建筑工程概论：基础与地下室的重要关系

任务情景

意大利著名的比萨斜塔（图5-1）倾斜的原因是由于地基土质较差，基础埋置较浅，仅3.05m，在建到第三层时，基础发生不均匀沉降。塔顶中心点偏离中心线2.1m，现已偏离5.2m，终成斜塔。

任务分析

基础埋深越小，基础造价越低，但基础若没有足够的土层包围，基底土层受到压力后，把基础四周的土挤出，基础将产生滑移而失稳，故同时规定基础埋深不应小于0.5m。

基础的作用是把建筑上部的荷载传给地基。因此地基必须坚固、稳定而可靠。

图5-1 比萨斜塔

知识精讲

一、概述

基础是建筑物的组成部分，它承受建筑物上部结构传递下来的全部荷载，并把这些荷载连同本身的重量一起传到地基上。地基是基础下面的土层，承受由基础传下的荷载。地基不是建筑物的组成部分。地基在稳定情况下，单位面积所能承受的最大垂直压力称地基的容许承载力，也称为地耐力。

地基与基础密切相关。地基、基础出现问题，往往难以补救。从工程造价上看，一般四、五层民用建筑，其基础工程的造价占总造价的10％～20％。

地基有天然地基和人工地基之分。凡具有足够的承强力和稳定性，不需要进行处理加固便能直接建造房屋的地基称为“天然地基”，如岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土等。预先对地基进行了压实、换层、挤密、排水等加固处理的地基则称为“人工地基”。地基应满足以下几点要求：

（1）强度方面的要求，即要求地基有足够的承载力。

（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，以防止建筑物上部变形开裂。

（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（特别是高度差较大时）应加设挡土墙。

地基与基础之间，有着极为密切的关系。基础的类型与构造并不完全决定于建筑物上部结构，它与地基土的性质有着密切关系。具有同样上部结构的建筑物建造在不同的地基上，基础的形式与构造可能是完全不同的。

二、基础

1.基础的埋置深度

从室外设计地面至基础底面的垂直距离称为基础的埋置深度，简称基础的埋深（图5-2）。建筑物上部荷载的大小、地基土质的好坏、地下水位的高低、土的冰冻深度以及新旧建筑物的相邻交接关系等，都将影响基础的埋深。基础埋深大于5m的称为深基础，埋深小于5m的称为浅基础。在保证坚固安全的前提下，从经济和施工角度考虑，对一般民用建筑基础应尽量设计为浅基础。但如地层表面有一层松散的腐殖土，则不宜做地基，故埋深一般不得小于0.5m。

图5-2 基础的埋置深度

影响基础埋置深度的因素有以下方面。

（1）与地基的关系，基础要建造在坚实可靠的地基上，不能设置在承载能力低、压缩性高的软弱土层上。

（2）地下水位的影响，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。基础应争取埋在最高水位以上。地下水位较高，应将基础底面埋置在最低地下水位以下200mm。

（3）冻结深度与基础埋深的关系：基础应埋置在冻土线以下200mm北京冻土：0.8～1.0m若产生冻胀，会把房屋向上拱起土层解冻，基础又下沉。这种冻融交替，使房屋处于不稳定状态，产生变形，如墙身开裂、门窗倾斜而开启困难。

（4）其他因素对基础埋深的影响，如相邻基础的深度，拟建建筑物是否有地下室、设备基础等因素的影响。

2.基础的类型

（1）按基础使用的材料与受力特点分类

1）刚性基础

刚性基础指用砖、石、灰土、混凝土等抗压强度大而抗弯、抗剪强度小的材料做的基础（受刚性角的限制），用于地基承载力较好、压缩性较小的中小型民用建筑。刚性角α是指基础放宽的引线与墙体垂直线之间的夹角（图5-3），刚性基础底部扩展部分不超过基础材料刚性角。抗压强度高，而抗拉、抗剪强度较低的材料就称为刚性材料，常用的有砖、灰土、混凝土、三合土、毛石等。

图5-3 刚性基础

刚性基础的优点是施工技术简单，材料可就地取材，造价低廉。刚性基础常用于地基承载力较好、压缩性较小的中小型民用建筑。一般砖混结构的房屋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熟性土按一定比例拌和而成的。其配合比常用石灰：熟性土＝3∶7，俗称“三七”灰土。灰土基础适用于干燥地区的简易建筑。其优点是施工简便，造价较低，就地取材，可节省水泥和砖石等材料。

