一般将设置在天然地基上,埋置深度小于5m的基础及埋置深度虽超过5m但小于基础宽度的基础统称为天然地基上的浅基础。在天然地基上修建浅基础,施工简单,造价低,因此,在保证建筑物安全和正常使用的条件下,应优先选用天然地基上浅基础的方案。
浅基础的类型较多,根据是否配置钢筋,可分为无筋扩展基础和钢筋混凝土基础。
无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的,且不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。适用于多层民用建筑和轻型厂房。
无筋基础所用的材料抗压强度较高,但抗拉、抗剪强度却较低,通过对其刚性角的限制来减小弯矩,提高基础抗剪强度。因为,刚性角越小,基础的外伸宽度就越小,基础高度就越大,就对基础越有利。所以,由于无筋基础的相对高度都比较大,几乎不发生变形,所以此类基础也常被称为刚性基础。
无筋扩展基础常用的材料有砖、毛石、灰土、三合土、素混凝土等。
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较低。砖基础所用的砖,强度等级不低于MU10,砂浆不低于M5。在地下水位以下或地基土比较潮湿时,应采用水泥砂浆砌筑。在砖基础底面,一般应先做100mm厚的C10混凝土垫层。
砖基础具有取材容易、价格便宜、施工简便的特点,因此广泛应用于6层及6层以下的民用建筑和墙承重厂房。
2)毛石基础
毛石是指未经加工凿平的石料。毛石基础是选用未经风化的硬质岩石砌筑而成的。由于毛石之间间隙较大,若砂浆黏结的性能较差,则不能用于多层建筑,尤其不宜用于地下水位以下。但是毛石基础的抗冻性能较好,北方地区有时用于6层以下的建筑基础。
3)灰土基础
灰土是经过熟化后的石灰粉和黏性土按一定比例加适量水拌合夯实而成,配合比一般为3∶7,即3份石灰粉掺入7份黏性土(体积比),通常称为三七灰土。灰土基础宜在比较干燥的土层中使用,其本身具有一定的抗冻性。在我国华北及西北地区,广泛应用于5层和5层以下的民用建筑。
4)三合土基础
三合土是由石灰、砂和骨料(碎石、碎砖或矿渣等)加水混合而成。施工时石灰、砂、骨料按体积比1∶2∶4或1∶3∶6配成,经适量水拌合后均匀铺入槽内,并分层夯实而成(每层虚铺220mm,夯至150mm)。三合土基础的优点是施工简单,造价低廉,但其强度较低,故一般用于地下水位较低的4层及4层以下的民用建筑,在我国南方地区应用较为广泛。
5)素混凝土基础
素混凝土基础的强度、耐久性、抗冻性都较好,一般其混凝土强度等级为C15。当上部荷载较大或基础位于地下水位以下时,常采用混凝土基础。由于其水泥用量较大,故造价较砖、石基础高。为减少水泥用量,可掺入基础体积20%~30%的毛石,做成毛石混凝土基础。
当上部结构荷载较大、场地条件相对较差时,采用刚性基础将会出现埋深较大、用料较多、自重较大等问题,这不合理,也不经济。此时,宜考虑用钢筋混凝土材料来建造基础。钢筋混凝土基础整体性较好,抗弯强度大,能发挥钢筋的抗拉性能及混凝土的抗压性能,不受刚性角限制。当考虑基础与地基的相互作用时,会考虑钢筋混凝土基础的挠曲变形。因而,相对于无筋扩展基础(刚性基础),钢筋混凝土基础也称为柔性基础。
常用的钢筋混凝土基础类型有柱下独立基础、墙下条形基础、柱下条形基础、筏板基础和箱形基础等等。
1)柱下独立基础
柱下独立基础通常是单个承重柱做单个基础,即“一柱一基础”,是多层框架结构和单层排架结构最常用的基础形式。其常用的截面形式有阶梯形、锥形、杯口形3种(如图8-1)。现浇的钢筋混凝土柱多采用阶梯形和锥形基础,预制柱常采用杯口形基础,方便施工。
