浅基础的类型及选择

一、任务介绍

本任务介绍了浅基础、基础埋深这些基本概念，及浅基础的类型，并举例说明无筋扩展基础、钢筋混凝土扩展基础和钢筋混凝土梁板基础的基本形式及构造要求；结合案例分析如何选择浅基础类型。

二、理论知识

如果地基土是良好的土层或者上部有较厚的良好土层时，一般将基础直接做在天然土层上，这种地基叫做天然地基。做在天然地基上、埋置深度小于5m的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5m但小于基础宽度的大尺寸基础，如箱形基础，统称为天然地基上的浅基础。

根据基础所用的材料来分，浅基础可分为无筋扩展基础、钢筋混凝土扩展基础和钢筋混凝土梁板基础。按基础结构形式来分，浅基础可分为独立基础、条形基础、板式基础、筏式基础、箱形基础和壳体基础等。

1．无筋扩展基础

无筋扩展基础又称为刚性基础，是指由灰土、三合土、砖、毛石或混凝土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。由于组成无筋扩展基础的材料抗拉、抗弯强度低，该基础的外伸宽度受限制，所以此类基础的相对高度较大。

无筋扩展基础可分为墙下条形基础和柱下独立基础，其中墙下刚性条形基础应用得较多，在北方环境干燥地区用于五层以下丙级民用建筑，在南方环境相对潮湿地区一般用于四层以下的丙级民用建筑中。

1）砖基础

砖基础一般建在100mm厚C10素混凝土垫层上，其剖面为阶梯形，通常称大放脚，大放脚一般为二一间隔收（两皮一收与一皮一收相间）或两皮一收，但保证底层必须两皮砖厚，一皮指一层砖，每收一次两边各收1／4砖长，如图7－1（a）所示。

图7－1 无筋扩展基础

为了保证耐久性，根据地基土潮湿程度及地区寒冷程度的不同，《砌体结构设计规范》（GB 50003—2001）中规定，地面以下或防潮层以下的砌体，所用材料的最低强度等级应符合表7－1的要求。

表7－1 地面以下或防潮层以下的砌体所用材料的最低强度等级

注：（1）在冻胀地区，地面以下或防潮层以下的砌体，不宜采用多孔砖；如采用时，其孔洞应用水泥砂浆灌实。当采用混凝土砌块砌体时，其孔洞应采用强度等级不低于Cb20的混凝土灌实。

（2）对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，表中材料强度等级应至少提高一级。

砖基础具有取材容易、价格便宜、施工简便的特点，因此广泛应用于6层及6层以下的民用建筑和砖墙承重厂房。

2）毛石基础

毛石是指未经加工整平的石料。毛石基础就是选用强度较高而未经风化的毛石砌筑而成的。毛石和砂浆的强度等级应符合表7－1的要求。为了保证砌筑质量，每层台阶宜用三排或三排以上的毛石，每一台阶伸出宽度不宜大于200mm，高度不宜小于400mm，石块应错缝搭砌，缝内砂浆应饱满，如图7－1（b）所示。

3）混凝土和毛石混凝土基础

混凝土基础的强度、耐久性、抗冻性均较好，其强度等级一般可采用C15以上，常用于荷载大或基础位于地下水位以下的情况。当基础体积较大时，为了节省水泥用量，可在混凝土内掺入20％～30％体积的毛石做成毛石混凝土基础，如图7－1（c）所示。掺入毛石的尺寸不宜大于300mm。

4）灰土基础

为了节约砖石材料，常在砖石大放脚下面做一层灰土垫层，如图7－1（d）所示。灰土是用熟化的石灰粉和黏性土按一定比例加适量水拌匀后分层夯实而成，体积配合比为3∶7或2∶8，一般多采用3∶7，即3分石灰粉、7分黏性土（体积比），通常称为三七灰土。石灰粉需过5～10 mm筛子，土料宜就地取材，以粉质黏土为好，并过15mm筛子，含水量接近最优含水量。拌和好的灰土以“捏紧成团，落地开花”为合格。灰土的强度与夯实密度有关，施工后质量要求干重度不小于14．5～15．5kN／m。

