地基与基础的概念

    基础：建筑物地面以下的承重构件。它承受建筑物上部结构传下来的荷载，并把这些荷载连同本身的自重一起传给地基。

    地基：承受由基础传下来荷载的土层。地基承受建筑物荷载而产生的应力和应变是随着土层的深度的增加而减小，在达到一定的深度以后就可以忽略不计。

    持力层：直接承受建筑荷载的土层。持力层以下的土层为下卧层。

    基础埋深：由室外地坪至基础底皮的高度尺寸。基础埋深由勘测部门根据地基情况决定。

    基础宽度：又称为基槽宽度，即基础底面的宽度。基础宽度由计算决定。

    大放脚：基础墙加大加厚的部分，用砖、混凝土、灰土等材料制作的基础均应作大放脚。

    灰土垫层：采用3:7灰土(消石灰3份与优质素土7份拌合而成)制作的基础底层。它是基础的一部分。 

地基的有关问题

    一、土层的分类

土层的分类

    《建筑地基基础设计规范》（GBJ  7—89）中规定，作为建筑地基的土层分为岩石、碎石土、 砂、粉土、粘性土和人工填土。

    1.岩石：岩石为颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理袭隙的岩体。岩石根据其坚固性可分为硬质岩石（花岗岩、玄武岩等）和软质岩石（页岩、粘土岩等）；根据其风化程度可分为微风化岩石、中等风化岩石和强风化岩石等。岩石承载力的标准值f_k为200～4000kPa。

    2.碎石土：碎石土为粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。碎石土根据颗粒形状和粒组含量又分为漂石、块石（料径大于200mm）；卵石、碎石（粒径大于20mm）；圆砾、角砾（粒径大于2mm）。碎石土承载力的标准值f_k为200～1000kPa。

    3.砂土：砂土为粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50%，粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。砂土根据其粒组含量又分为砾砂（粒径大于2mm的颗粒占25%～50% ）、粗砂（粒径大于0.5mm的颗粒超过全重的50%）；中砂（粒径大于0.25mm的颗粒超过全重的50%）；细砂（粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的85%）；粉砂（粒径大于0.075的颗粒超过全重的50%）。砂土的承载力为（标准值） f_k＝140～500kPa。

    4.粉土：粉土为塑性指数I_p小于或等于10的土。其性质介于砂土与粘性土之间。粉土的承载力为（标准值）f_k＝105～410kPa。

    5.粘性土：粘性土为塑性指数I_p大于10的土，按其塑性指数I_p值的大小又分为粘土（I_p＞17 ）和粉质粘土（10＜I_p≤17）两大类。粘性土的承载力为（标准值）f_k＝105～475kPa。

    6.人工填土：人工填土根据其组成和成因可分为素填土、杂填土、冲填土。素填土为碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成的填土；杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土；冲填土为水力冲填泥砂形成的填土。人工填土的承载力（标准值）为f_k＝65～160kPa。

    二、地基应满足的几点要求

地基应满足的几点要求

    1.强度方面的要求：即要求地基有足够的承载力。应优先考虑采用天然地基。

    2.变形方面的要求：即要求地基有均匀的压缩量，以保证有均匀的下沉。若地基下沉不均匀时，建筑物上部会产生开裂变形。

    3.稳定方面的要求：即要求地基有防止产生滑坡、倾斜方面的能力。必要时（特别是较大的高度差时）应加设挡土墙，以防止滑坡变形的出现。

    三、天然地基与人工地基

 天然地基与人工地基

    1.天然地基：凡天然土层具有足够的承载能力，不需经过人工加固，可直接在其上部建筑房屋的土层。天然地基的土层分布及承载力大小由勘测部门实测提供。

    2.人工地基：当土层的承载力较差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，应对土层进行加固。这种经过人工处理的土层叫人工地基。

    人工地基的加固处理方法有以下几种：   

（1）压实法。利用重锤（夯）、碾压（压路机）和振动法将土层压实。这种方法简单易行，对提高地基承载力收效较大。

  （2）换土法：当地基土为淤泥、冲填土、杂填土及其它高压缩性土时，应采用换土法。换土所用材料选用中砂、粗砂、碎石或级配石等空隙大、压缩性低、无侵蚀性的材料。换土范围由计算确定。

    （3）桩基。在建筑物荷载大、层数多、高度高、地基土又较松软时，一般应采用桩基。常见的桩基有以下几种：

    1）支承柱（柱桩）。这种桩为钢筋混凝土预制桩，借助打桩机打入土中。这种桩的断面尺寸为300×300mm～600×600mm，其长度视需要而定，一般在6m～12m之间。桩端应有桩靴，以保证支承桩能顺利地打入土层中。

