法：外切内断墙顶升（占用使用空间，需后期切除多余部分）

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

13.2 迫降纠偏法（适用于倾斜>20cm）

原理： 让沉降小的一侧继续下沉

常用方法：

1. 挖土卸荷法：掏土、抽沙、排泥
2. 注水法：软化地基
3. 御泥法：移除部分土体
4. 振捣触变法：振动使土体液化沉降
5. 降水法：降低地下水位加速固结
6. 综合法：锚杆静压桩 + 掏土 + 卸载组合

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）
• 难以精确控制目标值
• 存在反向倾斜风险

【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，主席为波兰工程师米凯莱·阿尔多夫斯基

14.2 纠偏措施（2002 年 2 月完成）

四大手段：

1. 北侧码放数百吨铅块（配重法）→ 减缓沉降速率
2. 钢丝绳从腰部向北拽拉 → 临时保护措施
3. 北侧掏除淤泥 → 促使北侧下沉
4. 南侧打入 10 根 50 米长钢柱 → 加固南侧地基

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 房山佛塔案例

• 倾斜率：目前世界上最高
• 倾斜原因：第三层建造时即向南倾斜
• 现状：依然屹立数百年

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/年
• 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. 三大设计条件：承载力、沉降量、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、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土
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：

• 冲剪破坏发生在极软弱土中
• 边坡排水是关键
• 纠偏需找专业公司，避免二次伤害
• 膨胀土裂缝特征：倒瓜子形（中间宽）
• 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