基础设计及构造

第三章　场地选址与基础

场地效应十分复杂，它既涉及场地条件本身的问题，也涉及地震震源问题。地震波从震源到达建筑物，依然以体波为主，经过地形的反射、放大等作用，其成分、频谱特性发生了很大的变化，尤其当面波成分增加、频率范围与结构相近以及受土层和地形条件的反射放大作用，致使地震波幅值显著放大时，就会对建筑物造成显著破坏。因此，场地条件决定了上部结构物所遭受地震作用的强度和特性，它是农居地震安全中应该首先考虑的因素。好的场地能节约成本，保证农居的地震安全性，而若选址不当时，不仅大幅增加农民建设的成本，而且农居的地震安全也难以保证。分析总结以往的震害经验，对震害有影响的场地条件主要有土层结构、地形、地貌和地质灾害这四种类型。

3.1　选址

地震波是通过场地土传播的，建设场地的场地土类型和覆盖层厚度对建筑物的震害影响很大。覆盖层厚度指从地表面至地下基岩面的距离。工程结构中土的类型列于表3.1。

历次地震表明，不同场地上建造的同一种房屋，施工质量基本相同，但震害仍有明显的差异。土质愈软，覆盖土层愈厚，震害愈严重；反之，土质愈硬，覆盖土层愈薄，震害则比较轻。另外岩质地基比非岩质刚度好，岩石地基对抗震有利。因此，抗震设防区的房屋选址时就应注意场地土的软硬、厚度等情况。按规范要求，选择有利的地段，尽可能避开不利的地段，并且不在危险地段建房。

表3.1　土的类型

1）选择有利地段

建造村镇房屋时，应优先选择稳定基岩，坚硬土及开阔、平坦、密实、均匀的中硬土作为建设场地。

2）避开不利地段

建房时应避开软弱土、液化土、条状凸出的山嘴、高耸孤立的山丘及非岩质的陡坡及河岸和边坡的边缘等对抗震不利的场地。

软弱土由于含水量大、孔隙率高、抗渗性差、承载力低，震害将使房屋产生过大沉降即震陷或不均匀沉降甚至破坏。

液化土是指含水处于饱和状态（空隙中含水量为100%）地区的砂土、粉土，在地震作用下，孔隙水压力增加，土的有效应力降低，土颗粒处于悬浮状态，使地基承载力降低或丧失，导致地面开裂，建筑物下沉、倾斜、破坏。

条状凸出的山嘴、高耸孤立的山丘，地震作用下，由于有明显鞭梢效应，地震作用将加大，导致建筑物破坏。

非岩质的陡坡，河岸的边缘，稳定性差，特别是降雨后土的抗剪强度降低，河岸边的建筑物重力会向河心移动，所以要尽量避开。

3）不在危险地段建造房屋

不在地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流以及有活动断裂、地下溶洞等危险地段建造房屋。在此类危险地段上，即使把房屋建得很坚固，一旦遭受地震灾害，轻则墙倒屋塌，重则会造成毁灭性灾难，而且救援难度极大，几乎难以施救，如图3.1所示。

图3.1　危险地段房屋震害

3.1.1　村镇民居选址宏观要求

村镇民居选址要坚持以原址改建为主，异地新建为辅的基本原则，具体要求如下：

（1）在选址落实的过程中，要合理利用有限的土地，要切实保护日渐减少耕地的这一基本国策，严禁占用植被繁茂山地、良田、已耕的山地，鼓励利用土壤贫瘠的荒山、荒地、丘陵等贫瘠地带；不占或少占林地和人工牧场等地。

（2）房屋建设用地应选在有利生产、方便生活，且具有适宜的建设条件和卫生条件的地带。

（3）房址应避开铁路线路、重要公路等公路交通线路；必须远离高压输电线路，与各类电力线路必须保持安全距离：1kV以下不小于4m、4kV以下不小于6m；同时也不能占压地下管线。