灰土施工时，每层虚铺220～250mm厚，夯实至150mm，称为一步灰土。一般可用2步或3步，即300mm或450mm厚。

灰土基础造价低，多用于五层及五层以下的混合结构房屋及砖墙承重轻型厂房等，但由于灰土早期强度低、抗水性差、抗冻性也较差，尤其在水中硬化很慢，故常用于地下水位以上、冰冻线以下。

5）三合土基础

三合土是由石灰、砂和骨料（碎石、碎砖或矿渣等）按体积比1∶2∶4或1∶3∶6加适量水拌和均匀，铺在基槽内分层夯实而成。每层虚铺220mm厚，夯实至150mm。然后在它上面砌大放脚。三合土基础施工简单、造价低廉，但强度较低，故一般用于地下水位较低的4层及4层以下的民用建筑，在我国南方地区应用较为广泛。如图7－1（d）所示。

上述基础构成材料具有抗压性能良好，而抗拉、抗剪性能较差的共同特点，为防止基础发生弯曲破坏，要求无筋扩展基础具有非常大的抗弯刚度，受荷后基础不允许挠曲变形和开裂。因此，基础必须具有一定的高度，使弯曲所产生的拉应力不会超过材料的抗拉强度。通常采用控制基础台阶宽高比不超过规定限值的方法来解决。

2．钢筋混凝土扩展基础

钢筋混凝土扩展基础又分为墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础。由于采用了钢筋混凝土结构，基础的抗弯等可通过配置钢筋来承担，基础的扩展宽度不受宽高比限制，比无筋扩展基础的扩展宽度大得多，特别适用于“宽基浅埋”的情况。钢筋混凝土扩展基础的抗弯和抗剪性能好，不受台阶宽高比的限制。图7－2所示为柱下独立基础，图7－3所示为墙下扩展条形基础。

图7－2 柱下钢筋混凝土独立基础

图7－3 墙下钢筋混凝土条形基础

3．钢筋混凝土梁板式基础

钢筋混凝土梁板式基础分为柱下条形基础、柱下十字交叉梁基础、筏形基础和箱形基础。

1）柱下钢筋混凝土条形基础

当上部结构荷载较大，地基较软弱的情况下，若采用柱下单独基础，基底面积可能很大以至于互相接近时可将同一排的柱基础连通做成钢筋混凝土条形基础。如图7－4（a）所示。

2）柱下十字交叉基础

当上部荷载较大、地基土质较差，采用条形基础不能满足地基承载力要求，或是需要增强基础的整体刚度来减少不均匀沉降时，可在柱网下纵横两方向设置钢筋混凝土条形基础形成如图7－4（b）所示的十字交叉基础。由于在纵横两向均具有一定的刚度，柱下十字交叉条形基础具有良好的调整不均匀沉降的能力。

图7－4 柱下条形基础

3）筏板基础

当上部荷载大、地基特别软弱或有地下室时可采用钢筋混凝土筏板基础。筏板基础像一个倒置的整体刚度很大的无梁楼盖，它能很好地适应上部结构荷载的变化及调整地基的不均匀沉降。按构造的不同它可分为平板式和梁板式两类，见图7－5。平板式是柱子直接支承在钢筋混凝土底板上，形若倒置的无梁楼盖。按梁板的位置不同，梁板式又可分为上梁式和下梁式，其中下梁式底板表面平整，可作建筑物底层地面。梁板式基础的刚度较大，能承受更大的弯矩。筏形基础可用于框架、框剪、剪力墙结构，还广泛应用于砌体结构。

图7－5 筏形基础

4）箱形基础

为了使基础具有更大刚度，基础可做成由钢筋混凝土整片底板、顶板和若干钢筋混凝土纵横墙组成的箱形基础，见图7－6。这种基础整体抗弯刚度相当大，基础的空心部分可做地下室。另外，由于埋深较大和基础空腹，卸除了基底处原有的地基自重压力，大大减少了基础底面的附加压力，所以这种基础又称为补偿基础。箱形基础整体抗弯刚度很大，使上部结构不易开裂，调整不均匀沉降能力强；由于空腹，可减少基底的附加压力；埋深大，稳定性较好。箱形基础在高层建筑及重要的建筑物中常被采用。但箱形基础耗用的钢筋及混凝土较多，还需考虑基坑支护和降水、止水问题，并且施工技术复杂。

