地基处理实例——比萨斜塔纠偏工程
既有建筑地基基础加固
2
17.2 基础加宽技术
一、 采用钢筋混凝土套加大基础底面积
当既有建筑的地基承载力或基础底面积尺寸不满足设计要求时的加固。 可采用混凝土套或钢筋混凝土套加大基础底面积。
②滚动支座的间距及数量应根据支承力的大小设计。
（4）移动装置的设计
①移动装置有牵引式及推顶式两种，牵引式宜用于荷载较小的小型建 筑物，推顶式宜用于较大型的建筑物，必要时可两种方式并用。移位时应 控制滚动速率不大于50mm/min。
部结构的实际情况及状态，分析倾斜原因；确定合适的纠倾方法和纠
倾目标。
•
③拟纠偏建筑物的整体刚度要好。如果刚度不满足纠偏要求，应
对其作临时加固。加固重点应放在底层，加固措施有增设拉杆、砌筑
横墙、砌实门窗洞口、增设圈梁和构造柱等。
•
④加强观测是搞好纠偏的重要环节，应在建筑物上多设测点。在
纠偏过程中，要做到勤观测，多分析，及时调整纠偏方案，并用垂球、
筋；也可以在墙角或圈梁钻孔钢筋，再用环氧树脂填满，穿孔钢筋须与加
固筋焊牢。
3、对对于加宽部分，其地基上应铺设的垫料及其厚度，应与原基础垫层的 材料及其厚度相同。时加套后的基础与原基础的基地标高和应力扩散条件 相同且变形协调。
4、对于条形基础应按长度划分成许多单独区段，分别进行分批、分段、间 隔施工，避免地基土浸泡软化，时加固的基础不产生很大的不均匀沉降。
加层
原有 建筑
原有建筑物
地下 铁道
a）建筑物加层树根桩托换 b）建筑物下部地铁树根桩托换
13
桥面
桥 墩
c）桥墩基础树根桩托换
修正比萨斜塔的方法
修正比萨斜塔的方法比萨斜塔是意大利比萨的地标建筑，因其倾斜的外观而闻名于世。
由于多年来的地基沉降和结构问题，比萨斜塔的倾斜程度逐渐加剧，为了保护和修复这一世界文化遗产，需要采取一系列措施来修正比萨斜塔。
本文将介绍一些可能的修复方法。
1. 地基加固比萨斜塔的倾斜问题主要源于地基的不稳定。
为了修正比萨斜塔的倾斜，首先需要对地基进行加固。
可以采用注浆、灌浆等方法，将加固材料注入地基中，增加地基的稳定性，从而减少倾斜程度。
2. 结构加固除了地基加固外，比萨斜塔的结构也需要进行加固。
可以在塔身内部设置钢筋混凝土结构，增加塔身的强度和稳定性。
此外，还可以通过加固塔身与地基之间的连接部分，增加整体的稳定性。
3. 重心调整比萨斜塔的倾斜问题主要是由于重心偏移所致。
通过在塔顶增加重物或者在塔底减少重量，可以调整比萨斜塔的重心，从而减轻倾斜的程度。
这可以通过在塔顶增加石块、金属结构等重物，或者在塔底移除部分土壤等方式实现。
4. 监测与调整修复比萨斜塔是一个长期的过程，需要不断进行监测和调整。
通过安装传感器和监测设备，可以实时监测比萨斜塔的倾斜情况，并及时采取相应的调整措施。
这可以帮助维护比萨斜塔的稳定性，避免进一步的倾斜。
5. 公众教育与保护修复比萨斜塔不仅仅是修复一座建筑，更是保护一项重要的文化遗产。
在修复过程中，需要进行公众教育，增加人们对比萨斜塔的认识和保护意识。
同时，还需要制定相关保护政策和管理措施，确保比萨斜塔得到长期的保护和维护。
修正比萨斜塔的方法包括地基加固、结构加固、重心调整、监测与调整以及公众教育与保护。
通过采取这些措施，可以修复比萨斜塔的倾斜问题，保护这一世界文化遗产的完整性和稳定性。
修复工作需要长期进行，并需要多方合作，以确保比萨斜塔能够继续为后代人所见，并成为世界文化的瑰宝。
工程实例4.意大利比萨斜塔案例分析
