基础的类型有很多,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、柔性基础;从基础的构造形式划分,可分为条形基础、独立基础、筏形基础、箱形基础等。
1)按所用材料及受力特点分类
(1)刚性基础
刚性基础指用砖、灰土、混凝土、三合土、毛石等受压强度大而受拉强度小的刚性材料建成的基础。由于刚性材料的特点,这种基础只适用于受压而不适用于受弯、受拉和剪力,因此基础剖面尺寸必须满足刚性条件的要求。
由于地基承载力的限制,上部结构通过基础将其荷载传给地基时,为使其单位面积所传递的力与地基承载力设计值相适应,以台阶的形式逐渐扩大其传力面积,这种逐渐扩大的台阶称为大放脚。
根据实验得知,刚性材料建成的基础在传力时只能在材料允许的控制范围内,这个控制范围的夹角称为刚性角,以(°)表示,即控制基础挑出长度b与H之比(通常称为宽高比)。在刚性角控制范围内,基础底面不会产生拉应力,基础不会被破坏。如果基础底面宽度超过刚性角控制范围,即b增大为B,这时从基础受力方面分析,挑出的基础相当于一个悬臂梁,基础底面将受拉。当拉应力超过材料的抗拉强度时,基础底面将因受拉而开裂,并由于裂缝扩展而使基础破坏。因此,刚性基础宽度的增大受到刚性角的限制,不同材料的刚性角是不同的,例如砖基础的宽高比为1∶1.50,毛石基础的宽高比为1∶1.25～1∶1.50,混凝土基础的宽高比为1∶1,灰土基础的宽高比为1∶1.25～1∶1.50。刚性基础常用于建筑物荷载较小、地基承载力较好、压缩性较小的地基上。
刚性基础的受力、传力特点如图3.18所示。
图3.18 刚性基础的受力、传力特点
①砖基础。砌筑砖基础的普通黏土砖,其强度等级要求在MU7.5以上,砂浆强度等级一般不低于M5。砖基础采用逐级放大的台阶式,为了满足刚性角的限制,其台阶的宽高比应小于1∶1.5,一般采用每两皮砖挑出1/4砖或每两皮砖挑出1/4砖与每一皮砖挑出1/4砖相间的砌筑方法。砌筑前基槽底面要铺20mm厚砂垫层或灰土垫层。砖基础具有取材容易、价格低廉、施工方便等特点。由于砖的强度及耐久性较差,故砖基础常用于地基土质好、地下水位较低、5层以下的砖混结构中。
图3.19所示为砖基础构造(两皮一收)。
图3.19 砖基础构造(两皮一收)
②毛石基础。毛石基础是由石材和不小于M5砂浆砌筑而成。毛石是指开采未经雕琢成形的石块,形状不规则。石材的抗压强度高,抗冻、抗水、抗腐蚀性能均较好,因此毛石基础可以用于地下水位较高、冻结深度较大的底层或多层民用建筑,但整体性欠佳,有震动的房屋很少采用。
毛石基础的剖面形式多为阶梯形,如图3.20所示。基础顶面要比墙或柱每边宽出100mm。基础的宽度、每个台阶挑出的高度均不宜小于400mm,每个台阶挑出的宽度不应大于200mm。为满足刚性角的限制,其台阶的宽高比应小于1∶1.25～1∶1.50。当基础底面宽度小于700mm时,毛石基础可做成矩形截面。
图3.20 毛石基础构造
③灰土与三合土基础(图3.21)。灰土是由粉状的石灰与松散的粉土加适量水拌和而成,用于灰土基础的石灰与粉土的体积比为3∶7或4∶6,灰土每层均需铺220mm厚,夯实后厚度为150mm。由于灰土的抗冻性、耐水性差,故灰土基础适用于地下水位较低的低层建筑。三合土是由石灰、砂、骨料(碎石、碎砖或矿渣),按体积比1∶3∶6或1∶2∶4加水拌和而成。三合土基础的总厚度H>300mm,宽度B>600mm。三合土基础广泛用于南方地区,适用于四层以下的建筑。与灰土基础一样,三合土基础应埋在地下水位以上,顶面应在冰冻线以下。
图3.21 灰土与三合土基础
④混凝土基础。混凝土基础具有坚固、耐久、耐腐蚀、耐水等特点,与前几种基础相比其刚性角较大,应用于地下水位较高和有冰冻的地方。由于混凝土可塑性强,基础断面形式可做成矩形、阶梯形和锥形。为方便施工,当基础宽度小于350mm时,多做成矩形;大于350mm时,多做成阶梯形。当基础底面宽度大于2000mm时,还可做成锥形,锥形断面能节约混凝土,从而减轻基础自重。混凝土基础的刚性角α为45°,阶梯形断面宽高比应小于1∶1或1∶1.5。
⑤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,可以在浇筑混凝土时加入20%～30%的粒径不超300mm的毛石,这种基础称为毛石混凝土基础(图3.22)。所用毛石尺寸应小于基础宽度的1/3,且毛石在混凝土中应均匀分布。当基础埋深较大时,也可将毛石混凝土做成台阶形,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。
