中国特色的地基处理发展史

　　地基(subgrade，foundation soils) 为支撑基础的土体或岩体。地基处理技术方法是建造人工地基的技术方法，简称为地基处理，是指为了提高地基承载力，改善其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。地基处理的目的是采取切实有效的措施，改善地基土的工程性质，达到满足建筑物对地基稳定和变形的要求，防治地基问题。地基处理是一门综合性的技术学科，它涉及的专业极为广泛，是一个实践性、综合性、社会性极强的系统工程。

　　地基处理是一门既古老又年轻的技术学科。说古老，早在3000 年前我国就采用竹子、木头、麦秸来加固地基；说年轻，真正得到迅速发展还是近70 年间。

　　▌我国的地基处理历史

　　几百年前，我国的劳动人民就早已认识到建筑安全对地基基础的依赖以及深受软弱地基的危害，成功地运用木桩技术对高重建筑的基础进行加固，显示了我国古代劳动人民在传统建筑科学上的高超智慧。上海嘉定法华塔位于上海市嘉定区嘉定镇，始建于元代至大年间，为七层四方砖木结构楼阁式塔，塔高40. 83m。1996 年，在对法华塔进行修缮过程中，经清理和测绘发现，法华塔的地基处理较为特殊。该塔塔心室地面呈正方形，地表以下为三层青砖铺地，厚约33cm，砖间用糯米浆白灰泥勾缝。第三层青砖以下为四层毛石条形基础，相邻两层石条相互垂直，石条规格多为长0. 9m、宽0. 2m、厚0. 25m，石条基础以下的地基采用满堂木桩加固，木桩长15m 左右，直径9 ~12cm。在满堂木桩的中间又用石条砌筑一长方形地宫，上盖石板。地宫口沿同木桩顶基本在一个平面。

　　▲上海嘉定法华塔地基处理示意图

　　1999年，考古工作者在扬州老城区的泰州路，在一长约400m 范围内清理出了大量木桩遗迹及石条板遗存。该处被确定为一段工法独特的明代新城东墙基础。木桩遗迹埋于地面以下1. 9m，基本呈南北向，大都为杉木，分为四排，宽约0. 7m。木桩直径为0. 15 ~ 0. 20m。木桩分布有序：南北纵向四排，每横向三排组合，形似五点“梅花桩”。桩顶总体形成一平面，一般外侧稍高于内侧。在木桩之上再修石条板基础，宽与木桩宽相同，厚约3m，最长的石条板达2m。在石条板上砌包砖墙体，墙体随桩势略向内倾斜。另一侧城墙基础的做法与此相同。墙体中部为夯实的瓦砾土。两侧墙体向内挤压，使这段新城城墙虽处洼地历四百余年而未坍塌(20 世纪50 年代时拆除)。

　　▲ 扬州明代城墙地基处理示意图

　　与以上坚实基础呼应的是巧妙的地基处理技术。上海元代法华塔在地面以下14m 处采用满堂木桩的方法加固塔体地基，一方面木桩横向挤压周围土层，使土粒密实，增强地基土强度，另一方面改变软弱地基对塔体的破坏模式。使多种破坏方式变成了单一的竖向剪切破坏。桩顶纵横铺砌石板条，把上部荷载均匀地传递给各木桩，实际上起到了桩承平台的作用。扬州明代城墙在城墙包砖基础的设计中，亦采用木桩加固地基的做法，木桩分布有序，已充分考虑到了桩的受力分配特点，并且桩顶平面向内倾斜，把桩基的加固处理与城墙的上部结构充分结合起来，显示了独特的建筑设计构思和技巧。

　　更早以前，木桩加固地基的技术已有初步记载。

　　木桩在我国古代俗称“地钉”，传说为三国时诸葛孔明所首创，它的产生或许受传统堪舆学的影响，在宋代前后大量使用于陵寝等地下及临水建筑、地上宫殿等重要建筑。1994年，考古工作者通过对西安灞桥镇的隋代灞桥遗址进行清理发现，在灞桥石砌桥墩下，除了铺砌一层宽约17m 的石板基础外，其石板基础下还垫有一层方木，方木下以满堂木桩对桥墩地基进行处理。其木桩、方木垫层历经一千四百余年至今完好。方木垫层在水下产生一定的浮力，同时，方木本身具有一定的弹性，能够减缓由于桥面荷载冲击对桥墩地基产生的破坏。灞桥桥基成熟的处理方式说明，古人以木桩加固地基的做法在我国隋代以前早已有相当长的探索和发展过程，是我国古代劳动人民在建筑科学领域里的大胆尝试和长期摸索的结果。我国古代木桩技术的成功运用直接导致了今天深层桩基础的发展，今天的摩天大楼同古代的高重建筑在基础及地基的处理上是一脉相承的。