②砖基础。砖基础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。砖基础的逐步放阶形式称为大放脚（图5-4）。为节省大放脚的材料，可在砖基础的下部做灰土垫层，形成灰土砖基础。砖基础施工简便，适用于荷载较小的建筑或非承重墙基础。

图5-4 砖基础

③三合土基础。这种基础是用石灰、砂、碎砖等三种材料，按1∶2∶4或1∶3：6的体积比进行配合，在基槽内分层铺垫、夯实。这种基础在我国南方应用很广。它的特点是造价低廉，施工简便，但强度较低，所以只能用于四层以下的一般民用建筑及单层轻型厂房的承重墙基础。

④毛石基础。毛石基础是用开采后未经加工成形的石块，采用不小于M5的砂浆砌筑而成的。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。毛石基础的优点是可以就地取材，但整体性欠佳，故有震动的建筑很少采用。

⑤混凝土基础。混凝土基础的优点是强度高，整体性好，适用于潮湿的地基或有水的基槽中。

⑥毛石混凝土基础。为节约水泥用量，对于体积较大的混凝土基础，可在浇注混凝时加入20％～30％的毛石，这种基础叫毛石混凝土基础。

2）柔性基础

当建筑物荷载较大或地基承载力较差，如果按刚性角逐步放宽基础，则需要很大的埋置深度，不仅增加土方工程量，而且使材料用量增加，这对工期和造价都不利。此时，可在混凝土基础的底部配置钢筋，利用钢筋承受拉力，使基础底部能够承受较大弯矩。这种钢筋混凝土基础底部宽度的加大不受刚性角的限制，故也称为柔性基础（图5-5）。柔性基础具有较大的抗拉、抗弯能力，普遍用于单层、多层民用与工业建筑中。在同等条件下，柔性基础可节省大量材料和挖土工作量。

图5-5 钢筋凝土基础

为了保证钢筋混凝土基础施工时钢筋不致陷入泥土中，常需在基础与地基之间设置混凝土垫层。垫层一般采用C10素混凝土，厚度70～100mm，垫层两边应伸出底板各100mm。

（2）按基础的构造形式分类

1）条形基础

当建筑物上部结构采用砖墙或石墙承重时，基础的形式多为沿墙身设置的长条形基础，这种基础称为条形基础或带形基础（图5-6）。墙承式的建筑多采用条形基础。

2）独立基础

当建筑物上部结构采用框架结构或单层排架及门架结构承重时，其基础常采用方形或矩形的钢筋混凝土独立基础。独立基础是柱下基础的基本形式，也称柱式基础。当采用现浇柱时，柱与基础整体浇注，如图5-7所示。当柱采用预制构件时，基础做成杯口形，然后将柱子插入并嵌固在杯口内，故称杯口基础。

图5-6 条形基础

图5-7 独立基础

3）筏形基础

当建筑物上部荷载较大，而所在地的地基承载力又较弱，常将墙或柱下基础连成一片，使整个建筑物的荷载承受在一块整板上，这种满堂式的板式基础称筏式基础。筏式基础分为平板式和梁板式两种，如图5-8所示。

图5-8 筏形基础

4）箱形基础

箱形基础由钢筋混凝土的底板、顶板和若干纵横墙组成，形成空心箱体的整体结构，共同承受上部结构荷载（图5-9）。箱形基础的中空部分往往用作地下室或地下停车库。箱形基础的整体空间刚度大，对抵抗地基的不均匀沉降有利，一般适合于高层建筑或在软弱地基上建造的重型建筑物。

5）桩基础

当建筑物荷载很大，地基土软弱，地基承载力不能满足要求时，常常采用桩基（图5-10）。桩基通常被称为桩基础，其实它是地基加固的一种方式。采用桩基础可以节省材料，减少土方开挖工程量，近年来已经广泛采用。

图5-9 箱型基础

图5-10 桩基础的组成(www.xing528.com)

桩的种类很多。按材料可以分为木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩等；按受力性质不同，可以分为端承桩和摩擦桩；按施工方式，可分为预制桩和灌注桩；按桩的入土方法，可分为打入桩、震入桩、压入桩等。