    2）钻孔桩。这种桩是先利用钻孔机钻孔，然后放入钢筋骨架，最后浇注混凝土而成。钻孔直径一般为300mm～500mm，桩长不超过12m。近期，钻孔桩内亦可填砂石、砂子、碎石等做法。

    3）振动桩。这种桩是先利用打桩机把钢管打入地下，然后将钢管取出，最后放入钢筋骨架，并浇注混凝土而成。其直径、桩长与钻孔桩相同。

    4）爆扩桩。这种桩由钻孔、引爆、浇注混凝土而成。引爆的作用是将桩端扩大，以提高承载力。

    采用桩基时，应在桩顶加作承台梁或承台板，以承托墙柱。

    四、地基特殊问题的处理

地基特殊问题的处理

    1.地基中遇有坟坑如何处理

    在基础施工中，若遇有坟坑，应全部挖出。并沿坟坑四周多挖300mm，然后夯实并回填3∶7灰土，遇潮湿土壤应回填级配砂石。最后按正规基础做法施工。

    2.基槽中遇有枯井怎么处理

    在基槽转角部位遇有枯井，可以采用挑梁法，即用两个方向的横梁越过井口，上部可继续作基础墙，井内可以回填级配砂石。

    3.基槽中遇有沉降缝应怎样过渡

    新旧基础连接并遇有沉降缝时，应在新基础上加作挑梁，使墙体靠近旧基础，通过挑梁解决不均匀下沉问题。

    4.基槽中遇有橡皮土应如何处理

    基槽中的土层含水量过多，饱和度达到0.8以上时，土壤中的孔隙几乎全充满水，出现软弹现象，这种土层叫橡皮土。遇有这种土层，要避免直接在土层上用夯打。处理方法应先晾槽,也可以掺入石灰末来降低含水量。或用碎石或卵石压入土中，将土层挤实。

    5.不同基础埋深时如何过度

    当基础埋深不一，标高相差很小的情况下，基础可作成斜坡处理。如倾斜度较大时，应设踏步形基础，踏步高H应不大于500mm，踏步长度应大于或等于2H。

    6.如何防止不均匀的下沉

    当建筑物中部下沉较大、两端下沉较小时，建筑物墙体出现八字裂缝。若两端下沉较大，中部下沉较小时，建筑物墙体则出现倒八字裂缝。上述两种下沉均属不均匀下沉。

    解决不均匀下沉的方法有以下几种：

    （1）作刚性墙基础：即采用一定高度和厚度的钢筋混凝土墙与基础共同作用，能均匀地传递荷载，调整不均匀沉降。

    （2）加设基础圈梁：在条形基础的上部作连续的、封闭的圈梁，可以保证建筑的整体性，防止不均匀下沉。基础圈梁的高度不应小于180mm，内放4φ12主筋，箍筋φ8间距200mm。

    （3）设置沉降缝。

基础埋深的确定原则

    建筑物的特点及使用性质  建筑物的特点指的是多层建筑还是高层建筑，高层建筑的基础埋深是地上建筑物总高的1/10左右，而多层建筑则依据地下水位及冻土深度来确定埋深尺寸。

    地基土的好坏  土质好的，承载力高的土层可以浅埋，土质差、 承载力低的土层则应该深埋。

    地下水位的影响  土壤中地下水含量的多少对承载力的影响很大。一般应尽量将基础放在地下水位之上。这样做的好处是可以避免施工时排水，还可以防止或减轻地基土的冻胀。

    冻结深度的影响  土层的冻结深度由各地气候条件决定，如北京地区为0.8m～1m，哈尔滨则为2m。建筑物的基础若放在冻胀土上，冻胀力会把房屋拱起，产生变形。解冻时，又会产生陷落。一般应将基础的灰土垫层部分放在冻结深度以下。

    相邻房屋或建筑物基础的影响  当新建房屋的基础埋深小于或等于原有房屋的基础埋深时，可不考虑相互影响。若新建房屋的基础埋深大于原有房屋的基础埋深时，应考虑相互影响。具体做法是应该满足下列条件：