　　▲我国古代地基处理动图图示

　　▌地基处理技术在新中国的发展阶段

　　地基处理技术的发展在世界各地很不均衡，它不仅取决于各地地基土的不同工程特性，而且与各地经济发展及基础工程的建设规模和速度息息相关。

　　随着我国国民经济的腾飞，岩土工程界-地质工程界博采众长，一方面广泛引进吸收了世界各国的先进技术与经验，另一方面因地制宜创造性地研究与开发，形成了具有中国特色的地基处理技术体系。

　　我国的地基处理技术发展历史可分为三个阶段。

　　※ 继承和学习苏联阶段(1978 年前)：借助苏联的地基处理技术和我国的传统技术方法，受到机具、技术以及建筑规模的限制，最为广泛使用的是垫层等浅层处理法，主要是浅基础地基处理，如砂石垫层、砂桩挤密、灰土桩、化学灌浆、重锤夯实、浸水法及井点降水等，应用于工业与民用建筑。20 世纪50 ~60 年代为起步应用时期，之后为继承时期。

　　由于是起步和继承阶段，既有成功之经验，又有盲目照搬之教训。

　　※开放和引进阶段(1978 ~1988 年)：由于改革开放和大规模建设的需要，我国大量地从国外引进地基处理新技术，向大面积的地基处理和深层地基处理发展，大直径灌注桩得到了前所未有的发展，施工机具和条件得到改善，如强夯法、生石灰桩法、深层搅拌桩法、旋喷桩法、土工合成材料法、振冲桩法、注浆法等。

　　※创新与发展阶段(1989 年至今)：以1989 年我国第一本《建筑地基处理技术规范》送审稿审查通过为标志。此阶段大批国外先进技术被引进，并结合我国自身特点，初步形成了具有中国特色的地基处理技术及其支护体系，许多领域达到了国际领先水平。在学习国外先进技术的基础上，在大工程实践中，发展了地基处理新技术、新方法，如复合地基处理技术、强夯置换技术、改进后的真空预压排水固结法以及井阻理论和计算方法、振冲置换的干振法、工业废料在地基处理工程中的应用、双灰桩、渣土桩处理地基新技术、既有建筑物加固的地基处理技术、深基坑工程及其病害处理技术、深基坑施工的地基处理工程等。这一阶段岩土工程界也编制了若干地基处理技术规范或规程等。

　　土木工程学会为推动地基处理技术的发展，成立了地基处理专业委员会，从1987 年开始基本上每隔两年专门召开全国性地基处理学术讨论会，截至2018 年已召开了15 届。

　　中国建筑标准化协会于1992 年成立了地基处理技术标准化委员会，专门从事各类地基处理技术标准的规划、审议、研讨工作，以便提高地基处理技术标准的水平。

　　▌我国地基处理技术的发展主流

　　纵观我国地基处理技术的发展主流，近三十几年来成绩斐然。

　　※(1) 大直径灌注桩得到了前所未有的发展。自20 年代70 年代中后期陆续在广州、深圳、北京、上海、厦门等大城市应用于高层和重型构筑物地基处理，80 ~90 年代初已遍及全国数以百计大中城市及新兴开发区。广泛应用于软土、黄土、膨胀土、特殊土地基。据估计，近年我国应用大直径灌注桩数量之多堪称世界各国之最，可谓起步虽晚但发展迅猛。

　　※(2) 石灰桩、碎石桩、高压喷注浆、深层搅拌、真空预压、动力固结、塑料排水板法等得到了广泛研究和应用。利用工业废渣、废料及城市建筑垃圾处理地基的研究取得了可喜的进步。比如，采用粉煤灰、生石灰开发或二灰复合地基，又如，利用废钢渣开发成了钢渣桩复合地基，利用城市建筑垃圾开发成了渣土桩复合地基等。这些项目的开发利用，不仅能节约大量资源，降低工程费用，同时为改善环境、减少城市污染开辟了新的途径。

　　※(3) 托换技术在手段和工艺上有了显著进展。托换技术分加固和纠偏两大类。前者常采用的有微型钢筋混凝土灌注桩、锚杆静压桩、一般灌注桩及旋喷等措施。后者是一种将已影响建筑物正常使用的倾斜纠正的非常特殊的地基处理手段。近十几年来纠偏技术不仅使大量条形以及筏式基础的倾斜建筑物得到了纠正，而且能使倾斜的桩基础建筑物得到奇迹般的纠偏。在地基处理中特别是在已建工程中有着广阔的应用前景。