当前采用最广泛的是钢筋混凝土桩。钢筋混凝土预制桩制作简单且易保证质量，但桩的造价较高。预制桩采用打入法施工时，有较大的震动和噪声，对环境不利，在城市市区已很少采用。预制桩常采用静压法施工，以减少作业时产生的震动和噪声。钻孔灌注桩是高层建筑中常见的桩基形式。这种施工方式是采用钻孔机械在桩位上钻孔，然后在孔内灌注混凝土。如果设计需要布置钢筋的，则在成孔后放入钢筋笼，然后再浇注混凝土。钻孔灌注桩的优点震动和噪声较小，施工方便，造价较低，特别适用于周围有危险房屋或深挖基础不经济的情形，由于这种施工方式产生的噪声与其他方式比较相对较小，对环境保护有利，因此，在城市市区建房中被广泛采用。

[例5-1] 基础工程失败著名实例

1. 苏州虎丘塔

苏州虎丘塔，如图5- 11所示，建于五代周显德六年至北宋建隆二年（公元959—961），7级八角形塔砖，塔顶直径13.66m，高47.5m，重63000k N。其地基土层由上至下依次为杂填土、块石填土、亚黏土夹块石、风化岩石、基岩等，由于地基土压缩层厚度不均匀及砖砌体偏心受压等原因，造成该塔向东北方向倾斜。1956—1957年对上部结构进行修缮，但使塔重增加了200k N，加速了塔体的不均匀沉降。1967年，塔顶位移为1.7m，到1978年发展到2.3m，重心偏离基础轴线0.924m，砌体多处出现纵向裂缝，部分砖蹲应力已接近极限状态。

图5- 11 苏州虎丘

后在塔周建造一圈桩排式地下连续墙，并采用注浆法和树根桩加固塔基，基本遏制了塔的继续沉降和倾斜。

2.意大利比萨斜塔

意大利比萨斜塔于1173年9月8日动工，至1178年建至第四层中部高度29米时，因塔明显倾斜而停工，1272年复工，经六年时间建完第七层，高48米，再次停工，中断82年。1360年再次复工，1370年竣工，前后经历二百年。

该塔共8层，高55m。地基持力层为粉砂，下面为粉土和黏土层。由于地基的不均匀下沉，塔向南倾斜，南北两端沉降差1.8m，塔顶离中心已达5.27m，倾斜5.5°，如图5-11所示。

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黏土相间形成，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分进行观测后得出的。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。

三、地下室

一些多层与高层建筑往往设置地下室。设置地下室不仅可增加一些使用面积，也可满足人防和地下设备层的使用需要。地下室要求有坚固的培板与楼地板，并解决好防潮、防水、采光、照明与通风等问题。

1.地下室的类型

（1）按使用性质分类

按使用性质分类，地下室可分为普通地下室与人防地下室。

1）普通地下室

普通地下室一般用作高层建筑的地下停车库、设备用房。根据用途与结构需要可做成一层或二、三层地下室（图5-12）。

图5-12 地下室示意图

2）人防地下室

人防地下室是结合人防要求设置的地下空间。人防地下室应妥善解决紧急状态下的人员隐蔽与疏散，应有保证人身安全的技术措施。

（2）按埋入地下深度分类

按埋入地下深度分类，地下室可分为全地下室与半地下室。

1）全地下室

全地下室是指地下室地坪面低于室外地坪面高度超过该房间净高1/2者。

2）半地下室

半地下室是指地下室地坪面低于室外地坪面高度超过该房间净高1/3，且不超过1/2者。半地下室可利用高出室外地面的侧墙开设窗口，解决室内的采光与通风问题。

2.地下室的防潮、防水构造

防水、防潮是地下室设计中要解决的重要问题。忽视防水、防潮工作，会造成地潮或地下水侵蚀地下室，严重时致使地下室不能使用，甚至影响到建筑物的耐久性。确定防水、防潮方案，要以地下室的标准、结构形式、水文地质条件为依据。

（1）地下室的防潮

当地下水的常年水位和最高水位都在地下室地坪标高以下时，地下水不能直接侵入室内；墙和地坪将受到土层中地潮的影响。地下室为砖砌体结构时，应做防潮处理，防止土层中的毛细管水和地面水下渗而造成的无压水对地下室造成侵蚀。