    式中:h——新建与原有建筑物基础底面标高之差； 

         l——新建与原有建筑物基础边缘的最小距离

基础宽度的确定原则

    基础底面积的确定因素有：基础以上墙体和楼层传下来的总荷载F；基础埋置深度范围内的基础自重和附土层重G；地基承载力的标准值〔f_k〕。计算公式如下：

    式中：P——基底的底面应力(kN)；

          F——上部结构的荷载(kN/m²)；

          G——  基础自重和基础周围的土重，由b，h，γ相乘而得。其中b为基础底面宽度；h为基础自重计算高度；γ为基础和周围土重的平均值，一般取2kN/m³；

          f_k——地基承载力的标准值(kPa)。

    当基础为条形基础时，可截取单位长度（一般取1m）来计算，因而可以直接求出基础宽度A。

    表2-1和表2-2分别提供了砖混结构房屋承重墙与非承重墙下条形基础的最小宽度，可供参考。

砖混结构房屋承重墙下条形基础宽度B(m) 表2-1

 

		地  基  耐  压  力   (kN/m2)
		80	100	120	140	160	180	200
房 屋 总 层 数	1层	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70
	2层	1.20	0.85	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70
	3层	1.80	1.30	1.00	0.85	0.70	0.70	0.70
	4层	——	1.70	1.35	1.10	1.00	0.80	0.70
	5层	——	——	1.70	1.40	1.20	1.00	0.90
	6层	——	——	——	1.65	1.40	1.20	1.10

   注： 1.本表适用于层高为3m、开间为3m～3.6m，一般荷载等级的建筑。

       2.本表的基础埋深为1.5m，如埋深＞1.5m，[P]≤120kN/m²时，基础宽度应适当增加，加宽数值由计算确定。

  砖混结构房屋非承重墙下条形基础宽度B(m)                    表2-2 

		地  基  耐  压  力   (kN/m2)
		80	100	120	140	160	180	200
房屋总层数	1层	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70
	2层	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70
	3层	1.30	0.90	0.70	0.70	0.70	0.70	0.70
	4层	——	1.25	1.00	0.80	0.70	0.70	0.70
	5层	——	——	1.20	1.00	0.85	0.70	0.70
	6层	——	——	——	1.20	1.20	0.90	0.80

    注： 1.表中所列墙厚为360mm，双面抹灰，无门窗洞口。

    2.如墙厚为240mm，表中所列基础宽度可以相应减少20%。

   3.如墙有门窗洞口时，表中所列基础宽度可相应减少20%。

   4.任何情况下基础宽度不得小于0.70m。

 

基础的类型

    基础的类型很多，划分方法也不尽相同。从基础的材料及受力来划分，可分为刚性基础（指用砖、灰土、混凝土、三合土等受压强度大、而受拉强度小的刚性材料做成的基础）、柔性基础（指用钢筋混凝土制成的受压、受拉均较强的基础）。从基础的构造型式，可分为条形基础、独立基础、筏形基础、箱形基础、桩基础等。下面介绍几种常用基础的构造特点。

    一、刚性基础

刚性基础

    由于刚性材料的特点，这种基础只适合于受压而不适合受弯、拉和剪力，因此基础剖面尺寸必须满足刚性条件的要求。一般砖混结构房屋的基础常采用刚性基础。

    1.灰土基础

    灰土是经过消解后的生石灰和粘性土按一定的比例拌合而成，其配合比常用石灰∶粘性土＝ 3∶7，俗称“三七”灰土。

    灰土基础适合于5层和5层以下、地下水位较低的砌体结构房屋和墙体承重的工业厂房。灰土基础的厚度与建筑层数有关。4层及4层以上的建筑物，一般采用450mm；3层及以下的建筑物，一般采用300mm，夯实后的灰土厚度每150mm称“一步”，300mm可称为“两步”灰土。

    灰土基础的优点是施工简便，造价较低，就地取材，可以节省水泥、砖石等材料。缺点是他的抗冻、耐水性能差，在地下水位线以下或很潮湿的地基上不宜采用。

    2.砖基础

    用做基础的砖，其强度等级必须在C7.5以上，砂浆强度等级一般不低于M5。基础墙的下部要做成阶梯形，以使上部的荷载能均匀地传到地基上。

    阶梯放大的部分一般叫做“大放脚”。“大放脚”的计算将在后边介绍。

    砖基础施工简便，适应面广。

    为了节省“大放脚”的材料，可在砖基础下部做灰土垫层，形成灰土砖基础(亦叫灰土基础)。

    3.毛石基础

    毛石是指开采下来未经雕琢成形的石块，采用不小于M5砂浆砌筑的基础。毛石形状不规则，其质量与码石块的技术和砌筑方法关系很大，一般应搭板满槽砌筑。毛石基础厚度和台阶高度均不小于100mm，当台阶多于两阶时，每个台阶伸出宽度不宜大于150mm。为便于砌筑上部砖墙，可在毛石基础的顶面浇铺一层60mm厚、C10的混凝土找平层。毛石基础的优点是可以就地取材，但整体性欠佳，故有震动的房屋很少采用。

