地基

地基（foundation soils），是支撑建筑物的土体或岩体。作为建筑地基的土层分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。^[2]地基的类型可以分为天然地基和人工地基。天然地基是指在自然状态下即可满足承担基础全部荷载要求的地基，不需要人工加固；人工地基需要通过人工处理来满足承载力要求，常见有石屑垫层、砂垫层、混合灰土回填再夯实等，人工地基也包括复合地基。^[1][3]

中国古代建筑的地基技术从原始社会人们就懂得夯实土层可以增加土的承载力，能够提高建筑物的稳定性，发明了夯土地基，而后又创造了强度更高，耐水防潮性能优越的灰土地基、砖渣地基。原始社会时期就有木桩基础，夏代采用了“柱础”，增强立柱的稳定性，并减轻土中的水分对木柱根部的侵蚀。商代出现了在柱与础之间加放铜质垫片的构造做法，有效避免了木柱埋地而腐朽。战国时期发明了“相土”“验土”等科学方法。宋代创造性地应用了“筏形地基”技术。^[6]

在地基设计和施工中，需要考虑地基变形、承载力、地基加固、地基沉降、风险评估等重要因素，并确保基础底面的单位面积压力小于地基的容许承载力，建筑物的沉降值小于容许变形值，地基无滑动的危险。^[7]进行地基设计时，需要对地基土层的剪切强度、压缩性和抗液化能力进行评估，并考虑地基土层的类型、深度、厚度以及地下水位等因素。在施工过程中，需要对地基进行处理和加固，以确保建筑物的安全。^[8][9]

地基基础应具备将上部结构荷载传递给地基的承载力和刚度，且地基的沉降量需控制在一定范围内，其次不同部位的地基沉降差不能太大。^[10]在建筑与市政工程施工与建（构）筑物正常使用期间，地基不得出现失稳；地基基础沉降变形不得影响建筑结构功能和正常使用；地基基础应满足建（构）筑物正常使用期间的耐久性要求；基坑工程应保证周边建（构）筑物、地下管线、道路、城市轨道交通等市政设施的安全和正常使用，保证主体地下结构的施工空间和安全；边坡工程应保证边坡稳定性及周边建（构）筑物、地下管线、道路等市政设施的安全和正常使用等功能要求。^[11]

中国古代建筑的地基技术从原始社会人们就懂得夯实土层可以增加土的承载力，能够提高建筑物的稳定性，发明了夯土地基，而后又创造了强度更高，耐水防潮性能优越的灰土地基、砖渣地基。原始社会时期就有木桩基础，夏代采用了“柱础”，增强立柱的稳定性，并减轻土中的水分对木柱根部的侵蚀。商代出现了在柱与础之间加放铜质垫片的构造做法，有效避免了木柱埋地而腐朽。战国时期发明了“相土”“验土”等科学方法。宋代创造性地应用了“筏形地基”技术。^[6]

地基工程在20世纪50~60年代迈出了重要的一步，随后进入了继承发展的阶段。在学习和继承苏联阶段的地基处理技术时，主要采用浅层处理法，如砂石垫层、砂桩挤密、灰土桩等，应用于工业和民用建筑。^[12]

在地震频发的日本，地基技术也得到了特别的发展。日本工程师和建筑师通过创新设计和材料应用，发展了先进的地基技术，以提高建筑物的抗震能力，这些技术在国际上也得到了广泛的认可和应用。^[13]

地基变形：地基在承受荷载作用下可能发生的形变，包括沉降、倾斜等。^[14]

承载力：地基承载力是指地基土在满足稳定要求和变形要求的前提下承受荷载的能力。稳定要求规定地基 上的荷载小于地基土的破坏应力，即土层不能发生破坏，与地基土强度有关；变形要求规定地基变形不超过设定的允许值，即土层沉降（或差异沉降）不能太大，与土的压缩性有关。^[15]地基加固：地基加固是指对天然地基进行人工处理，以提高其承载力和稳定性，确保建筑物的安全。当天然地基的承载力和变形特性不能满足设计要求时，需要通过加固措施来改善其性能。地基加固的目的是为了减少上部结构的沉降或不均匀沉降，消除湿陷性黄土的湿陷性，提高抗液化能力，以及确保地基的长期稳定。^[16]地基沉降：地基在荷载作用下产生的垂直位移，可能会影响建筑物的结构和安全性。^[17]风险评估：对地基工程可能面临的风险和不确定性进行评估和管理，以确保工程质量和安全性。^[18]