（4）选址应避开有开采价值的地下矿产资源和地下采空区，且应避开国家自然保护区。

（5）居住用地应选在水源充足、水质良好且便于排水、通风及向阳的地带，应布置在大气污染源的常年最小风向频率的下风侧以及水污染源的上游，

3.1.2　生土民居具体选址要求

为了确保生土民居建造使用安全，并具有良好耐久性，生土建筑的建筑场地必须选择对抗震设防有利的地段、满足承载力要求和变形要求的地段，具体选择条件如下：

（1）生土建筑的建筑场地应该首先区分对房屋结构抗震有利的地段、不利地段和危险地段，见表3.2。选址时应遵循选择有利地段，避开不利地段，禁用危险地段的原则。

表3.2　生土建筑选址地段的划分

（2）房址宜选择地势较高且有一定向下坡度的地段，尽量远离常年积水或者可能被水侵蚀的地段。

（3）宜选择通风良好、阳光充足的地段，且避开风口和窝风地段。

3.1.3　场地选择说明

村镇生土建筑在场地选择时，应根据本地区的地震设防烈度及场地地质构造、岩土性质、地形地貌及地下水条件，选择适当的建筑场地，避免由于场地选择不当引起的建筑物破坏。常见的破坏可分为地基失效、滑坡、崩塌、泥石流。

场地须避开活断层、振动液化的砂层、强烈沉降的淤泥、填土层，以及地震或暴雨能引起崩塌、滑坡、泥石流等效应的陡坡、河坎地带。尽量避开孤立突出的山丘山脊、古河道、沼泽洼地以及溶洞发育的熔岩地区。如场地不能避免以上不利场地时，建筑应采取有效的保护和防治措施。

图3.2～图3.11为场地选择示意图。

图3.2　软弱地基引起的地基失效

图3.3　地基岩性不同引起的地基失效

图3.4　土层厚度不同引起的地基失效

图3.5　不密实砾石层引起的地基失效

图3.6　陡岩滑坡引起的建筑破坏

图3.7　填土崩坏引起的地基失效

图3.8　来自水压力作用引起的崩塌

图3.9　来自木楔作用引起的崩塌

图3.10　不等风化作用引起的崩塌

图3.11　泥石流引起的建筑破坏

3.2　地基

地基是直接承受建筑物荷载的土或基岩，可分为土质地基和岩质地基。地基的作用是将建筑物荷载安全地传递到支撑地层，并使荷载分散到足够大的底层面积上。

3.2.1　地基、基础震害特征

由地震引起的地面破裂、地基破坏或基础破坏，导致房屋毁坏或倒塌，是村镇建筑最普遍和常见的地震灾害之一。地基震害主要有两种特征：

①地面破裂。地震时，地面破裂，裂缝穿过房屋地基，造成建筑物破坏或倒塌。

②地基失效。地震时，地基土的物理性质发生变化，导致地基失效，即地基土发生永久变形，使地面沉降丧失承载能力。其中砂土液化是地基失效的常见形式，是造成地震灾害的重要因素。

地基失效造成震害的另一个原因是房屋建在软弱场地或严重不均匀的地基上，即选择在古河道，填埋的池塘沟坑边沿，半填半埋的山坡地等岩土性质横向变化的地段，地震时发生震陷或不均匀沉陷，导致房屋开裂受损。

灾害现场调查发现，村镇房屋有的基础埋深浅，场地土软弱松散未做地基技术处理，甚至有些房屋基础完全用干插石或卵石垒成，地震时，易出现基础崩裂，房屋失稳倒塌。

3.2.2　地基承载力要求

地基承载力是指地基承受荷载的能力。一栋房屋的地基，除了承受房屋全部重量之外，地震时房屋所受的地震作用也会全部传到地基上。如果地基承载力不足，那么房屋就会遭到破坏。

3.2.3　软弱地基的处理

应优先选用天然质硬的地基，不宜在软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土等地基上建造房屋。如不能避免，则应对这些地基采取相应的措施，一般采用夯实法和置换法进行处理。

1）夯实法

①重锤夯实法，即采用重锤法打地基，使土体被压实，适用于处理高于地下水位0.8m以上稍湿的黏性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土的地基。

②强夯法，适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的黏性土、粉土、湿陷性黄土及填土地基等的深层加固。

2）置换法

当建筑物基础下的持力层比较软弱，不能满足房屋荷载对地基的要求时，也可采用更换土垫层的方法来处理软弱地基。具体的施工方法是：将淤泥质土、松散粉细砂层等挖去，用中粗砂、石块、素土填上，并分层夯实。

