基础工程
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2.2 浅基础类型

浅基础根据结构形式可分为无筋扩展基础、扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏型基础、箱型基础和壳体基础等。根据基础所用材料和受力性能可分为无筋基础(刚性基础)和钢筋混凝土基础(柔性基础)。

2.2.1 无筋扩展基础

无筋扩展基础通常指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的,且无需配置钢筋的墙下条形基础和柱下独立基础,又称刚性基础,如图2.1所示。

图2.1 无筋扩展基础

(a)砖基础;(b)毛石基础;(c)灰土或三合土基础;(d)混凝土或毛石混凝土基础

1.砖基础

砖砌体具有一定的抗压强度,但抗拉强度和抗剪强度低,抗冻性差,适用于干燥较温暖的地区,不宜用于寒冷和潮湿地区。在地下水位以上可用混合砂浆砌筑,水下或地基土潮湿时应采用水泥砂浆砌筑。砖基础取材容易、施工方便,应用较为广泛。

2.毛石基础

毛石基础是用未经人工加工的石材和砂浆砌筑而成。毛石的强度和抗冻性能优于砖,能就地取材,施工方便,价格较低,是常用的基础材料之一。

3.灰土基础

灰土基础是用熟化后的石灰和黏性土按比例拌和并夯实而成。石灰和土料按体积配合比为3:7或2:8,拌和均匀后在基槽内分层夯实,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。灰土虽然抗剪强度较低、抗水性能差,但因取材容易、施工简单、价格便宜,故灰土基础宜在比较干燥的土层中使用,在我国华北和西北地区应用较广泛。

4、三合土基础

三合土是由石灰、砂和骨料(矿渣、碎砖或碎石)加水混合而成。施工时石灰、砂、骨料按体积配合比为1:2:4或1:3:6拌和均匀后再分层夯实。三合土基础常用于我国南方地区,地下水位较低的四层及四层以下的民用建筑工程中。

5.混凝土基础和毛石混凝土基础

混凝土基础的抗压强度、耐久性和抗冻性比较好,而且可做成任何形状又便于机械化施工。因此,当荷载较大或位于地下水位以下时,可考虑选用混凝土基础。为节省水泥用量常在混凝土中掺入占体积25%~30%的毛石(石块尺寸不宜超过300mm),即做成毛石混凝土基础。

2.2.2 扩展基础

扩展基础系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。与无筋扩展基础相比,扩展基础具有良好的抗弯和抗剪性能,因此也称为柔性基础。扩展基础可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受弯矩和水平荷载等情况下使用。由于这类基础可通过扩大基础底面积的方法来满足地基承载力的要求,而不必增大基础埋深,因而特别适用于需要“宽基浅埋”的工程。

1.柱下钢筋混凝土独立基础

柱下钢筋混凝土独立基础又称单独基础,其构造如图2.2所示。现浇柱下的独立基础一般为锥形和台阶形,对于预制钢筋混凝土柱下一般采用杯形基础。独立基础的基底形状一般均为矩形,其长宽比为1~3。

图2.2 柱下钢筋混凝土独立基础

(a)台阶形基础;(b)锥形基础;(c)杯形基础

2.墙下钢筋混凝土条形基础

墙下钢筋混凝土条形基础构造如图2.3所示,一般做成板式(或称为无肋式),如图2.3(a)所示。如地基不均匀,为了增强基础的整体性和纵向抗弯能力,减小不均匀沉降,可以采用有肋的钢筋混凝土条形基础[图2.3(b)],肋部配置纵向钢筋和箍筋,以承受由于不均匀沉降引起的弯曲应力。由于这种基础的高度可以很小,故适用于需要“宽基浅埋”的情况。

图2.3 墙下钢筋混凝土条形基础

(a)无肋;(b)有肋

2.2.3 联合基础

联合基础是指相邻两柱公共的钢筋混凝土基础,又称双柱联合基础,这种基础不仅可增大基底面积,而且还能起调整不均匀沉降、防止两柱间相向倾斜的作用。常见的双柱联合基础有矩形、梯形和连梁式等几种形式,如图2.4所示。