图3.22 毛石混凝土基础
(2)柔性基础
柔性基础一般是指钢筋混凝土基础(图3.23、图3.24)。当建筑物的荷载较大、地基承载力较小时,基础底面B必须加宽,如果仍采用砖、混凝土等刚性材料作基础,势必加大基础的深度,这样既增加了土方工程量,又增加了材料的用量。特别是基础遇到有软弱土层而不宜深埋时,应充分利用持力层好的土的承载力。如果在混凝土基础的底部配以钢筋,利用钢筋来承受拉应力,使基础底部能够承受较大的弯矩,这时基础宽度的加大不受刚性角的限制,故称钢筋混凝土基础为柔性基础。
图3.23 钢筋混凝土基础
图3.24 钢筋混凝土基础示意图
钢筋混凝土基础尽量浅埋,这种基础相当于一个受均布荷载的悬臂梁,因此它的截面高度向外逐渐减少,最薄处的厚度应≥200mm,受力钢筋的数量应通过计算确定,但钢筋直径不宜小于8mm,混凝土强度等级不宜低于C15。为使基础底面均匀传递对地基的压力,常在基础下用不低于C10的混凝土做垫层,其厚度宜为70～100mm。设垫层时,钢筋距基础底面的保护层厚度不宜小于35mm;不设垫层时,钢筋距基础底面不宜小于70mm,以保护钢筋免遭锈蚀。
2)按基础的构造形式分类
基础形式根据建筑物上部结构形式、荷载大小及地基允许承载力情况确定。常见的有下述几种。
(1)条形基础
当建筑物为砖或石墙承重时,承重墙下一般采用通常的长条形基础,具有较好的纵向整体性,可减缓局部不均匀下沉,这种基础称为条形基础或带形基础(图3.25)。一般中小型建筑常采用砖、混凝土、石或三合土等材料砌成的刚性条形基础。
当建筑物为框架结构柱承重时,若柱间距较小或地基较弱,也可采用柱下条形基础,将柱下的基础连接在一起,使建筑物具有良好的整体性。柱下条形基础还可以有效防止不均匀沉降。(www.xing528.com)
图3.25 条形基础三维模型
条形基础(实物)如图3.26所示。
图3.26 条形基础(实物)
(2)独立基础
当建筑物为框架结构或单层排架结构承重时,且柱间距较大,常采用方形或矩形的独立基础,称为独立基础或柱墩式基础。常用的断面形式有阶梯形(图3.27)、锥形(图3.28)、杯形(图3.29)等。其优点是可减少土方工程量、便于管道穿过、节约材料。但独立基础间无构件连接,整体性较差,因此适用于土质均匀、荷载均匀的框架结构建筑。当柱采用预制构件时,则基础做成杯口形,柱插入并嵌固在杯口内,故又称为杯形基础。
图3.27 阶梯形独立基础
图3.28 锥形独立基础
图3.29 杯形独立基础
独立基础(实物)如图3.30所示。
图3.30 独立基础(实物)
(3)井格基础
当框架结构处于地基条件较差的情况或上部荷载较大时,为了提高建筑物的整体刚度,避免不均匀沉降,常将独立基础沿纵横向连接在一起,形成十字交叉的井格基础,如图3.31所示。
图3.31 井格基础
(4)满堂基础
满堂基础包括筏形基础和箱形基础。
①筏形基础。当地基条件较弱或建筑物的上部荷载较大,如采用简单条形基础或井格基础不能满足要求时,常将墙或柱下基础连成一片,使其建筑物的荷载承受在一块整板上,称为筏形基础。筏形基础有平板式(无梁式)和梁板式(图3.32)两种,前者板的厚度大,构造简单;后者板的厚度较小,但增加了双向梁,构造较复杂。
平板式(无梁式)筏板基础三维模型如图3.33所示。
图3.32 梁板式筏形基础
图3.33 无梁式筏板基础三维模型
不埋板式基础是筏形基础的另一种形式,是在天然地表面上,用压路机将地表土碾压密实,在较好的持力层上浇筑钢筋混凝土基础,在构造上使基础如同一只盘子反扣在地面上,以此来承受上部荷载。这种基础大大减少了土方工程量,且适宜于较弱地基,特别适宜于5～6层整体刚度较好的居住建筑,但在冻土深度较大地区不宜采用,故多用于南方,如图3.34所示。
图3.34 不埋板式基础
②箱形基础。当地基条件较差、建筑物的荷载很大或荷载分布不均而对沉降要求甚为严格时,可采用箱形基础。箱形基础是由底板、顶板、侧墙及一定数量的内墙构成的刚度较好的钢筋混凝土箱形结构,是高层建筑一种较好的基础类型。箱形基础的内部空间可作为地下室的使用房间,如图3.35所示。
图3.35 箱形基础
图3.36 箱形基础示意图
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