内墙和外墙毛石基础台阶宽度

任务描述

某四层教学楼，平面布置图如图5-16所示。梁L-1截面尺寸为200 mm×500 mm，伸入墙内240 mm，梁间距为3.3 m，外墙及山墙的厚度为370 mm，双面粉刷。本教学楼的基础采用毛石条形基础，标准冻深为1.2 m。由上部结构传至基础顶面的竖向力值分别为外纵墙∑F1k=558.57k N，山墙∑F2k=168.61k N，内横墙∑F3k= 162.68k N，内纵墙∑F4k=1533.15k N。该地区地形平坦，经勘察，工程地质情况如图 5-17所示，地下水位在天然地表下8.5 m，水质良好，无侵蚀性。试设计该墙下的无筋扩展基础。

图5-16 某教学楼平面布置图

图5-17 工程地质剖面图

任务分析

无筋扩展基础属于浅基础，其设计步骤与任务2相同。

相关知识

一、无筋扩展基础构造要求

1．砖基础

砖基础一般建在100 mm厚C10素混凝土垫层上，其剖面为阶梯形，通常称大放脚。大放脚从垫层上开始砌筑，各部分的尺寸应符合砖的模数。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。

为保证砖基础的耐久性，《砌体结构设计规范》（GB50003—2011）规定了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有关要求，见表5-11。

表5-11 地面以下或防潮层以下的砌体所用材料的最低强度等级

在墙基础顶面应设置防潮层，防潮层宜用1∶2.5的水泥砂浆加适量的防水剂铺设，其厚度一般为20 mm，位于室内地坪下60 mm处。

砖基础具有取材容易、价格便宜、施工简便等特点，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。毛石基础是选用强度不低于MU20的硬质岩石，用水泥砂浆砌筑而成的基础。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200 mm、高度不宜小于400 mm，石块应错缝搭砌，缝内砂浆应饱满。

毛石基础的抗冻性较好，一般用于寒冷地区潮湿环境下6层以下建筑物的基础。

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，为节省水泥用量，可在混凝土内掺入不超过30％体积的毛石做成毛石混凝土基础。掺入毛石的尺寸不宜大于300 mm，且应冲洗干净，其强度等级不应低于MU20。

4．灰土基础

为节约砖石材料，常在砖石基础大放脚下面做一层灰土垫层。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的，体积配合比为3∶7或2∶8，一般多采用3∶7，即3份石灰粉、7份黏性土（体积比），通常称为三七灰土。压实后的灰土应满足设计对压实系数的质量要求。灰土施工时，每层虚铺220～250 mm，夯实至150 mm，称为一步灰土。一般可用2步或3步，即300 mm或450 mm厚。

灰土基础造价低，可节约水泥和砖石材料，多用于五层或五层以下的民用建筑。

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，加适量水拌和均匀配置而成。一般每层虚铺220 mm厚，夯实至150 mm。可用2步或3步，即300 mm或450 mm厚，然后在它上面砌大放脚。

三合土基础施工简单、造价低，强度也较低，故一般用于地下水位较低的4层及4层以下的民用建筑。

二、无筋扩展基础剖面设计

为了保证无筋扩展基础不因受拉或受剪而破坏，通常用台阶宽高比的允许值（表5-12）来限制悬臂的长度，提高基础的抗弯刚度。

表5-12 无筋扩展基础台阶宽高比的允许值

无筋扩展基础在设计时，基础底面除应满足地基承载力的要求外，基础底面宽度还应满足刚性角（台阶的宽高比）的要求。即

b≤b 0+2H0 tanα （5-27）

式中 H 0——基础高度；

b——基础底面宽度；

b0——基础顶面的墙体宽度或柱脚宽度；

tanα——基础台阶宽高比b2/H0，其允许值可查表5-12，α为刚性角，如图5-18所示；

b2——基础台阶宽度。

图5-18 无筋扩展基础构造示意图

（a）承重墙；（b）钢筋混凝土柱

采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱，其柱脚高度h1不得小于b1［图5-18（b）］，并不应小于300 mm且不小于20d（d为柱中的纵向受力钢筋的最大直径）。当柱纵向钢筋在柱脚内的竖向锚固长度不满足锚固要求时，可沿水平方向弯折，弯折后的水平锚固长度不应小于10d，也不应大于20d。