图2.4 双柱联合基础

(a)矩形联合基础;(b)梯形联合基础;(c)连梁式联合基础

在为相邻两柱分别设置独立基础时,常因其中一柱靠近建筑界限,或因两柱间距较小,而出现基底面积不足或荷载偏心过大等情况,此时可考虑采用联合基础。

2.2.4 柱下条形基础

当柱荷载较大、地基软弱或地基压缩性分布不均匀时,为了满足地基承载力要求,减小柱基之间的不均匀沉降,可将同一方向或同一轴线上若干根柱子的单独基础联合成长条形连续基础,称为柱下条形基础,如图2.5所示。为了增强基础的整体刚度,柱下条形基础通常设置肋梁,因而基础的断面通常为倒T形,T形截面中部高度较大者即为肋梁,底部横向外伸部分为翼板,一般情况下,常用等截面的柱下条形基础[图2.5(a)];当柱荷载较大时,可在柱两侧局部增高(加腋)做成柱位加腋的柱下条形基础[图2.5(b)]。这种基础的抗弯刚度较大,因而具有调整不均匀沉降的能力,可使各柱的竖向位移较为均匀。柱下条形基础常用于软弱地基上的框架结构或排架结构中。另外,当柱距较小、基底面积较大、相邻基础十分接近时,为方便施工,也可采用柱下条形基础。

图2.5 柱下条形基础

(a)等截面;(b)柱位处加腋;(c)条形基础尺寸

2.2.5 柱下交叉条形基础

当采用柱下条形基础仍不能满足地基承载力要求或在地基两个方向都存在不均匀沉降时,则可在柱网下沿纵、横两个方向分别设置钢筋混凝土条形基础,从而形成柱下交叉条形基础,如图2.6所示。这是一种较复杂的浅基础,造价比柱下条形基础高。

如果采用柱下单向条形基础已经能够满足地基承载力要求,可仅在另一个方向设置连梁以调整其不均匀沉降,从而形成连梁式柱下交叉条形基础,如图2.7所示。

图2.6 柱下交叉条形基础

图2.7 连梁式柱下交叉条形基础

2.2.6 筏形基础

当采用柱下交叉条形基础仍不能满足地基承载力要求,或交叉条形基础的底面积占建筑物平面面积的比例较大,或者建筑物在使用上有要求时,可以将建筑物柱或墙下的基础连成一片,这种满堂式的基础称为筏形(片筏)基础。筏板基础由于其底面积大,故可减小基底压力,同时也可提高地基的承载力。筏形基础常用于地基土很软弱,墙、柱荷载很大和特别是需要有地下室的情况。这类基础具有较大的整体刚度,有利于调整地基的不均匀沉降和跨越地基中的洞穴。

筏板基础在构造上好像倒置的钢筋混凝土楼盖,并可分为平板式和梁板式两种,如图2.8所示。平板式的筏板基础为一块等厚度钢筋混凝土平板,其厚度不应小于500mm,一般为0.5~2.5m,如图2.8(a)所示。当柱荷载较大时,可将柱位下板厚局部加大或设柱墩,以防止基础发生冲切破坏,如图2.8(b)所示;若柱距较大,为了减小板厚,增大筏板刚度,可在柱轴两个方向设置肋梁,形成梁板式筏形基础,如图2.8(c)、(d)所示。

在具有硬壳层(包括人工处理形成的)比较均匀的软弱地基上,可采用墙下浅埋或不埋的筏形基础,但仅适用于6层及6层以下承重横墙较密的民用建筑。

2.2.7 箱形基础

箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和若干纵横墙组成的整体空间结构,如图2.9所示。与一般实体基础相比,箱形基础具有很大的抗弯刚度,一般不会发生地基不均匀变形,从而基本上消除了因地基变形而使建筑物开裂的可能;箱形基础埋深较大,基础中空,使开挖卸去的土重部分或全部抵偿了上部结构传来的荷载,从而减少了基底的附加压力,降低了地基沉降量,故箱形基础又称为补偿性基础。另外,箱形基础的抗震性能较好。

图2.8 筏形基础

(a)、(b)平板式;(c)、(d)梁板式

图2.9 箱形基础

箱形基础适用于软弱地基上的高层、超高层、重型或对不均匀沉降要求严格的建筑。基础的中空部分还可作为储藏室、设备间、库房等,但不可用作地下停车场。

箱形基础的钢筋、水泥用量大,施工技术复杂,工期长,造价高。因此,工程中是否采用箱形基础,应与其他可能的地基基础方案进行技术经济分析比较后再做决定。

2.2.8 壳体基础

为了更好地发挥基础的受力性能,可将基础的形式做成壳体,如图2.10所示。常见的壳体基础的形式有正圆锥壳、M形组合壳和内球外锥组合壳3种。壳体基础的优点是省材料、造价低、力学性能好;缺点是施工技术要求较高。壳体基础可用于柱基础和烟囱、水塔、电视塔、料仓等筒形构筑物的基础。

图2.10 壳体基础

(a)正圆锥壳;(b)M形组合壳;(c)内球外锥组合壳

另外,砖基础、毛石基础和钢筋混凝土基础在施工前常在基坑底面铺设强度等级为C15的素混凝土垫层,其厚度为100mm。垫层作用是保护坑底土体不被人为扰动和雨水浸泡,同时改善基础的施工条件。