垫层的底面至老土层，垫层厚度h不宜大于3m；垫层底边长（b＋2a2）应超过垫层厚度h的1/2且不小于基础宽度b的1/5；垫层顶面宽度（b＋2a1）可从垫层底面两侧向上，按基坑开挖期间保持边坡稳定的经验放坡确定，垫层顶面每边超出基础底边的长度a1不宜大于300mm，如图3.12所示。常采用的有灰土和砂、砂石垫层。

图3.12　地基置换法

①灰土垫层，适用于地下水位较低，基槽经常处于较干燥状态下的一般黏性土地基的加固。常用灰土体积配合比为2∶8或3∶7，宜用新鲜的消石灰，颗粒粒径不得大于5mm。

②砂垫层和砂石垫层，即用强度较高的、级配良好的砂或碎石等回填，替换原有的地基，作为地基的持力层。砂垫层可以起到提高地基承载力、减少沉降、加速软弱土层排水固结、防止冻胀和消除膨胀土的胀缩等作用。

3.3　基础

3.3.1　基础类型及设置要求

1）基础类型

房屋的基础种类很多，按构造形式可分为条形基础、独立基础、桩基础等。村镇建筑常采用条形基础。条形基础按受力形式又分为刚性条形基础和柔性条形基础，其中大方脚条形基础因较厚属刚性条形基础，而钢筋混凝土条形基础两侧伸出较长且厚度较薄属柔性条形基础。

村镇生土建筑的基础材料一般因地制宜选取，但应保证基础具有一定的强度和防潮能力。应确保砌筑基础的材料等级不低于上部墙体材料的强度等级，基础砌筑砂浆应为水泥砂浆，且砂浆强度等级不应低于M2.5。根据砌筑材料的不同，常使用的刚性条形基础又可分为石基础、砖基础、灰土或三合土基础，如图3.13所示。

图3.13　村镇建筑基础常用类型

2）基本要求

同一房屋的基础不宜设置在土质明显不同的地基上，也不宜采用不同类型的基础，如部分采用灰土基础，部分采用砖基础，如图3.14。同时，基础底面应埋置在同一标高上，否则应增设基础圈梁并且基础底面按1∶2的台阶逐步过渡，台阶每步高度不大于500mm，长度不小于1 000mm。

3）基础埋置深度

基础的埋置深度是指从室外地坪到基础底面的距离。村镇房屋层数少，上部结构荷载较小，对地基承载力的要求相对较低，在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础可以浅埋，这样施工方便、造价低。单房屋基础埋置深度（一般从室外地面起算）不宜小于500mm，地基为岩基时可适当减小。

当存在相邻建筑时，新建建筑的基础埋深不宜大于原有建筑基础。当埋深大于原有建筑基础时，两基础应保持一定的距离，其净距数值应根据原有建筑荷载大小、基础形式和土质综合确定，一般取两基础底面高差的1～2倍，如图3.14所示。

图3.14　对抗震不利的基础设置方式

地下水会影响地基的承载力，给基础施工增加难度，有侵蚀性的地下水还会对基础造成腐蚀，因此基础一般应埋置在地下水位以上。当地下水位较高，基础不能埋置在地下水位以上时，应将基础底面设置在最低地下水位200mm以下，施工时还应考虑基坑排水。

4）基础宽度

生土墙潮湿后强度会大幅降低，生土墙体结构下部砖（石）基础的顶面应取室外地坪以上500 mm和室外（内）地面以上200mm中的较大者，防止雨水侵蚀墙体。

5）基础的防潮层

为了阻止土壤中的潮气和水分对墙体造成侵蚀，影响墙体强度和耐久性，以及室内因潮湿引起的居住不舒适，基础应设防潮层。基础的防潮层一般铺设1∶2.5的水泥砂浆（内掺5%的防水剂），以代替墙体砂浆，厚度不宜小于20mm，并应设置在室内地面以下60mm标高处；当该处为加强基础的整体性而设置配筋砖圈梁或配筋砂浆带时，则防潮层可与配筋砖圈梁或配筋砂浆带合并设置，或用钢筋混凝土地圈梁代替，便于施工。

