《民用建筑设计与构造》-任务７　基础和地下室

７.１基础分类及构造采用预制柱时，基础为杯口形，柱子嵌固在杯口内，称为杯形基础，如图７-２（ｂ）所示。为满足局部工程条件变化，可将个别杯形基础底面降低，形成高低杯基础，又称为长颈基础。墙下独立基础是指墙下设基础梁，以承托墙身，基础梁支承在独立基础上。用于以墙作为承重结构而地基上层为软土，基础要求埋深较大的情况。２）条形基础条形基础呈连续的带状，也称带形基础。承重墙下一般采用通长的刚性材料条形基础。上一页下一页返回７.１基础分类及构造承重构件为柱、荷载大且地基软时，常用钢筋混凝土条形基础将柱下的基础连接起来形成柱下条形基础，可有效防止不均匀沉降，使建筑物的基础具有良好的整体性。３）井格基础地基条件较差或上部荷载不均匀时，采用十字交叉的井格基础可以提高建筑物的整体性，防止柱间不均匀沉降，如图７-３所示。４）阀片基础当上部结构荷载较大而地基承载力又特别低以及柱下条形基础或井格基础已不能满足基础底面积要求时，常将墙或柱下基础连成一钢筋混凝土板，形成阀片基础。阀片基础有板式和梁板式（图７-４）两种。上一页下一页返回７.１基础分类及构造５）箱形基础建筑物荷载很大或浅层地质情况较差以及基础需要埋深很大时，为了增加建筑物的整体刚度，有效抵抗地基的不均匀沉降，常采用由钢筋混凝土底板、顶板和若干纵横墙组成的空心箱体基础，即箱形基础（图７-５）。箱形基础具有刚度大、整体性好，且内部空间可用作地下室的特点，适用于高层建筑或在软弱地基上建造的重型建筑物。６）桩基础建筑物荷载较大，地基软弱土层厚度在５ｍ以上，对软弱土层进行人工处理困难和不经济时，可采用桩基础。上一页下一页返回７.１基础分类及构造桩基础由桩身和承台梁（或板）组成，其优点是能够节省基础材料，减少挖填土方工程量，改善劳动条件，缩短工期。在季节性冰冻地区，承台梁下应铺设１００～２００ｍｍ厚的粗砂或焦渣，以防止承台梁下的土壤受冻膨胀，引起承台梁的反拱破坏。桩基础的种类很多，按材料可分为钢筋混凝土桩（预制桩、灌注桩）、钢桩、木桩；按断面形式分为圆形、方形、环形、六角形、工字形等；按入土方法可以分为打入桩、振入桩、压入桩、灌入桩；按桩的受力性能又可分为端承桩和摩擦桩。端承桩把建筑物的荷载通过柱端传给深处坚硬土层，适用于表层软土层不太厚，而下部为坚硬土层的地基情况。桩上的荷载主要由桩端阻力承受。上一页下一页返回７.１基础分类及构造摩擦桩通过桩侧表面与周围土的摩擦力把建筑物的荷载传给地基，适用于软土层较厚，而坚硬土层距土表很深的地基情况。桩上的荷载由桩侧摩擦力和桩端阻力共同承受。当前采用最多的是钢筋混凝土桩，包括预制桩和灌注桩两大类，灌注桩又分为振动灌注桩、钻孔灌注桩、爆扩灌注桩等。预制桩是在混凝土构件厂或施工现场预制，待混凝土强度达到设计强度的１００％时，进行运输打桩。这种桩截面尺寸和桩长规格较多，制作简便，容易保证质量。但造价较灌注桩高，施工有较大的振动和噪声，市区施工时应多加注意。上一页下一页返回７.１基础分类及构造灌注桩与预制桩相比较，灌注桩具有较大优越性。其直径变化幅度大，可达到较高的承载力；桩身长度、深度可达到几十米；施工工艺简单，节约钢材，造价低。但在施工时要进行泥浆处理，程序麻烦。（１）振动灌注桩将端部带有分离式桩尖的钢管用振动法沉入土中，在钢管中灌注混凝土至设计标高后徐徐拔出，混凝土在孔中硬化形成桩。灌注桩直径一般为３００～４００ｍｍ，桩长一般不超过１２ｍ。其优点是造价较低，桩长、桩顶标高均可控制。缺点是施工产生振动噪声，对周围环境有一定影响。上一页下一页返回７.１基础分类及构造（２）钻孔灌注桩使用钻孔机械在桩位上钻孔，排出孔中的土，然后在孔内灌注混凝土。桩直径常为４００ｍｍ左右。优点是无振动噪声，施工方便，造价较低，特别适用于周围有较近的房屋或深挖基础不经济的情况。严寒冬季亦可安装能钻冻土的钻头施工。缺点是桩尖处的虚土不易清除干净，对桩的承载力有一定影响。上一页下一页返回７.１基础分类及构造（３）爆扩灌注桩爆扩灌注桩简称爆扩桩。