工程实例意大利比萨斜塔案例分析4.1. 工程事故概况举世闻名的意大利比萨斜塔是建筑物倾斜的典型实例。
比萨市位于意大利中部，靠近罗马市与米兰市中间的佛罗伦萨市，有铁路相通，交通方便。
比萨斜塔位于比萨市北部，它是比萨大教堂的一座钟塔，在大教堂东南方向，相距约25m。
比萨斜塔是一座独立的建筑，周围空旷，游人可以环绕塔身行走与观赏。
斜塔西侧有一大片四季常青的草地，长达200m，景色秀丽。
比萨斜塔建造，经历了三个时期：第一期，自1173年9月8日动工，至1178年，建至第4层中部，高度约29m时，因塔倾斜，不知原因而停工。
第二期，钟塔施工中断94年后，于1272年复工，至1278年，建完第7层，高48m，再次停工。
第三期，经第二期施工中断82年后，于1360年再复工，至1370年竣工，全塔共八层，高度为55m。
斜塔呈圆筒形，塔身1-6层均为大理石砌成，大理石质地优良，每块大理石做得很规整，不仅高度一致，而且表面做成曲面，拼接成塔身为准确圆形。
塔基础外伸台阶也同样做成圆形。
尤其是塔周围有15根大圆柱，砌筑得更精致。
斜塔顶上7-8层为砖和轻石料砌成。
塔身砌体总厚度：第一层为4.1m，第2-6层为2.6m。
塔身内径约7.65m。
基础底面外直径19.35m，内直径4.51m。
塔身每层都有精美的花纹图案，整个斜塔是一座宏伟而精致的艺术品，令人赞叹不已。
原来游人可以登塔在各层围廊观赏眺望，因近年塔沉降加速，为了安全，于1990年1月14日被封闭。
全塔总荷重约为145MN，塔身传递到地基的平均压力为50kPa。
目前塔北侧沉降量约90cm，南侧沉降量约270cm，塔倾斜约5.5°，十分严重。
比萨斜塔向南倾斜，塔顶离开垂直线的水平距离已达5.72m，等于我国虎丘斜塔倾斜后塔顶离开水平距离的2.3倍。
幸亏比萨斜塔的建筑材料大理石条石质量优，施工精细，塔身没有裂缝。
比萨斜塔基础底面倾斜值，经计算为0.093。
我国国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ50007-2011中规定：高耸结构基础的倾斜，当建筑物高度Hg为50m＜Hg≤100m时，其允许值为0.005。
比萨斜塔的地基处理方案
比萨斜塔的地基处理方案1. 引言比萨斜塔是世界上最著名的建筑之一。
它因为其独特的外观和倾斜的姿态而引起了全球的关注。
然而，比萨斜塔的倾斜也带来了一系列的工程问题，其中之一就是地基处理。
本文将介绍比萨斜塔地基处理的方案，并解释为什么采用这些方案。
2. 地基问题分析比萨斜塔的地基问题是由于建筑在软弱土壤之上所引起的。
这些软弱土壤无法承受大量的重量，导致建筑倾斜。
因此，地基处理成为了修复比萨斜塔的关键。
3. 地基处理方案3.1 加固土壤为了加固软弱土壤，我们可以采用以下两种方法：3.1.1 土壤改良通过添加或混合更稳定的土壤或填充材料来改善软弱土壤的承载力。
这可以通过深层扎桩、注浆等方法实现。
具体来说，我们可以在塔的周围地基区域埋设钢筋混凝土桩，并使用钢筋网和灌浆材料来加固土壤。
这将增加土壤的承载能力，从而减少比萨斜塔的倾斜。
3.1.2 土壤加固使用地基加固材料来增加土壤的稳定性和承载能力。
这些材料可以是地基加固纤维带、地基增强格栅等。
这些材料的特殊结构和性质可以提高土壤的抗压能力和稳定性，从而减小比萨斜塔的倾斜。
3.2 减轻重力负荷除了加固土壤，减轻比萨斜塔的重力负荷也可以是地基处理的方法之一。
3.2.1 空心化建筑通过将比萨斜塔内部的结构空心化，可以减少建筑的重量。
