建筑物基础作用于地基表面的压力

6．1．1 地基与基础的概念

基础是建筑物与土层直接接触的部分，它承受建筑物上部结构传下来的全部荷载，并将这些荷载及结构本身的重量一并传给地基。

地基，在建筑工程中，把支撑建筑物重量的土层叫地基。 直接承受建筑物荷载的土层叫持力层，持力层以下的土层为下卧层，它不是建筑物的组成部分。 根据土层的结构组成和承载能力，可分为人工地基和天然地基，如图6．1所示。

图6．1 基础的组成

凡自身具有足够的强度并能直接承受建筑物整体荷载的土壤层称为天然地基。 凡土层自身承载能力弱，或建筑物整体荷载较大，需对该土壤层进行人工加工或加固后才能承受建筑物整体荷载的地基称为人工地基。 其加固处理方法有以下几种：

①压实法：用打夯机、重锤、碾压机等对土层进行夯打碾压和振动方法将土层压（夯）实，此法简单易行，且提高地基承载能力效果较好。

②换土法：当地基土为杂填土、淤泥、充填土等不能做地基时，采用换土方法，换上承载能力强的土壤，分层压实。 一般选用压缩性低无侵蚀性材料，如黏土、砂、碎石等。

③打桩法：当建筑物层数多且高度较高、荷载大时、而地基土比较松软时，一般采用打桩，做成桩基。 常见的桩基有支撑桩、钻孔桩、振动桩、爆破桩等，如图6．2所示。 采用打桩做桩基时，应在桩顶加做承台梁或承台板，以合理传递荷载。

图6．2 常见桩基的形式

6．1．2 地基应满足的要求

①强度：地基要有足够的承载能力。

②变形：地基要有均匀的压缩量。 保证建筑物在许可的范围内可均匀下沉，避免不均匀沉降，致使建筑物产生开裂变形。

③稳定：要求地基具有抵抗滑坡、倾斜的能力。 当地基高差较大时，应加设挡土墙，防止滑坡变形的出现。

6．1．3 影响基础设置深度的因素

基础的设置深度是指室外设计标高至基础底面的垂直高度，如图6．1所示。 基础埋深小于等于5m时为浅基础，大于5m时为深基础。 基础的埋深受到多种因素的制约，如基础没有足够的土层包围，基础底面持力层受到的压力会把基础四周的土挤出，致使基础产生滑移而失去稳定性。 同时基础过浅，易受外界的影响而损坏，故其埋深一般不应小于500mm。

（1）建筑物的使用性质

应根据建筑物的大小、特点、刚度与地基的特性区别对待。 当为高层建筑时，基础埋深不应小于建筑物高度的1／10左右。

（2）地基土土质条件

地基土质的好坏直接影响了基础的埋深，土质好、承载力高的土层，基础可以浅埋，反之则应深埋。当土层为两种土质结构时，如上层土质好且有足够厚度、基础埋在上层土范围内为宜，反之，则以埋置下层好土范围内为宜。总之，必须对地基土的性质综合分析，求得最佳埋深。

（3）地下水位的影响

地下水对某些土层的承载能力有很大影响，如黏性土在地下水上升时，将因含水量增加而膨胀，使土的强度降低；当地下水下降时，基础将产生下沉。 一般基础争取埋在最高水位以上。如图6．3（a）所示。

当地下水位较高，宜将基础底面埋置在最低地下水位以下200mm。 这种情况基础应采用耐水材料，如混凝土、钢筋混凝土等。 如图6．3（b）所示。

图6．3 地下水位与基础埋深

（4）冻结深度的影响

冻结土和非冻结土的分界线称为冻土线。 各地区气候不同，低温持续时间向上拱起（冻胀向上的力会超过地基承载力），土层解冻，基础又不同，冻土深度亦不相同，如北京地区为0．8～1．0m，兰州地区为0．9m，哈尔滨地区为2．0m，地基土冻结后，若产生冻胀，会使房屋下沉。 这种冻融交替，会使房屋处于不稳定状态，产生变形，造成墙身开裂，甚至使建筑物结构也遭到破坏等。 故基础底面应埋置在冻土线以下200mm。

（5）建筑物荷载大小的影响

荷载大，则要求地基承载力大，当地基承载力一定时，必然加大基础的埋深，因为地基承受建筑物荷载而产生的应力和应变随着土层深度的增加而减小；或加大基础底面积，减小地基单位面积内所承受的力。

（6）其他因素的影响

除以上影响因素外，还受到地下室、设备基础及相邻建筑物基础埋置深度的影响。 当基础附近有设备基础时，为避免设备基础对建筑物基础产生影响，可将建筑物基础深埋；当新建建筑与原有建筑基础相邻时，如基础埋深小于或等于原有建筑基础埋深，可不考虑相互影响，当基础埋深大于原有建筑基础埋深时，必须考虑相互影响。 其应满足下列条件：H／L≤0．5～1或L＝1．5H～2．0H，如图6．4所示。