    4.三合土基础

    这种基础是石灰、砂、碎砖等三种材料，按1∶2∶4～1∶3∶6的体积比进行配合，然后在基槽内分层夯实，每层夯实前虚铺220mm，夯实后净剩150mm。三合土铺筑至设计标高后，在最后一遍夯打时，宜浇注石灰浆，待表面灰浆略为风干后，再铺上一层砂子，最后整平夯实。这种基础在我国南方地区应用很广。它的造价低廉，施工简单，但强度较低，所以只能用于四层以下房屋的基础。

    5.混凝土基础

    这是指用混凝土制作的基础。混凝土基础的优点是强度高，整体性好，不怕水。它适用于潮湿的地基或有水的基槽中。有阶梯形和锥形两种。

     混凝土基础的厚度一般为300mm～500mm，混凝土标号为C7.5～C10。混凝土基础的宽高比为1∶1。

    6.毛石混凝土基础

    为了节约水泥用量，对于体积较大的混凝土基础，可以在浇注混凝土时加入20%～30%的毛石，这种基础叫毛石混凝土基础。毛石的尺寸不宜超过300mm。当基础埋深较大时，也可用毛石混凝土作成台阶形，每阶宽度不应小于400mm。如果地下水对普通水泥有侵蚀作用时，应采用矿渣水泥或火山灰水泥拌制混凝土。

    二、柔性基础

柔性基础

    柔性基础一般指钢筋混凝土基础。这种基础的做法需在基础底板下均匀浇注一层素混凝土垫层，目的是保证基础钢筋和地基之间有足够的距离，以免钢筋锈蚀，而且还可以作为绑扎钢筋的工作面。垫层一般采用C7.5或C10素混凝土，厚度100mm。垫层两边应伸出底板各50mm。

    钢筋混凝土基础由底板及基础墙(柱)组成。现浇底板是钢筋混凝土的主要受力结构，其厚度和配筋数量均由计算确定。基础底板的外形一般有锥形和阶梯形两种。

    锥形基础可节约混凝土，但浇注时不如阶梯形方便。钢筋混凝土基础应有一定的高度，以增加基础承受基础墙(柱)传来上部荷载所形成的一种冲切力，并节省钢筋用量。一般墙下条形基础底板边缘厚度不宜小于150mm；柱下锥形基础底部边缘厚度不宜小于200mm；阶梯形基础每阶厚度250mm～500mm。

    钢筋混凝土柱下独立基础与柱子一起浇注，也可以作成杯口形，将预制柱插入。杯形基础的杯底厚度应大于或等于200mm，杯壁厚150mm～200mm，杯口深度应大于或等于柱子长边+50mm ，并大于或等于500mm。为了便于柱子的安装和浇注细石混凝土，杯上口和柱边的距离为75mm ，底部为50mm。杯底和杯口底之间一般留50mm的调整距离。施工时在杯口底及四周均用不小于C20的细石混凝土浇注。

    钢筋混凝土基础中的混凝土标号应不低于C15，受力钢筋一般用Ⅰ级和Ⅱ级钢筋，钢筋直径一般为φ8～φ10，间距为100mm～200mm。条形基础的受力钢筋仅在平行于槽宽方向放置；独立基础的受力钢筋应在两个方向垂直放置。受力钢筋的保护层，当有垫层时不宜小于35mm，无垫层时不宜小于70mm。

    一般基础与柱子之间都要留施工缝，并设插铁。插铁伸出基础顶面的长度，应满足锚固长度要求的尺寸。

    三、其他类型的基础

其他类型的基础

    1.板式基础：(满堂基础)这是连片的钢筋混凝土基础，一般用于荷载集中，地基承载力差的情况下。

    2.箱形基础：当板式基础埋深较深，并有地下室时，一般采用箱形基础。箱形基础由底板、顶板和侧墙组成。这种基础整体性强，能承受很大的弯矩。

刚性基础大放脚的确定

    刚性基础大放脚应满足表2-3的要求：

刚性基础台阶宽高比的容许值                          表2-3

注：P为基础底面处的平均压力(kPa)。

    各种材料的大放脚宽高比比值为：

    砖：宽度b为60mm，高度h有二皮(120mm)一皮(60mm)兼收，刚性角为33°50′和二皮二皮等收，刚性角为26°34′。前者用于一般基础，后者用于有地基梁的基础。