　　※(4) 大刚度的柔性桩复合地基的出现，极大地拓宽了地基处理的应用领域。其主要途径是通过提高桩体材料的强度或刚度来提高复合地基的承载力。在这一领域，1990 ~ 1994年先后有中国建筑科学研究院、浙江省建科院、浙江大学等研究开发了碎石、水泥、粉煤灰以及水泥、赤泥、碎石和水泥、粉煤灰、生石灰、砂石桩等复合地基。使得工业废料得到重复利用，有效地降低了成本。

　　※(5)近年来最引人注目的发展是大桩距的较短钢筋混凝土疏桩复合地基。它是一种介于传统概念上的桩基与复合地基之间的新型地基基础形式。采用桩基疏布，使得桩间土的承载作用得到充分发挥，使桩与土共同承受上部结构荷载。从而有效地将建筑物沉降控制在允许范围内。

　　※(6) 近年来令人关注的是，我国武汉、成都等地研制开发了将人工挖孔桩设计成空心桩，这在国外还没有出现。与实心桩相比，该方法可节省混凝土50%以上，仍可满足强度要求，同时能减少废土外运、施工便捷、工艺安全、结构合理，具有应用前景。

　　※ (7) 我国近年有一项发明专利，称为“钻孔压浆成桩法”。基本原理是用螺旋钻杆钻至预定深度后，从钻具内管底端以高压喷射出水泥浆，边喷边提钻杆，直至浆液达到无坍孔，至预定深度再提钻具，设置钢筋笼、骨架。然后通过附着于钢筋笼的通水管，由孔底自下而上以高压补浆而成桩。该法适应于杂填土、淤泥、流砂、卵石等各种地基，是地基处理技术中发展起来的一朵奇葩，具有较好、较广的实用价值，不受地下水位影响，不需泥浆护壁，具有推广价值和应用前景。

　　※(8) 深基坑工程及其支护体系得到迅猛发展。深基坑工程是近二十年来我国在城市建设迅猛发展中伴随着大量高层超高层建筑、地铁、地下车库、地下商城等大型市政地下设施的兴建而发展起来的地基处理技术，发展速度之快令人叹服。

　　▲ 三类技术互相嫁接移植，联合应用，带来了复杂的分析计算问题

　　地基处理技术，按广义而言，包括三大类：(1) 各种地基加固技术；(2) 各种桩技术；(3) 地下连续墙技术。当前，在我国的工程实践中，上述三类技术之间，不同的施工工艺正在互相嫁接、移植，互相交叉渗透，从而形成了许多新技术、新工艺。这些演变说明了上述三类技术并不是各自孤立的技术，而通过嫁接、移植、交叉渗透，能产生更好的技术效果、经济效益和社会效益。这是我国地基处理技术发展的一个十分可喜的新动向。

　　我国的地基处理技术经过70 年，特别是改革开放以来的高速发展，现在可以毫不夸张地说，在某些理论研究和某些工艺技术的发展方面，已超过了西方发达国家，并独具特色。

　　《地基处理技术理论与实践》（汤连生，宋晶著. 北京：科学出版社，2019. 9）一书应用大量地基处理工程实例，结合国家最新规范，介绍当前国内外常用的和最新的地基处理技术。主要内容包括：换填垫层法，预压法，动力法，单液硅化法和碱液法，复合地基理论与设计，既有建筑地基基础的加固补强与补救等地基处理方法。分别阐述每种地基处理方法的加固机理、设计计算、施工方法和质量检验等相关内容。本书特色在于将科学、技术、工程施工方法等问题融合，讨论和陈述形式结合，以期读者全面了解多模式知识。

　　在学习过程中，建议配合网络视频教学，辅以教学习题、讨论及解答。形象深入地掌握本书内容，便于读者学习、理解与应用。资源地址一：中山大学MOOC 课程《地基处理技术》(https：/ / mooc1-2. chaoxing. com/ course/204634259. html，或进入超星手机应用程序“学习通” 获取视频及相关学习资料)。资源地址二：中山大学金课课程《地基处理技术》。

　　本文摘编自《地基处理技术理论与实践》（汤连生，宋晶著. 北京：科学出版社，2019. 9）一书“第1 章 绪论”，有删减，标题为编者所加。

　　ISBN 978-7-03-056315-6

　　责任编辑：张井飞 韩 鹏

　　本书基于地基处理技术和作者的工程科研、实践经验，侧重解析工程技术的作用机制、设计计算要点、质量检验与监测等内容。第1 章是地基处理概述，第2 章至第5 章是地基处理基本方法，第6 章至第8 章是复合地基理论及实践，第9 章是既有建筑加固技术。本书适合地质工程、土木工程等相关专业本科生、研究生作为技术学习教程，也可供地质工程、土木工程及相近领域的科研、技术人员参考、学习。

　　（本文编辑：刘四旦）