这将减轻地基的负荷，进而减缓塔的倾斜。
3.2.2 拆除部分建筑如果比萨斜塔倾斜严重，拆除部分建筑也可以考虑。
通过减少建筑的负荷，可以减小地基受力，从而降低比萨斜塔的倾斜程度。
3.3 沉降控制比萨斜塔的地基处理方案中，沉降控制也是一个重要的考虑因素。
如果地基处理不当，可能会导致地基的进一步沉降，从而加剧比萨斜塔的倾斜。
因此，沉降控制是地基处理过程中不可忽视的一部分。
4. 结论比萨斜塔的地基处理是修复建筑倾斜问题的关键步骤。
通过加固土壤、减轻重力负荷和控制沉降，可以有效地修复比萨斜塔，并确保其长期的稳定性。
地基处理方案应根据具体情况进行设计和实施，以保证有效性和持久性。
地基处理实例——比萨斜塔纠偏工程
• 比萨斜塔在建筑的过程中就已出现倾斜， 原本是一个建筑败笔，却因祸得福成为世 界建筑奇观，伽利略的自由落体试验更使 其蜚声世界，成为世界著名旅游观光圣地， 每天都吸引着成千上万的游客，因而它也 是比萨市的经济支柱。但随着时间的推移， 斜塔倾斜角度的逐渐加大，到上个世纪九 十年代，已濒于倒塌。1990年1月7日意大 利政府关闭对游人的开放，1992年成立比 萨斜塔拯救委员会，向全球征集解决方案。
地基应力解除法纠偏比萨斜也使地基应力解除 法摆脱了偏见，得到了一致认可和广泛应用，目前已 成为建筑界最常规的纠偏方法。在比萨斜塔的拯救过 程中，我国建筑专家刘祖德教授，曾多次向比萨斜塔 拯救委员会建议采用地基应力解除法，起到了积极的 作用。刘祖德在1989年用“地基应力解除法”成功 “移动”汉口取水楼长航宿舍的八层楼房：倾斜率从 1.3%降为0.63%，沉降速度减慢一半。18年来，刘祖 德教授和他的课题组用“地基应力解除法”，成功地 为149座高楼纠偏扶正，其足迹踏遍湖北、广东等全国 15个省市，仅武汉地区被纠偏的楼房就有80多座，为 国家挽回经济损失近5亿元。
5、吴宏伟，徐光明，地基应力解除法纠偏机理的离心模型试验研究，岩土工程 学报，2003年第三期
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数据
• 比萨斜塔从地基到塔顶高58.36米，从地面 到塔顶高55米，钟楼墙体在地面上的宽度 是4.09米，在塔顶宽2.48米，总重约14453 吨，重心在地基上方22.6米处。圆形地基面 积为285平方米，对地面的平均压强为497 千帕。目前的倾斜约10%，即5.5度，偏离 地基外沿2.3米，顶层突出4.5米。 1178年首次发现倾斜。
比萨斜塔纠偏加固示意(1996年的方案)
比萨斜塔倾斜的原因以及治理措施
比萨斜塔倾斜的原因以及治理措施夏培炎建工一班1501160226关于倾斜的原因根据文章中写到的，原因是“不管多么牢固的结构，当它一旦达到了某一临界值，很小的扰动都可引发不稳定倾斜，不稳定性倾斜不是因为地面力量的缺乏，而是得不到足够的刚度，软地基上新建的砖塔建筑将会很容易出现这一现象”。
它仅仅是一种毫无意义的借口，我利用超过20辆坦克来做实验，发现倾斜于Ω值具有密切的联系，Ω是坦克基础下的沉降与作用面积的比值当。
Ω＜0.25时，没有发生倾斜；当Ω＞0.25时，发生倾斜，这时，倾斜随着Ω的值增加而增加；因此Ω=0.25是临界值，表2中所写第一阶段沉降量是37.05cm,当Ω=0.13时，沉降就要比Ω=0.25时小多了，此时塔是直的，第二阶段。
Ω=0.5时，临界值的两倍大，这时，塔就不是单一方向的倾斜了，先向北，而后偏向南倾斜同时又都发生了沉降，，形成了一种恶性循环，配重的目的就是结束这种循环。