    混凝土：宽高比比值为1:1，刚性角为45°。常用的宽高尺寸为350mm～400mm。

    灰土：宽高比为1:1.5，灰土高度常用300mm和450mm两种。300mm用于三层及以下的建筑物，450mm用于4层及以上的建筑物中。

    毛石：宽高比值与混凝土宽高比值相同。

    下面以灰土砖基础为例，说明大放脚的放置方法。

    【例1】墙厚为360mm，轴线居中，灰土厚度为300mm，宽度为1000mm，承载力P为160kP_a，室内外高差为450mm，基础埋深为1000mm，试求大放脚的步数并绘制基础剖面图。

    【解】槽宽由墙厚、大放脚和灰土宽度三部分组成。为简化计算，可以取一半计。

    槽宽的一半为500mm，其中墙厚占180mm，灰土宽度为200mm，(因灰土的宽高比值查表得出是1:1.5，灰土厚度是300mm，1∶1.5＝x∶300，x为200mm)，所余尺寸用砖大放脚来过渡。500－180－200＝120mm，因为砖大放脚每挑出一次为60mm，120÷60＝2次。

    根据上述条件绘制基础剖面图。

    【例2】某基础槽宽为1200mm；墙厚360mm，轴线为偏轴，里120mm，外240mm；〔P〕＝180kPa；灰土厚300mm；室内外高差为450mm。求大放脚的步数。

    【解】偏轴按中轴计，取一半计算。

        1200÷2＝600mm

        600－180＝420mm(槽宽减墙厚)

        420－200＝220mm(减去灰土所占宽度)

        每步放60mm

        220÷60＝3.66步，取整数按4步考虑。

    4步所占尺寸为4×60＝240mm，240－220＝20mm；由灰土所占尺寸调整200－20＝180mm。

基础管沟

    由于建筑内有采暖设备，这些设备的管线，在进入建筑物之前埋在地下，进入建筑物之后一般从管沟中通过，所以管沟是经常遇到的。这些管沟一般都沿内外墙布置，也有少量从建筑物中间通过。管沟一般有三种类型：

    一、沿墙管沟

这种管沟的一边是建筑物的基础墙，另一边是管沟墙，沟底用灰土垫层，沟顶用钢筋混凝土板做沟盖板。 管沟的宽度一般为1000mm～1600mm，深度为1000mm～1700mm之间。

    二、中间管沟

这种管沟在建筑物的中部或室外，一般由两道管沟墙支承上部的沟盖板。这种管沟在室外时，还应特别注意是否过车，在有汽车通过时，应选择强度较高的沟盖板。  

    三、过门管沟

这是一种小沟。暖气的回水管线走在地上，遇有门口时，应将管线转入地下通过，需做过门管沟，这种管沟的断面尺寸为400×400mm，上铺沟盖板。

    在设计和选用管沟时，一般应注意以下几个问题：

    1.管沟墙的厚度

    基础管沟墙一般与沟深有关，选用时可以从下表中查找表2-4。

管沟墙厚度、深度、砂浆强度等级参考表                      表2-4 

埋深	室内管沟		室外不过车管沟		室外过车管沟		注
	墙厚 (mm)	砂浆强度	墙厚 (mm)	砂浆强度	墙厚 (mm)	砂浆强度
H≤1000	240	M2.5	240	M2.5	240	M5	砖的强度一律为≥MU7.5
H≤1200	240	M2.5	240	M2.5	360	M5
H≤1400	360	M2.5	360	M2.5	360	M5
H≤1700	——	——	360	M5	360	M5

    2.沟盖板

    沟盖板分为室内沟盖板、室外不过车沟盖板、室外过车沟盖板等几种规格。北京地区的沟盖板有以下几种情况，如表2-5。

 沟盖板的规格尺寸                             表2-5

代  号	形    状	L (mm)	B (mm)	D (mm)	应  用
GB 10.1		1200	600	60	室内
GB 12.1		1400	600	60
GB 16.1		1800	600	60
GB 12.2		1400	600	100	室内、室外不过车
GB 16.2		1800	600	100
GB 12.3		1400	600	120—190	室外过车
GB 16.3		1800	600

注：GB代表沟盖板，10代表1000mm。1代表板形。

      3.管沟穿墙洞口

    在管沟穿墙洞口和管沟转角处应增加过梁或做砖券。