地下室的防潮构造的要求是：墙体必须采用水泥砂浆砌筑且灰线饱满；设置防潮层，防潮层包括垂直防潮层和水平防潮层。

垂直防潮层设置在外墙外侧，一般先抹一层20mm厚水泥砂浆找平，然后刷一道冷底子油和两道热沥青至室外地坪散水坡处，再在防潮层外侧回填500mm左右宽的低渗透性土壤（黏土、灰土等）。并逐层夯实，以防地表水的影响，如图5-13（a）所示。

水平防潮层必须设两道。一道设在地下室地坪附近，一般设在地坪的结构层之间，另一道设在室外地面散水坡以上150～200mm的位置，以防地潮沿地下墙身或勒脚处墙身侵入室内，如图5-13（b）所示。

当地下室为混凝土构造时，混凝土可起到防潮的作用，不必再做防潮处理。

图5-13 地下室防潮处理

（2）地下室的防水

当设计最高地下水位高于地下室地坪，地下室外墙受到地下水侧压力的影响，地坪受到地下水浮力的影响，此时必须考虑对地下室外场做垂直防水和对地坪做水平防水处理。

地下室防水一般采用隔水法。它是利用材料本身的不进水性，以隔绝地下水的渗透。根据所用材料划分，防水可分为刚性防水和柔性防水两大类。

1）刚性防水

刚性防水材料是以水泥、砂石为原料或掺入少量外加剂配制而成的具有一定抗渗能力的水泥砂浆或混凝土防水材料。

防水混凝土的防水效果可通过两个途径获得：集料级配，掺入外加剂。集料级配主要是采用不同粒径的骨科进行级配，同时提高混凝土中水泥砂浆的含量，以提高混凝土的密实性。掺入外加剂是在混凝土中掺入加气剂或密实剂以提高抗渗性能。防水混凝土外墙和底板不宜太薄，一般厚度应在250mm以上，迎水面保护层厚度不应小于50mm，否则会影响抗渗效果。防水混凝土结构底板的混凝土垫层，强度等级不应小于C15，厚度不应小于100mm，在软弱土层中不应小于150mm。

为防止地下水对混凝土的侵蚀，在墙外侧应抹水泥砂浆找平，然后外涂防水涂料或刷冷底子油一道、热沥青两道（图5-14）。

2）柔性防水

柔性防水材料是具有一定弹性及柔软性，能适应一定程度变形的材料，如沥青系防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材，以及涂膜防水材料，如焦油聚氨酯涂料、硅橡胶等。

图5-14 防水混凝土做地下室处理

卷材防水适用于受侵蚀性介质作用或振动作用的地下室。铺贴卷材时应使底板的防水层与场面的防水层相互搭接形成封闭，并做好转角处卷材的保护工作。铺贴卷材前，应在基面上涂刷基层处理剂，当基面较潮湿时，应涂刷湿固化型胶黏剂或潮湿界面隔离剂，基层处理剂应与卷材及胶黏剂的材性相容。铺贴高聚物改性沥青卷材应采用热熔法施工，铺贴合成高分子卷材用冷贴法施工。根据防水层位置，卷材防水分外防水和内防水（图5-15）。外防水是将防水层贴在地下室外墙的外表面，这对防水有利，但维修困难；内防水是将防水层贴在地下室的外墙的内表面，这样施工方便，容易维修，但对防水不利，故常用于修缮工程。

图5-15 卷材防水

以目前地下室的结构类型看，广泛采用了钢筋混凝土结构，因此，一般利用钢筋混凝土本体防水，而卷材、涂膜防水用作辅助防水。随着新型防水材料的不断涌现，地下室防水处理也在不断更新。

除上述防水措施外，还可采用人工降排水的方法，消除地下水对地下室的影响。降排水法分为外排法和内排法。外排法指当地下水位高出地下室地面以上时，采取在建筑物四周设置永久性降排水设施，通常采用盲沟排水，使地下水位降低到地下室底板以下，变有压水为无压水。城市总排水管高于盲沟时，则采用人工排水泵将积水排出。内排水法是将渗入地下室内的水，通过永久性自流排水系统如集水沟排至集水井，再用水泵排除。在构造上常将地下室地坪架空或设隔水间层，以保持室内墙面和地坪干燥。为确保防水效果，有些重要的地下室，既做外部防水设施，又设置内排水设施。

课堂提问

1.什么是基础？什么是地基？二者有何联系？

2.基础的作用是什么？什么是深基础？什么是浅基础？

3.什么是刚性基础？什么是柔性基础？

4.地下室的防潮防水通常采取哪些措施？