在塔的底部周围，土层有A,B1,B2，B3，B4和C，A是一种带有粘性的土黄色淤泥，B1是粘土，旋转的土层同样是以变形为主，委员会的专家们普遍认为B1之前是黏土层，然后把它与A分开分层是在1997年，如下所述“基础的运动形式说明了一个非常重要的结论，那就是在过去塔的持续长期旋转是位于地平线A而不是位于黏土层，根据基础的运动形式他不是严格的定义层，根据我的计算结果，如今的土层在表3中。
表3不同土层的百分比计算配重的理论依据和工程实践防止比萨斜塔的持续倾斜的关键就在于控制它的沉降及不定性偏移，但是到目前为止委员会还没有得到任何相关的数据，因为没有可靠的参数可用来说明土的非线性变形特征，我发现了一个充满科学和技术的被称为弦线模量的参数，在一个能住1000人的建筑物内进行测试，均满足且符合实际进行的调查结果。
根据1969年使用和弦模量的实例，利用同样的配重技术来解决一个倾斜的烟囱的问题。
烟囱和比萨斜塔有一些共同的特征或相似的地方，如下:①相同的高度：55米；②同样的浅基础（埋深在：2.57米和3.36米）；③结构采用的是砌筑砖或条石砌筑而成的；④在初期建设时，这两个结构都开始倾斜，然后在后期建设中采用措施来组织这个问题的继续发展，但是最终还是变成了跟香蕉一样的形状；⑤在石头和砖面上均存在应力集中现象。
意大利比萨斜塔纠倾
工程结构检测与加固
工程结构检测与加固
3) 堆载。在斜塔北侧, 利用铅锭等重物对塔基予以施压。 4) 取土。使用斜钻, 对塔底软土进行定期抽取。 斜钻布设于重压 物外围, 斜钻与地面夹角30°, 取土时采用内径150mm 的套管螺旋钻。 斜钻呈一字排开, 共计36个孔, 取土部位为塔北侧距塔基1m 处, 深度 为6m。 1999 年4月底, 先期投入的12 孔取出浅层的淤泥与砂后, 使斜 塔回倾了7mm。 同年5月底, 又增加24 孔。 5) 塔基处理。在斜塔回倾一定程度以后, 对塔的基础进行加宽加 厚处理, 再去除铅块反压荷载。
工程结构检测与加固
工程结构检测与加固
意大利比萨斜塔纠倾索包 裹。 由于有钢筋捆绑, 而且内衬钢板, 使塔体上下刚度整体增大, 也能有效防止纠倾过程中产生的次应力对建筑结构的破坏。
2) 斜拉。 借助布设于塔身上端的箍圈, 通过钢缆在北侧拉住斜 塔。 钢缆一端与紧箍及保护大理石外墙的钢丝相连, 另一端与设在 地面上的地锚及附近建筑物上的固定支点连接, 并施加拉力, 使塔身 不致继续倾斜。
土力学与地基基础--典型案例
与土有关的典型工程案例一、与土或土体有关的强度问题1．加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓，由于地基强度破坏发生整体滑动，是建筑物失稳的典型例子。
（1）概况加拿大特朗斯康谷仓平面呈矩形，长59.44 m,宽23.47 m。
高31.0m。
容积36368 m3。
谷仓为圆筒仓，每排13个圆筒仓，共5排65个圆筒仓组成。
谷仓的基础为钢筋混凝土筏基，厚61cm，基础埋深3.66m。
谷仓于1911年开始施工，1913年秋完工。
谷仓自重20000t，相当于装满谷物后满载总重量的42 5% 。
1913年9月起往谷仓装谷物，仔细地装载，使谷物均匀分布、10月当谷仓装了31822m3谷物时，发现1小时内垂直沉降达30.5cm。
结构物向西倾斜，并在24小时间谷仓倾倒，倾斜度离垂线达26o53ˊ。
谷仓西端下沉7.32m，东端上抬加拿大谷仓地基滑动而倾倒端下沉7 32m，东端上抬1.52m。