图6．4 相邻基础的关系

6．1．4 基础的类型

不同建筑的使用特点，不同的地基条件，必然出现不同材料组成的不同的基础形式。 为研究其构造，一般可按其所用材料、受力和外形形式分类。

（1）按基础的形式分类

按基础形式不同，可分为条形基础，独立基础，联合基础。

1）条形基础

当建筑物上部结构以墙体承重时，基础沿墙身设置，做成连续带形，称为条形基础或带形基础。 多用于地基条件较好，浅基础的砖混结构建筑中。 如图6．5所示，所用材料以砖、石、混凝土等为主。

图6．5 条形基础

2）独立基础

主要用于柱下，故也称为柱下基础。 当建筑物上部结构采用框架结构，单层排架或门架结构时，常采用独立基础，其形式有台阶形、锥形、杯形等。 当柱为预制柱时，采用杯形。 如图6．6所示。

图6．6 独立式基础

3）联合基础

联合基础类型较多，常见的有井格基础、片筏基础和箱形基础，如图6．7（a）所示。

当柱子的独立基础置于较弱地基上时，基础底面积可能很大，彼此相距很近，甚至碰到一起，这时应把基础连起来，形成柱下井格基础。

地基的承载力仍不能满足设计要求时，可将整个建筑物的下部做成一整块钢筋混凝土梁或板，形成片筏基础。 片筏基础整体性好，可跨越基础下的局部较弱土。 片筏基础根据使用的条件和断面形式又可分为板式和梁板式，如图6．7（b），（c）所示。

当建筑设有地下室且基础埋深较大时，可将地下室做成整浇的钢筋混凝土箱形基础，其整体空间刚度大，能承受很大的弯矩和抵抗地基的不均匀沉降，可用于特大荷载的建筑，如高层建筑和软弱地基条件，如图6．7（d）所示。

图6．7 联合基础

（2）按基础所用材料和受力特点分类

按所用材料可分为灰土基础，砖基础，石基础，毛石混凝土基础，钢筋混凝土基础等；按受力特点可分为刚性基础，非刚性基础。

1）刚性基础

用刚性材料制作的基础称为刚性基础。 刚性材料是指抗压强度高，而抗拉、抗剪强度低的材料。 如砖、石、混凝土等均属刚性材料。

从受力和传力角度考虑，由于土壤单位面积的承载能力小，只有将基础底面积不断扩大，才能适应地基受力的要求。 上部结构（墙或柱）在基础中传递压力是沿一定角度分布的，这个传力角度称为压力分布角，或称刚性角，以α表示，如图6．8（a）所示。 由于刚性材料抗压能力强，抗拉能力差，因此，压力分布角只能在材料的抗压范围内控制。 如果基础底面宽度超过控制范围，则由B0增加到B1，致使刚性角扩大。这时，基础会因受拉而破坏，如图6．8（b）所示。所以，刚性基础底面宽度的增大要受到刚性角的限制。

不同材料基础的刚性角是不同的，通常，砖砌基础的刚性角控制在26°～33°为宜，混凝土基础应控制在45°以内。

2）非刚性基础

当建筑物的荷载较大，而地基承载能力较小时，为增加基础底面B0，势必导致基础深度也

图6．8 刚性基础的受力、传力特点

要加大。 这样，既增加了挖土工作量，还使材料用量增加，如图6．9（a）所示。 如果在混凝土基础的底部配以钢筋，利用钢筋来承受拉力，如图6．9（b）所示。 使基础底部能够承受较大弯矩。这时，基础宽度的加大不受刚性角的限制，故也称钢筋混凝土基础为柔性基础。 在同样条件下，钢筋混凝土基础与混凝土基础相比，可节省大量的混凝土材料和挖土工作量。

图6．9 钢筋混凝土基础

6．1．5 地下管沟

由于建筑内有给排水及采暖设备，为保证设施的正常使用及维修，需设置管沟，这些管沟一般都沿内外墙布置，有三种类型：

（1）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1000～1600mm，深度为1000～1700mm，如图6．10所示。

图6．10 沿墙管沟

图6．11 中间管沟

（2）中间管沟

这种管沟在建筑物的中部或室外，一般有两道管沟墙支承上部的沟盖板。 这种管沟在室外时，在有汽车通过处应选择强度较高的沟盖板。 如图6．11所示。

（3）过门管沟

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400mm×400mm，上铺沟盖板。 如图6．12所示。

图6．12 过门管沟

在设计和选用管沟时，一般应注意以下几个问题：

图6．13 管沟穿墙洞口

1）管沟墙的厚度

基础管沟墙一般与沟深有关，选用时可从下表查找见表6．1。

表6．1 管沟墙厚度、深度、砂浆强度等级参考表

2）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砖券。 如图6．13所示。