基础工程学|无筋扩展基础探秘

为扩散上部结构传来的荷载，使作用在基底的压应力满足地基承载力的设计要求，且基础内部的应力满足材料强度的设计要求，通过向侧边扩展一定底面积的基础称为扩展基础。无筋扩展基础是用混凝土、毛石混凝土、砖、三合土及灰土等材料建造的不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础，它是建（构）筑物最常用的基础形式。其工程造价低，施工难度较小，工程进度快，当基础的荷载不太大时，若地基承载力、地基变形及稳定性均能满足要求，可首先考虑选用无筋扩展基础。

因无筋扩展基础受荷载后所产生的挠曲变形很小，也称为刚性基础。刚性基础施工较方便，基础稳定性好，且能承受较大荷载。例如，在地基强度满足要求的前提下，刚性基础适用于六层和六层以下（三合土基础不宜超过四层）多层民用建筑和轻型厂房。虽然刚性基础是民用及工业建筑首先考虑的基础形式，但因其自重大，当地基土层强度低时，由于对基础底面尺寸有一定限制（基础宽度b宜小于2.5m），需对地基进行加固处理之后才能采用，否则，会因荷载压力超过地基强度而影响结构功能的正常使用。对上部荷载较大且对差异变形敏感的结构物，在土质较差且厚度较大的情况下也不宜采用。

刚性基础平面尺寸较上部承重构件（柱、墩、台底面）截面尺寸大，根据地基土强度、基础厚度、埋深及施工方法不同，基础每边最小需扩大200～500mm，而扩大的最大尺寸又受材料刚性角α的限制，如图2-9所示。在荷载（包括基础自重）作用下，基底承受着强度为pk的地基反力，基础的悬出部分（上部承重构件以外部分）相当于承受着强度为pk的均布荷载的悬臂梁，如图2-10所示。只要实际的刚性角α不大于基础材料刚性角限值αmax，就能保证基础内产生的拉应力和剪应力不超过材料的允许抗拉和抗剪强度。此时，既发挥了刚性基础抗压强度高的特点，又不致于因基础的抗拉、抗剪强度低而遭破坏。所以，刚性基础的截面必须满足刚性角的要求。

施工时，常常将基础砌筑成台阶形式，为满足台阶各层次宽高比在刚性角范围之内，b2/H0应在允许值范围内，如图2-9所示。

图2-9　刚性基础构造示意图

d—柱中纵向钢筋直径
（a）墙下刚性基础；（b）柱下刚性基础

各种材料砌筑的刚性基础，其质量要求及台阶宽高比的允许值如表2-15所示，且基础底面宽度、长度均应满足式（2-29）的要求：

式中：b——基础底面宽度（m）；

H0——基础高度（m）；

b0——基础顶面墙体或柱脚宽度（m）；

tanα——基础台阶宽高比允许值。

图2-10　刚性基础受弯破坏

表2-15　无筋扩展基础台阶宽高比的允许值

注：①pk为荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力（kPa）；
②阶梯形毛石基础的每阶伸出宽度，不宜大于200mm；
③当基础由不同材料叠合组成时，应对接触部分作抗压验算；
④对混凝土基础，当pk＞300kPa时，尚应按下式验算墙（柱）边缘或变阶处的受剪承载力：Vs≤0.366ftA
式中：Vs——相应于荷载效应基本组合时的地基土平均净反力产生的沿墙（柱）边缘或变阶处单位长度的剪力设计值（kN）；
ft——混凝土轴心抗拉强度设计值（kPa）；
A——沿墙（柱）边缘或变阶处混凝土基础单位长度面积（m2）。

砖基础俗称大放脚，其各部分的尺寸应符合砖的模数。砌筑方式有两皮一收和二一间隔收两种。两皮一收是每砌两皮砖两边各收进1/4砖长，二一间隔收是两皮砖一收与一皮砖一收相间隔，两边各收进1/4砖长。(www.xing528.com)

毛石基础的每阶伸出宽度不宜大于200mm，每阶高度通常取400～600mm，并由两层毛石错缝砌成。混凝土每阶高度不应小于200mm，毛石混凝土基础每阶高度不应小于300mm。

灰土基础施工时每层虚铺灰土220～250mm，夯实至150mm，称为“一步灰土”。根据需要可设计成二步灰土或三步灰土。

三合土基础厚度不应小于300mm。

无筋扩展基础也可由两种材料叠合组成。例如，上层用砖砌体，下层用混凝土。

为了省工和平整基坑，无筋扩展基础底部常铺设垫层，一般用灰土、三合土或素混凝土为材料，厚度大于或等于100mm。薄的垫层不作为基础考虑，对于厚度大于250mm的垫层，可以作为基础的一部分来考虑。但若垫层材料的强度小于基础材料时，需要对垫层进行抗压验算。

[例题4]某办公楼外墙厚a=360mm，墙下设条形基础，上部结构荷载值Fk=88kN/m，修正后的地基承载力特征值fa=90kPa。从室内设计地面算起，基础埋深1.55m，室外地面低于室内地面0.45m，拟采用二步灰土加大放脚的组合基础型式，试设计该外墙基础的几何尺寸（图2-11）。

图2-11　例题4附图

解：（1）求基础宽b，按式（2-16）

取b=1.40m

（2）求墙基大放脚下灰土基础允许悬挑长度：

按表2-15，pk=89kPa，b2/H0=1/1.25，基础为两步灰土基础，即厚度300mm，得

b2=300/1.25=240(mm)

（3）求大放脚台阶级数：采用两皮一收及一皮一收相间做法，每收一次，两侧各收1/4砖长，则台阶数为：

取n=5，即五级台阶。