图8-1 柱下钢筋混凝土独立基础
近年来,独基加防水板基础在实际设计与施工中应用越来越多,防水板用来抵抗水浮力。由于其传力简单明确、费用较低,在实际工程中应用相对普遍。
2)墙下条形基础
当砌体结构的层数较低、荷载较小时,常采用前面所述的无筋墙下条形基础。当墙体荷载较大或土质较差时,通常采用钢筋混凝土条形基础。墙下条形基础一般做成板式的,沿着墙长度方向延伸。为了增大基础纵向的抗弯刚度以及增强整体性,减小地基不均匀沉降,也常采用带肋的条形基础(见图8-2)。
图8-2 墙下钢筋混凝土条形基础
墙下条形基础和柱下独立基础统称为扩展基础。扩展基础的作用就是把墙或柱的荷载侧向扩展到地基中,使之能够满足地基承载力和变形的要求。由于钢筋混凝土扩展基础受力简单明确、施工方便,且经济效益显著,因此在工程中应用普遍,是设计中首选的基础形式。
3)柱下条形基础
将支承同一方向(或同一轴线)的若干根柱子做成长条形连续基础,称为柱下条基。这种基础的抗弯刚度较大,具有调节不均匀沉降的作用,使得各柱竖向位移较为均匀,常常用于软弱地基上的框架结构或排架结构。
柱下条形基础一般采用倒T形截面,由肋梁和底板组成(如图8-3)。为了保证基础具有较大的抗弯刚度,肋梁高度不应太小,一般宜取柱距的1/8~1/4,并应满足受剪承载力计算要求。当柱传来荷载较大时,可在柱两侧局部增高,即加腋(如图8-3(b))。
图8-3 柱下钢筋混凝土条形基础
4)柱下交叉条形基础
若地基较为松软且沿两个方向分布不均匀,可在柱网下沿纵向和横向两个方向设置钢筋混凝土条基,从而形成柱下交叉条形基础。各柱位于两个方向基础梁的交叉节点处,上部结构荷载通过柱网传至交叉条形基础的顶面。这种基础可调节整体的不均匀沉降,造价较条形基础高。
5)柱下筏板基础
当地基软弱而上部结构的荷载又很大时,采用交叉十字形基础仍不能满足要求或相邻基槽距离很小时,可采用钢筋混凝土做成整块的片筏式基础,以扩大基底面积,增强基础的整体刚度,较大幅度地调节地基不均匀沉降。筏板基础在构造上像倒置的钢筋混凝土楼盖,并分为平板式和梁板式,梁板式又分为下梁式和上梁式,如图8-4所示。
图8-4 筏板基础
筏板基础较多用于框架结构、框架—剪力墙结构、剪力墙结构等高层建筑。筏板基础的埋深比较浅,甚至可以做无埋深式基础,直接建造在地表土层,因而在高层建筑中应用较多。平板式筏基,由于基础刚度比较均匀、施工简单、综合费用较低,因此在实际工程中应用更为广泛。
6)箱形基础
箱形基础由筏板基础演变而成,它是由钢筋混凝土顶板、底板和纵横交叉的隔墙组成的空间整体结构。箱形基础内空间可用作地下室,与实体基础相比可减少基底压力。箱形基础较适用于地基软弱、平面形状简单的高层建筑物基础。某些对不均匀沉降有严格要求的设备或构筑物,也可采用箱形基础。
箱形基础的钢筋、混凝土的用量较大,施工工艺要求也较高,在选择此类型基础时,应与其他类型的基础(如桩基等)作经济、技术比较后确定。目前一般仅用于人防等特殊用途的地下室建筑中。
7)岩石锚杆基础
岩石锚杆基础是在岩石上钻孔成型,插入锚杆,再以细石混凝土灌实,将锚杆基础与基岩连成整体。通常适用于直接建在基岩上的柱基,以及承受拉力或水平力较大的建筑物基础。
除上述基础类型外,在实际工程中还有一些浅基础形式,如壳体基础、圆环基础、岩层锚杆基础等。
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