天然地基是指不需要对地基进行处理就可以直接放置基础的天然土层。其子分类包括岩石、碎石土、砂土、粘性土。地基的特点包括不需要人工处理、节约工程造价、直接放置基础的土层。适用场景是在土层地质状况较好、承载力较强的情况下。^[19][1][20]

人工地基是经过人工处理或改良的地基。当土层的地质状况较好、承载力较强时可以采用天然地基；而在地质状况不佳的条件下，如坡地、沙地或淤泥地质，或虽然土层质地较好，但上部荷载过大时，为使地基具有足够的承载能力，则要采用人工加固地基，即人工地基。其特点包括经过人工处理或改良、适用于地质状况不佳或上部荷载过大的情况。适用场景是在地质状况不佳的条件下，或土层承载能力不足的情况。^[21]

地基加固处理方法常见的包括换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热处理等，针对软弱地基采取相应的加固处理。这些方法的作用原理在于通过改善土体工程特性来增加地基的承载能力和稳定性。^[22]

地基变形监测可分为垂直（方向）沉降测量、水平（方向）位移测量、建筑物相邻影响及场地沉降测量。此外还有滑坡测量、裂缝观测、抗压观测、日照变形观测及风振观测等。地基变形监测的主要内容包括沉降观测、倾斜观测、位移观测、裂缝观测和挠度观测等。在地基变形监测中，进行最多的是沉降观测和水平位移观测。地基变形监测的任务是周期性地对设置在地基上的观测点进行重复观测，求得观测点位置的变化量。地基变形监测能否达到预定的目的要受很多因素的影响，其中最基本的因素是变形测量点的布设、变形观测的精度与频率。^[23]

按测定沉降或位移的要求，选定变形测量点。变形测基点分为基准点、工作基点和变形观测点，其布设应符合下列要求：①每个工程至少应有三个稳固可靠的点作为基准点；②工作基点应选在比较稳定的位置。对通视条件较好或观测项目较少的工程，可不设工作基点，在基准点上直接测定变形观测点；③变形观测点应设立在变形体上能反映变形特征的位置。变形监测的精度要求，取决于某建筑物预计的允许变形值的大小和进行观测的目的，必须满足《工程测量规范》的要求。若为建筑物的安全监测，其观测中误差应小于允许变形值的1/10～1/20；若是为了研究建筑物的变形过程和规律，则其中误差应比这个数值小得多，即精度要求要高得多。通常以当时能达到的最高精度作为标准来进行观测。^[23]

生态环境保护

在选择岩土工程施工方式和材料时， 施工单位应尽量减少对周围自然环境的破坏和影响。在土方开挖过程中，施工单位应采取可持续的土壤回填和复绿措施，以恢复植被和生态系统。此外，通过合理的水土保持措施、防尘和噪音控制等，减轻施工活动对空气质量和生物多样性的不良影响。^[24]

资源有效利用

施工单位应积极采用资源有效利用的方法，这包括：优化设计，减少土方开挖量；采用再生材料和节能设备，降低对原材料和能源的消耗；推广循环经济理念，促进废弃物的资源化利用和减少排放等。通过这些手段，施工单位可以降低工程对自然资源的依赖，减少环境负荷。^[24]

环境监测与管理

施工单位需要建立科学有效的环境监测与管理机制，及时掌握施工过程中的环境影响情况。通过监测土壤、水体和空气等环境指标的变化，及时发现潜在的环境风险并采取措施应对。同时，建立健全的环境管理体系，明确责任与义务，并进行定期评估和审查，确保工程符合环境保 护要求。^[24]

在软土地基和高荷载建筑物的桩基础设计中，关键要点包括桩的类型、直径、长度和承载力要求的确定，以及根据地质勘察和工程要求确定桩基础的布置方案。施工技术方面，需注意打桩方法、制作安装、桩顶水平度和垂直度的控制，以确保桩的质量和位置准确。^[25]

地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基；特殊土地基包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。地基处理有两种类型：第一种是对天然的地基土体进行土质改良，可以采用原位压实法、强夯法、预压法等多种方法；第二种是形成复合地基，主要由天然地基与复合材料共同组成，复合材料可以插入天然地基土体形成增强体。^[26]