1913年10月18日谷仓倾倒后，上部钢筋混凝土筒仓艰如盘石，仅有极少的表面裂缝。
（2）事故原因1913年春事故发生的预兆：当冬季大雪融化，附近由石碴组成高为9 14m的铁路路堤面的粘土下沉1m左右迫使路堤两边的地面成波浪形。
处理这事故，通过打几百根长为18.3m的木桩，穿过石碴，形成一个台面，用以铺设铁轨。
谷仓的地基土事先未进行调查研究。
根据邻近结构物基槽开挖试验结果，计算承载力为352kPa，应用到这个仓库。
谷仓的场地位于冰川湖的盆地中，地基中存在冰河沉积的粘土层，厚12.2m.粘土层上面是更近代沉积层,厚3.0m。
粘土层下面为固结良好的冰川下冰碛层,厚3.0 m.。
这层土支承了这地区很多更重的结构物。
1952年从不扰动的粘土试样测得：粘土层的平均含水量随深度而增加从40％到约60％；无侧限抗压强度qu从118.4kPa减少至70.0kPa平均为100.0kPa；平均液限wl =105%，塑限wp=35％，塑性指数Ip=70。
试验表明这层粘土是高胶体高塑性的。
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参考文献
1、刘祖德，叶勇，比萨斜塔的最新动向及纠偏方案探讨，土工基础，2000年3 月，第14卷第1期； 2、徐牧野，苏霄，外国建筑史——比萨斜塔，人民美术出版社，2007年4月第 三版； 3、袁建新，关于比萨斜塔的整治情况，岩土力学，1994年6月，第15卷，第2 期 4、刘祖德，抽土纠偏“扶正”比萨斜塔，岩土力学与工程学报，2002年第六期 5、吴宏伟，徐光明，地基应力解除法纠偏机理的离心模型试验研究，岩土工程 学报，2003年第三期
数据
• 比萨斜塔从地基到塔顶高58.36米，从地面 到塔顶高55米，钟楼墙体在地面上的宽度 是4.09米，在塔顶宽2.48米，总重约14453 吨，重心在地基上方22.6米处。圆形地基面 积为285平方米，对地面的平均压强为497 千帕。目前的倾斜约10%，即5.5度，偏离 地基外沿2.3米，顶层突出4.5米意图
•比萨斜塔的拯救，作为经典范例，也使地基应力解除 法摆脱了偏见，得到了一致认可和广泛应用，目前已 成为建筑界最常规的纠偏方法。在比萨斜塔的拯救过 程中，我国建筑专家刘祖德教授，曾多次向比萨斜塔 拯救委员会建议采用地基应力解除法，起到了积极的 作用。刘祖德在1989年用“地基应力解除法”成功 “移动”汉口取水楼长航宿舍的八层楼房：倾斜率从 1.3%降为0.63%，沉降速度减慢一半。18年来，刘祖 德教授和他的课题组用“地基应力解除法”，成功地 为149座高楼纠偏扶正，其足迹踏遍湖北、广东等全国 15个省市，仅武汉地区被纠偏的楼房就有80多座，为 国家挽回经济损失近5亿元。
方案征集
• 查阅1996 年的文献, 据Prof .Burland 答记 者问时称, 当时斜塔拯救委员会提出的掏土 方案是借鉴墨西哥城天主教堂的纠偏经验, 采用内径150mm 的套管, 以与水平夹角30 度的方向钻入，孔口距塔轴线近20m , 注意 到基础的圆形轮廓, 这种方案对施工场地的 要求很高, 套管细长, 不易操作, 掏土部位及 掏土量也不易掌握。该方案并未付诸实施。
地基处理实例 ——比萨斜塔纠偏工程
斜塔简介