图7－6 箱形基础

1—外墙；2—顶板；3—内墙；4—上部结构

4．壳体基础

壳体基础有正圆锥壳、M型组合壳和内球外锥组合壳等型式，如图7－7所示。适用于一般工业与民用建筑柱基和筒形的构筑物（如烟囱、水塔、料仓、中小型高炉等）基础。这种基础使径向内力转变为压应力为主，可比一般梁板式的钢筋混凝土基础减少混凝土用量50％左右，节约钢筋30％以上，具有良好的经济效果。但壳体基础修筑土胎、布置钢筋及浇捣混凝土等施工工艺复杂，技术要求较高。

图7－7 壳体基础

三、任务实施

【例7－1】 某工程基础选择案例。

影响基础选型的因素很多，主要有建筑物性质及荷重、场地工程地质条件、水文地质条件、建筑物的基础埋深、邻近建筑基础类型的选取及施工条件限制等。在工程实践中应根据不同的工程特点进行基础选型，但应在确保建筑物安全使用的前提下本着方便施工和节省投资的原则选择经济合理的基础类型。

从经济上比较依次为（造价由低到高）：天然基础、独立基础、条形基础、桩基础、筏形基础、箱形基础。

1．工程简介

某教学楼为框架结构，首层层高4．2m，2～6层层高均为3．6m；首层为阶梯教室，2层为图书馆，层高均为6m。地基大部分为浅埋的硬塑黏土，地基承载力200kPa；教室部分约有1／3的地基为淤质黏土，地基承载力仅80kPa；黏土层下为微风化灰岩，埋深为6～8m。

2．基础选型

根据岩土勘察资料，硬塑黏土为良好的持力层，而淤质黏土承载力低下，不经处理无法作为持力层，而灰岩承载力高，可作为良好的桩端持力层。由于6层教室荷载较大，又无法以淤质黏土为持力层，故初步选择以灰岩为桩端持力层，采用人工挖孔灌注桩，以充分利用灰岩的承载力。而阶梯教室、图书馆仅两层，竖向荷载较小，由于是大跨结构，柱脚弯矩较大，故选择以硬塑黏土为持力层，采用柱下独立基础，利用独立基础进行抗弯设计。两者层数不同，荷载不同，持力层不同，基础型式也不同，在两者之间设置了沉降缝，将两者完全分开。

3．施工现场处理

在施工桩基时，由于灰岩坚硬，并且部分灰岩存在溶洞，采取炸药爆破作为施工手段。在爆破施工时，附近的两层砖砌旧民居出现震动、墙体开裂的现象，遭到居民的投诉，不得不暂停施工。根据施工现场的实际情况，对地基进行局部开挖，探明淤质黏土是由于硬塑黏土低洼部分遭到水沟漏水长期浸泡而成，如果进行地基处理，还是可以作为持力层的。深层搅拌桩是通过专用的深层搅拌机械钻入软弱地基深部，喷射特定的固化剂同时将软弱土层和固化剂搅拌均匀，使软弱土层硬结而提高地基土的强度的地基处理工法，工艺成熟，施工简便，是一种经济可行的软弱地基处理技术。但根据以往经验，地基处理后建筑的沉降相对较大，为了避免出现不均匀沉降，在硬塑黏土和淤质黏土分界线上设置了沉降缝，基础型式转而改用柱下十字条形基础，以增大基础的整体性，减小不均匀沉降。

4．地基处理

经过计算，对淤质黏土采用深层搅拌桩进行地基处理。深层搅拌桩桩径d＝500mm，桩长6 000mm，间距750mm，按梅花状布置，面积置换率m＝0．35，固化剂采用425标号水泥，掺入量为土重的12％，设计地基承载力为180kPa。施工严格按《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）进行施工及验收。深层搅拌桩施工完成90d后由地质勘察部门进行了现场载荷试验，试验结果表明地基承载力和沉降都满足设计指标。