地基加固的原理可采取不同的加固方法，这些加固方法可归纳为挖、填、换、夯、压、挤、拌七个字，也就是基本的其中地基加固法。^[27]

挖：“挖”就是挖去软土层，把基础埋置在承载力大的基岩或坚硬的土层中。此种方法适用于软土层不厚时，较为经济。 ^[27]

填：当软土层较厚，而又需大面积对地基进行加固处理 时，则可在软土层上直接回填一定厚度的好土，以提高承载力，减 小软土层的承压力。^[27]

换：将挖、填相结合（即换土垫层法），适用于软土层较厚，而仅对局部地基进行加固。它是将在基础下面一定范围内的软弱土层挖去，代以人工填筑的垫层作为持力层，材料有砂石、碎石、三合土（石灰：砂：碎砖（石）为1：2：4）、灰土、素土等。换土垫层可提高持力层承载力，减小软土层的承压力，加速软土层排水固结，减少基础沉降量。采用换土垫层法可有效地解决中小型工程的地基处理问题，其优点是可就地取材，施工简便，工期短，造价低。 ^[27]

夯：利用打夯工具、机具（木夯、石峨，蛙式打夯机、火力夯、重锤、强力夯等）夯击土壤，排出土中水分，加速土体固结，以提高其密实度和承载力。其中强力夯是用起重机械将大吨位夯锤（一般不小于 8t} 起吊到高处（一般不小于6m}，自由落下，对土体进行强力夯实。其原理是用很大的冲击能使土中出现冲击波和很大的应力，迫使土中孔隙压缩，土体局部液化，夯击点周围产生裂隙形成良好的排水通道，土体迅速固结。该方法适用于粘性土、湿陷性黄土及人工填土地基的深层加固，但强力夯所产生的振动，对现场周围已建成或在建的建筑物及其他设施有影响时，不得采用，必要时，应采取良好的防震措施（如挖防震沟）。^[27]

压：利用碾压机械压实地基土体，使地基压实并排水固结。也可用预压固结法，即先在地基范围的地面上堆置重物预压一段时间，使土体压密，提高承载力，减小沉降量。为了在较短的时间内取得较好的效果，要注意改善土层的排水条件，常用的方法有在预压层表面铺砂层，并用砂井穿过该土层，以利于排水固结。砂井直径为200-400mm，间距为砂井直径的6~8倍。^[27]

挤：用带桩靴的工具或桩管打入土中，挤压土体形成桩孔，然后拔出桩管，在孔中灌入砂石、素土、石灰、灰土等填充料进行捣实，或随着填充料的灌入逐渐拔出桩管。此法适用于加固松软饱和的土体，其原理是靠挤密挤紧土体，以提高地基的承载力，所以也称为挤密桩。同时，亦能起到迅速排出土体中饱和水的作用，加速地基下沉稳定。此外，根据地基土质不同，亦可采用振动成孔器或振冲器成孔后灌入砂石挤密土体。^[27]

拌：指用旋喷法或深层搅拌法加固地基，其原理是利用高压射流切削土体，旋喷浆液（水玻璃、水泥浆等）搅拌浆土，使浆液和土体混合，凝结成坚硬的柱体或土壁。^[27]

上述是基本的改善措施，如果要有坚固的地基就必须根据实际情况来选择合适的处理方法，以下几种地基的处理方法是比较实用的。^[28][29][30]

通常把埋置深度不大，只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础称为浅基础。它可扩大建筑物与地基的接触面积，使上部荷载扩散。浅基础主要有：①独立基础（如大部分柱基）；②条形基础（如墙基）；③筏形基础（如水闸底板）。当浅层土质不良，需把基础埋置于深处的较好地层时，就要建造各种类型的深基础，如桩基础、墩基础、沉井或沉箱基础、地下连续墙等。它将上部荷载传递到周围地层或下面较坚硬地层上。^[28]

一种古老的地基处理方式。中国隋朝的郑州超化寺塔和五代的杭州湾海堤工程都采用桩基。按施工方法不同，桩可分为预制桩和灌注桩。预制桩是将事先在工厂或施工现场制成的桩，用不同沉桩方法沉入地基；灌注桩是直接在设计桩位开孔，然后在孔内浇灌混凝土而成。^[29]