• 比萨斜塔（意大利语：Torre pendente di Pisa或Torre di Pisa）是意大利比萨城大教堂的独立式钟楼，于意大利托 斯卡纳省比萨城北面的奇迹广场上。钟楼始建于1173年， 设计为垂直建造，但是在工程开始后不久（1178年），便 由于地基不均匀沉降和土层松软而倾斜，1372年完工，塔 身倾斜向东南。比萨斜塔是比萨城的标志，1987年它和相 邻的大教堂、洗礼堂、墓园一起因其对11世纪至14世纪意 大利建筑艺术的巨大影响，而被联合国教育科学文化组织 评选为世界遗产。举世闻名的比萨斜塔, 建于公元1173 ～ 1350 年, 历经800 年风雨, 最大沉降量3m , 沉降差达 1 .8m , 塔顶中心偏移已达5 .5m 以上,刚体倾角为 5°30′(1991), 刚体倾斜速率4″～6″/年, 至今尚未稳定。
• 比萨斜塔在建筑的过程中就已出现倾斜， 原本是一个建筑败笔，却因祸得福成为世 界建筑奇观，伽利略的自由落体试验更使 其蜚声世界，成为世界著名旅游观光圣地， 每天都吸引着成千上万的游客，因而它也 是比萨市的经济支柱。但随着时间的推移， 斜塔倾斜角度的逐渐加大，到上个世纪九 十年代，已濒于倒塌。1990年1月7日意大 利政府关闭对游人的开放，1992年成立比 萨斜塔拯救委员会，向全球征集解决方案。
比萨斜塔纠偏加固示意(1996年的方案)
拯救办法——地基应力解除法
斜塔的拯救，历经的很多的方案，但都 未见效。最终拯救比萨斜塔的，是一项 看似简单的新技术——地基应力解除法。 其原理是，在斜塔倾斜的反方向（北侧） 塔基下面掏土，利用地基的沉降，使塔 体的重心后移，从而减小倾斜幅度。该 方法于1962 年，由意大利工程师 Terracina针对比萨斜塔的倾斜恶化问题 提出，当时称为“掏土法”，由于显得 不够深奥而遭长期搁置，直到该法在墨 西哥城主教堂的纠偏中成功应用，又被 重新得到认识和采纳。比萨斜塔拯救工 程于1999年10月开始，采用斜向钻孔方 式，从斜塔北侧的地基下缓慢向外抽取 土壤，使北侧地基高度下降，斜塔重心 在重力的作用下逐渐向北侧移动。2001 年6月，倾斜角度回到安全范围之内，关 闭了十年的比萨斜塔又重新开放，一个 世纪的愿望终于实现了。
史料记载
• 根据现有的文字记载，比萨斜塔在几个世纪以 来的倾斜是缓慢的，它和它地基下方的土层实 际上达到了某种程度上的平衡。在建造的第一 阶段第3层结束时，钟塔向北倾斜约1/4°，在 第二阶段由于纠偏过度，1278年第7层完成时 反而向南倾斜约0.6°，1360年建造顶层钟房 时增加到1.6°。1817年，两位英国学者Cresy 和Taylor用铅垂线测量倾斜，那时的结果是 5°。1550年Giorgio Vasari的勘测与1817年 Cresy和Taylor的勘测之间相隔267年，倾斜仅 增加了5厘米。因此人们也没有对斜塔进行特 意的维修。
倾斜的原因和趋势
• 比萨斜塔为什么会倾斜，专家们曾为此争论不休。 尤其是在14世纪，人们在两种论调中徘徊，比萨 斜塔究竟是建造过程中无法预料和避免的地面下 沉累积效应的结果，还是建筑师有意而为之。进 入20世纪，随着对比萨斜塔越来越精确的测量、 使用各种先进设备对地基土层进行的深入勘测， 以及对历史档案的研究，一些事实逐渐浮出水面： 比萨斜塔在最初的设计中本应是垂直的建筑，但 是在建造初期就开始偏离了正确位置。 • 比萨斜塔之所以会倾斜，是由于它地基下面土层 的特殊性造成的。比萨斜塔下的有好几层不同材 质的土层，各种软质粉土的沉淀物和非常软的粘 土相间形成，而在深约一米的地方则是地下水层。 这个结论是在对地基土层成份进行观测后得出的。 最新的挖掘表明，钟楼建造在了古代的海岸边缘， 因此土质在建造时便已经沙化和下沉。