3.3.2　基础设计及构造

工程中一般根据场地条件、地基土质和建筑物重量等实际情况选择不同的基础形式，村镇建筑一般采用天然浅埋的刚性基础。刚性基础需要具有很大的抗弯刚度，受弯后基础不允许出现挠曲变形和开裂，可通过保证刚性角的范围来满足，即通过限制基础台阶宽高比来实现，见表3.3。

1）石基础

石基础用毛石或粗条石由砂浆砌筑而成，多适用于基础较浅的低矮房屋。一般毛石的形状不规则；常规的条石强度较高，加工尺寸约为200mm×200mm×600mm。

（1）毛石基础

毛石的形状不能过于细长、扁薄、尖锥或接近圆形，厚度不小于200mm的呈块状的大毛石不小于总量的60%，其中平毛石不小于毛石总量的40%。

表3.3　刚性基础质量要求及台阶宽高比允许值

毛石条形基础的常见断面如图3.15所示，砌筑毛石条形基础时应注意：

图3.15　毛石基础断面及构造要求

①砌筑第一层的石块，宜选用较大的毛石，砌体转角处、纵横墙交接处和洞口处，应选用较大的平毛石砌筑。

②平毛石基础砌体的第一皮块石应坐浆，大面朝下；阶梯形平毛石基础，上阶平毛石压砌下阶平毛石长度不应小于下阶平毛石长度的2/3。

③砌筑时根据毛石自然形状交错放置，毛石的缝隙中灌满水泥砂浆；毛石基础的转角及纵横交接处应同时砌筑，如不能同时砌筑时，应留有踏步槎砌筑。

④阶梯形毛石基础每阶放出的宽度不应大于100mm，每阶不应少于两层。此外，应满足Hi/bi≥1.5。

⑤毛石基础每天砌筑高度不应超过1.0m。

（2）条石基础

条石基础的常见断面如图3.16所示，砌筑时应注意：

图3.16　条石基础的常见断面

①条石基础砌体的第一皮块石应坐浆丁砌，阶梯形料石基础，上阶石块与下阶石块搭接长度不应小于下阶石块长度的1/2。

②条石基础一般采用梅花丁砌法，转角部位要求咬槎砌筑。

③阶梯形料石基础的每阶放出宽度，采用一阶两皮时不大于200mm，采用一阶一皮时不大于120mm；此外，应满足Hi/bi≥1.5，如图3.17所示。

图3.17　自承重墙

（3）村镇建筑毛石、条石基础设计示例

以村镇建筑常见平面布置为例，如图3.17所示，设计毛（条）石基础，承重墙的基础设计成果列于表3.4中，可供读者选用。承重墙的基础设计条件如下：层数不超过3层，地基承载力设计值≥150kPa，承重墙厚240mm。可根据建筑层数、层高、墙的负荷范围选择基础断面宽和高。

表3.4　石基础选用表

自承重墙基础宽度b均采用500mm，最小埋深600mm。

2）砖基础

为了满足防潮的要求，砖基础应用实心砖，不宜采用空心砖或空心砌块。但实心砖是国家禁止使用的产品，近期辽宁省建筑材料科学研究所研究可以采用混凝土实心砖代替实心砖（应在该处顶面配置钢筋带，以抵抗两种不同材料间的差异变形）。砖基础适合于地下水位较深的场地。

砖基础的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，即120mm，收进1/4砖长，即60mm；二一间隔收是从底层开始，先砌两皮砖，收进1/4砖长，再砌一皮砖，收进1/4砖长，如此反复，如图3.18所示。

图3.18　砖基础的砌筑方式

3.3.3　地圈梁

地圈梁可增强基础及上部结构的整体性，减少房屋的不均匀沉降。地圈梁底面一般置于基础表面，过高则所起的作用下降，过低则施工不方便。一般采用钢筋混凝土圈梁、配筋砖圈梁或配筋砂浆带。

3.19　圈梁钢筋笼

钢筋混凝土基础圈梁，一般采用C20混凝土，圈梁的截面宽度最好与砖墙厚度相同，截面高度不小于180mm，纵向钢筋不小于4φ10，箍筋不小于φ6＠250mm，如图3.19所示。

基本步骤如下：

①基础顶面放置绑扎好的钢筋笼；

②支地圈梁侧模；

③浇注混凝土，注意浇注地圈梁时预留好构造柱插筋，该插筋应在地圈梁中良好锚固。