地下连续墙是指基坑工程未进行开挖之前，在地表使用挖槽机械，沿基坑周边开挖成槽，预先为基坑工程修建的一道作为支挡围护结构的地下连续混凝土墙壁，简称地连墙。地下连续墙不仅可以作为基坑工程的支挡围护结构起到承重、挡土、截水、防渗的作用，也可以成为地下工程的外墙或内墙作为主体结构永久使用，还能作为基础工程成为地上工程的刚性基础承受荷载。^[31]

利用振冲器的强力振动和高压水冲加固土体的方法叫振冲法，该法是应用较普遍和有效的地基处理方法，适用于各类可液化土的加密和抗液化处理，以及碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土、湿陷性土等地基的加固处理。采用振冲法地基处理技术，可以达到提高地基承载力、减小建（构）筑物地基沉降量、提高土石坝（堤）体及地基的稳定性、消除地基液化的目的。^[32]

深层搅拌法是一种地基处理技术，它通过在地基土中注入水泥浆液，与土体发生化学反应，形成水泥加固土，从而提高地基的承载能力和稳定性。这种方法适用于处理软土、淤泥质土、粉土等不良地基土。^[33]

原理与技术： 在地基表面铺设一层较硬的材料（如碎石、碎石混凝土等），用以分散荷载、减少沉降。应用范围： 适用于软弱地基、需要分散荷载和减少沉降的情况。效果： 分散荷载、减少地基沉降，提高地基的稳定性。^[34]

原理与技术： 将原有地基土体挖除，重新填充更加适宜的土质，以改善地基的性质和提高承载能力。应用范围： 适用于地基土质不良、需要改善土体性质和提高承载能力的情况。效果： 改善地基土体性质、提高承载能力，增加地基的稳定性。^[35]

原理与技术： 使用加固材料（如钢筋混凝土、聚合物材料等）对地基进行加固，以提高地基的强度和稳定性。应用范围： 适用于需要增加地基强度和稳定性的情况。效果： 增加地基的承载能力和稳定性，延长地基的使用寿命。^[36]

原理与技术： 在地基中打入桩基（如钢筋混凝土桩、钢桩等），通过桩基的承载力传递荷载至深层土体，提高地基的承载能力。应用范围： 适用于需要加固深层土体、提高地基承载能力的情况。效果： 提高地基的承载能力、抗侧移性能和稳定性。^[37]

基本值

地基承载力基本值，是指按有关规范（铁路、公路行业规范常见）规定的一定的基础宽度和埋置深度条件下的地基承载能力，通常是根据室内试验及其它原位测试综合确定，也可以根据室内试验测定的地基土的某些物理力学性能指标来查取承载力表来确定。《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）也曾使用过地基承载力基本值这个概念。^[38]

标准值与设计值

地基承载力标准值与地基承载力设计值都是按概率极限状态原则设计提出的，标准值是指按有关规范规定的标准方法试验并经统计处理后的承载力值, 设计值等于标准值除以分项系数，按照概率极限 状态设计的原理，抗力分项系数是大于1的，因此设计值必然小于标准值。^[38]

特征值

地基承载力特征值是《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）提出的，指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值 ，但是规范中又提出地基承载力特征值可由其他原位测试、公式计算、并结合经验值等方法确定，按其基本属性仍然是强度条件下的地基承载力，因此这种承载力并不一定满足建筑地基的容许变形值，还要根据建筑地基基础设计等级及与地基容许变形值配合使用。^[38]

承载力

地基容许承载力，是指作用在基底的压应力不超过地基的极限承载力，并且有足够的安全度，而所引起的变形又不超过建筑物的容许变形，同时满足强度和变形要求的地基单位面积上所能承受的荷载就定义为地基容许承载力，取极限荷载除以安全系数（一般为2）得到地基容许承载力。^[38]

地基极限承载力，是指使地基土发生剪切破坏而即将失去整体稳定性时相应的最小基础底面压力，一般是在钢塑体假定的基础上考虑钢塑体的极限平衡条件得到的半理论半经验公式，或是从原位的载荷试验得到。^[38]

中国地基承载力评价方法经历了从纯理论到理论和经验相结合的过程。在 “57规范”中，地基承载力根据临界荷载的理论公式计算；在“74规范”中，一是根据工程经验对临界荷载理论公式中的系数进行了调整，二是引入了地基承载力经验值表格和修正公式，从而奠定了理论和经验相结合的地基承载力评价方法体系；“89规范” 及后续规范则延承“74规范”的方法体系，结合工程经验对细节进行持续改进，最终形成了目前广泛使用的地基承载力评价方法。^[15]