本工程已竣工并投入使用，近期在工程回访时未发现墙体开裂、建筑倾斜等不良现象，沉降缝两边无明显沉降差，没有出现不均匀沉降，能够满足教学楼的正常使用，说明地基处理是成功的。

5．结论

本工程从开工到竣工，历时两年。开始选择桩基础型式，是因为桩基础承载力高，施工方便快捷，比较经济。但由于爆破施工引起附近民居开裂，不得不进行基础变更，对已经开挖的桩孔采用砂石回填密实。在地基处理的同时，还要考虑到地基处理后的沉降稳定性，因而选择基础刚度和基础整体性更好的十字条形基础。考虑到硬塑黏土和进行地基处理后的淤质黏土之间的压缩模量不同，最终沉降量也不同，在两种地基土的分界线设置了沉降缝，以避免由于两边建筑最终沉降量不同造成建筑出现开裂。从本工程实例中可以看到，基础型式要根据建筑的上部结构型式和柱脚内力、地基土的承载力大小和埋深、有无软弱地基进行综合的比较，才能选出安全可靠、经济性较好的基础型式。

6．其他建议

（1）基础选型、埋深、布置是否合理。一般红黏土层上的浅基础宜浅埋，充分利用硬壳层，但不得小于0．5m。基础类别不宜超过2种。注意放在不同持力层、荷载差别大、地基较软弱、持力层厚薄不均匀等情况的基础沉降差应有控制措施，如设置沉降缝或调整基底附加压力，采用墙下扩展基础、十字交叉基础、人工挖孔桩等基础形式。多层砌体结构优先采用无筋扩展基础，地基较软弱时应设置基础圈梁。高层建筑基础埋深满足《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）中第5．1．3条，人工挖孔桩埋深由有可靠侧向限制的深度计算至承台底，无承台的可以算至柱纵向钢筋的锚固深度。浅基础基底不在同一深度时应放阶，局部软弱地基应处理。抗震设防区独立基础和人工挖孔桩应设置双向拉梁。

（2）地基承载力及变形计算要规范。符合《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）要求。承载力应根据《岩土勘察报告》提供，基底交叉处面积不得重复计算。注意地基基础荷载效应的取用，地基承载力计算采用标准组合、地基变形计算采用准永久组合、基础内力和强度计算采用基本组合。注意需要进行地基变形计算的范围。

（3）地基处理设计时，应考虑上部结构，基础和地基的共同作用，必要时应采取有效措施，加强上部结构的刚度和强度，以增加建筑物对地基不均匀变形的适应能力。对已选定的地基处理方法，宜按建筑物地基基础设计等级，选择代表性场地进行相应的现场试验，并进行必要的测试，以检验设计参数和加固效果，同时为施工质量检验提供相关依据。

（4）常用的地基处理方法有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。地基处理后，建筑物的地基变形应满足现行有关规范的要求，并在施工期间进行沉降观测，必要时应在使用期间继续观测，用以评价地基加固效果和作为使用维护依据。复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。地基土为欠固结土、膨胀土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土时，设计要综合考虑土体的特殊性质，选用适当的增强体和施工工艺。复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定。

四、任务小结

做在天然地基上、埋置深度小于5m的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5m但小于基础宽度的大尺寸基础，统称为天然地基上的浅基础。浅基础可分为无筋扩展基础、钢筋混凝土扩展基础和钢筋混凝土梁板基础。无筋扩展基础，如砖基础、毛石基础及灰土基础或三合土基础等；钢筋混凝土扩展基础，如墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础等；钢筋混凝土梁板基础，如柱下条形基础、柱下十字交叉梁基础、筏形基础和箱形基础等；壳体基础的技术要求较高。

五、拓展练习

1．浅基础的概念是什么？

2．无筋扩展基础的特点是什么？

3．一个三层高的商场，因受地域限制，该商场设计为一字型，由沉降缝将其分为三部分。其中第一、第二部分有地下室，深4．8m，第三部分没有地下室，上部结构层数相同。周围有建筑物，相距约4m。考虑地下室防水，故采用筏板基础，请问第三部分是否能单纯采用独立基础，对周围住宅楼和商业楼而言相对安全，还是统一采用筏板基础？哪一种更经济？请结合实际情况讨论基础该如何选型。