任务实施

一、荷载计算

1．选定计算单元

取房屋中有代表性的一段作为计算单元。

外纵墙：取两窗中心间的墙体。

内纵墙：取①～②轴线之间两门中心间的墙体。

山墙、横墙：分别取1 m宽墙体。

2．荷载计算

外纵墙取两窗中心线间的距离3.3 m为计算单元宽度，则

山墙取1 m为计算单元宽度，则

内横墙取1 m为计算单元宽度，则

内纵墙取两门中心线间的距离8.26 m为计算单元宽度，则

二、确定基础的埋置深度d

d= z0+200=1200+200=140（0mm）

三、确定地基承载特征值fa

假设b＜3 m，因d=1.4＞0.5 m，故只需对地基承载力特征值进行深度修正，即

四、确定基础的宽度、高度

1．基础宽度

外纵墙

山墙

内横墙

内纵墙

故取b=1.2 m＜3 m，符合假设条件。

2．基础高度

采用毛石基础，M5水泥砂浆砌筑。

内横墙和内纵墙基础采用三层毛石，则每层台阶的宽度为

符合构造要求。查《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）允许台阶宽高比b2/H0=1/1.5，则每层台阶的高度为

符合构造要求，取H0= 0.4m 。

最上一层台阶顶面距室外设计地坪为

1.4-0.4×3=0.2（m）＞0.1 m

故符合构造要求，内墙基础详图如图5-19所示。

外纵墙和山墙基础仍采用三层毛石，每层台阶高0.4 m，则每层台阶的允许宽度为b≤（b2/H0 ）H0=（1/1.5）×0.4=0.267（m）。

又因单侧三层台阶的总宽度为（1.2-0.37）/2=0.415（m），故取三层台阶的宽度分别为0.115 m、0.15 m、0.15 m，均小于0.2 m，符合构造要求。

最上一层台阶顶面距室外设计地坪为

1.4-0.4×3=0.2（m）＞0.1 m

符合构造要求，外墙基础详图如图5-20所示。

图5-19 内墙基础详图

图5-20 外墙基础详图

五、软弱下卧层强度验算

1．基底处附加压力

取内纵墙的竖向压力计算

2．下卧层顶面处附加压力

因z/b=4.1/1.2=3.4＞0.5，Es1/Es2=10/2=5，查表得θ=25°，则

3．下卧层顶面处自重压力

p cz=16×0.5+18×5=9（8k Pa）

4．下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值

5．验算下卧层的强度

pz +pcz=37.85+98=135.8（5k Pa）＜ faz =177.1k Pa

符合要求。

六、绘制施工图（略）

拓展实训

一、简答题

1．什么是无筋扩展基础？

2．什么是刚性基础？刚性基础台阶高宽比如何限制？

3．简述无筋扩展基础的构造要求。

4．简述无筋扩展基础剖面设计的过程。

二、工程案例题

某小区住宅楼拟采用灰土基础，基础埋深 1.1md= ，室内外高差0.6 m，上部结构传至基础顶面的中心荷载Fk=128k N/m。工程地质情况如下：地基表层为杂填土，厚度为0.5 m，γ1=17k N/m3；第二层为粉质黏土， γ2=18.0k N/m3，e=0.80，液性指数IL=0.75，承载力特征值 fak 。墙厚240 mm，MU10砖，M7.5水泥砂浆。试确定该基础的宽度并进行剖面设计。

课外学习指要

深入了解无筋扩展基础设计，可查阅下列资料：

（1）中华人民共和国国家标准．GB 50007—2011建筑地基基础设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2011．

（2）中华人民共和国国家标准．GB 50003—2011砌体结构设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2012．

（3）昌永红．地基与基础[M]．北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2011．

（4）付丽文．土力学与地基基础[M]．成都：西南交通大学出版社，2013．