用经验表格和宽深修正相结合的地基承载力评价方法，即首先按照具体土质类型（如碎石土、砂土、黏性土等）查经验表格获取地基承载力特征值，然后考虑基础埋深和宽度对地基承载力特征值进行修正，修正公式如下：；式中，为修正后的地基承载力特征值；为修正前的地基承载力特征值，对于非软土，可通过查规范经验表格获取，对于软土，应由载荷试验或其他原位测试取得；为基础底面最小宽度，当时，取，当时，取；为地基埋置深度，从自然地面起算，有水流冲刷时一般自冲刷线起算，当时，取，当时，取；、为基地宽度和深度修正系数，可从规范中查表获取。^[15]

北美地区规范主要包括美国和加拿大2个国家的规范。美国规范层级众多，且没有统一的地基基础设计国家标准。

美国陆军工程兵部队编制的EM 1110-1-1905《Engineering and designbearing capacity of soils 》 和加拿大基础工程设计手册《Canadian foundation engineering manual：4th edition》规范中，地基承载力的评价方法也可以分为理论计算法和原位测试法。^[15]

美国和加拿大规范均根据地基极限承载力确定地基承载能力，其中美国规范的地基极限承载力计算公式为：式中，Rn是地基极限承载力；qs为基底压力；为考虑基础形状、持力层黏聚力、持力层重度和荷载影响的修正系数，可根据经验公式计算获得；为承载力系数，可直接选用TERZAGHI、MYERHOFF、HANSEN或VESIC公式的承载力系数值。^[15]

加拿大规范采用下式计算地基的极限承载力：该式与美国规范的地基极限承载力计算公式非常类似，两者的区别在于修正系数和承载力系数的取值不同。加拿大规范中，为考虑基础形状、埋深、基底倾斜度、荷载倾斜度以及地面坡度影响的修正系数。 一方面，以上修正系数所考虑的影响因素与美国规范不同，另一方面，修正系数的计算公式不同。为承载力系数，其中和根据MYERHOFF公式的承载力系数取值，则根据BOOKER公式的承载力系数取值，取值所依据的公式也与美国规范不同。^[15]

加拿大规范指出可通过静力触探试验有效评价地基承载力，并根据土质类型给出了不同的经验修正公式。当地基土为粗粒土时，经验修正公式为：；式中，为地基极限承载力；为经验系数，取决于 土体密度和基础形状，其取值为0.16~0.3，在工程中绝大多数情况可取0.16；为基底下方深度b处的平均锥头阻力。当地基土为细粒土和不排水条件时，其经验修正公式为：；式中，为经验系数，其取值为0.3~0.6，工程中绝大多数情况可保守取为0.3。^[15]

欧洲地区普遍采用统一的岩土设计规范，即 《Eurocode 7: Geotechnical design. Part 1: General rules EN1997-1》。该规范同样使用理论计算法和原位测试法2种方法来确定地基承载力。^[15]

欧洲规范为适应不同工况，按照地基排水条件给出了不同的地基承载力理论公式。在地基不排水情况下，地基承载力为：式中，为基础有效面积，为地基土的不排水抗剪强度，为与基底倾斜度有关的系数，为与基础形状有关的系数，为与荷载倾斜有关的系数，为上覆土压力。在地基排水条件下，地基承载力为：式中，为地基土的有效黏聚力，为上覆有效土压 力，为基础有效宽度；为地基承载力系 数；为与基底倾斜度有关的系数； 为与基础形状有关的系数；为与荷载倾斜有 关的系数；以上各系数可通过规范给出的公式计算。^[15]

欧洲规范还介绍了使用旁压试验评价地基承载 力的方法,如下所示: ；式中为有效基底面积；为初始竖向应力；为等效的极限净压力设计值，为测得的极限荷载，为静止水平土压力；为有效上覆土压力，为孔隙水压力，为静止土压力系数；为与土质类型、基础埋深和形状有关的承载力系数，取值为0.8~3.0。^[15]

通过上述理论计算法和原位测试法获得地基承载力后，根据下式进行地基承载力验算：；式中：为基础所受竖向荷载设计值，包括基础重量、基础上覆土压力及由非基础荷载引起的水压力。先将地基土黏聚力和内摩擦角用指定的分项系数进行修正，再使用修正后的黏聚力和内摩擦角计算地基极限承载力，用于最终地基基础设计验算中。^[15]