有两种成孔方法：一种是人工或机钻成孔；另一种是先钻一个细孔，放入装有炸药的药条，经引爆后成孔。桩身成孔后，再用炸药爆炸扩大孔底，然后灌注混凝土形成爆扩桩。桩端扩大部分略呈球体，因而有一定的端承作用。爆扩桩的直径为３００～５００ｍｍ，桩尖端直径为桩身的２～３倍，桩长一般为３～７ｍ。其优点是承载力较高，施工不复杂。缺点是爆炸振动影响环境，易出事故。７）其他特殊形式除上述几种常见的基础结构型式外，实际工程中还因地制宜采用许多其他的基础结构型式，如壳体基础、不埋板式基础等。上一页下一页返回７.１基础分类及构造７.１.２按所用材料和受力特点分类１）刚性基础刚性材料制作的基础称为刚性基础。刚性材料指抗压强度高而抗拉和抗剪强度低的材料，如砖、石、混凝土等。用这类材料做基础，应设法不使其产生拉应力。当拉应力超过材料的抗拉强度时，基础底面将因受拉而开裂，造成基础破坏。刚性材料构成的基础中，墙或柱传来的压力是沿一定角度分布的。在压力分布角度内基础底面受压而不受拉，这个角度称为刚性角。刚性基础底面宽度不可超出刚性角控制范围，多用于地基承载力高的建造低层和多层房屋的基础。上一页下一页返回７.１基础分类及构造（１）砖基础用黏土砖砌筑的基础称为砖基础。台阶式逐级放大形成大放脚。为满足基础刚性角的限制，台阶的宽高比应不大于１∶１．５。每２皮砖挑出１／４砖，或２皮挑与１皮挑相间。砌筑前基槽底面要铺５０ｍｍ厚砂垫层。砖基础取材容易、价格低、施工简单，但大量消耗耕地。同时由于砖的强度、耐久性、抗冻性和整体性均较差，只适合于地基土好、地下水位较低、五层以下的砖木结构或砖混结构。上一页下一页返回７.１基础分类及构造（２）混凝土基础混凝土基础也称为素混凝土基础。坚固、耐久、抗水和抗冻，可用于有地下水和冰冻作用的基础。断面形式有阶梯形、梯形等。梯形截面的独立基础称为锥形基础。对于梯形或锥形基础的断面，应保证两侧有不小于２００ｍｍ的垂直面，原因是混凝土基础的刚性角为４５°。同时为防止因石子堵塞影响浇筑密实性，减少基础底面的有效面积，施工中不宜出现锐角。上一页下一页返回７.１基础分类及构造２）柔性基础在混凝土基础的底部配以钢筋，利用钢筋来抵抗拉应力，可使基础底部承受较大弯矩，基础的宽度就可以不受刚性角的限制，称为柔性基础。柔性基础可以做得很宽，也可以尽量浅埋，用于建筑物的荷载较大和地基承载力较小的情况。其下需要设置保护层以保护基础钢筋不受锈蚀。上一页返回７.２基础埋深从室外设计地面到基础底面的垂直距离称为基础的埋置深度，简称基础埋深（图７-６）。埋深大于或等于５ｍ的基础称为深基础；埋深在０．５５ｍ的基础称为浅基础。从施工和造价方面考虑，优先考虑浅基础，但埋深最少不小于５００ｍｍ。基础埋深主要取决于地基土层的构造、地下水位深度、土的冻结深度和相邻建筑物的基础埋深等。７.２.１地基土层构造对基础埋深的影响地基土层为均匀好土时，基础尽量浅埋，但不得浅于５００ｍｍ。地基土层上层为软土且厚度在２ｍ以内，下层为好土，基础应埋在好土上，经济又可靠。下一页返回７.２基础埋深地基土层上层为软土且厚度在２~５ｍ时，低层荷载小的轻型建筑在加强上部结构的整体性和加宽基础底面积后仍可埋在软土层内，高层荷载大的重型建筑应将基础埋在好土上，以保证安全。地基土层的上层软弱土厚度大于５ｍ时，可进行地基加固处理或将基础埋在好土上，这需进行技术经济比较后确定。地基土层的上层为好土且下层为软土时，应力争将基础埋在好土内，同时应当提高基础底面积，验算下卧层的应力和应变。地基土层由好土和软土交替构成时，总荷载小的低层轻型建筑尽可能将基础埋在好土内，总荷载大的建筑可采用人工地基，或将基础埋在下层好土上，两方案经技术比较后确定。上一页下一页返回７.２基础埋深７.２.２地下水位的影响黏性土遇水后颗粒间的孔隙水含量增加，土的承载力会下降。地下水的侵蚀性物质，对基础会产生腐蚀作用。建筑物应尽量埋在地下水位以上，必须在地下水位以下时应将基础底面埋置在最低地下水位２００ｍｍ以下，以免水位变化时水浮力影响基础。埋在地下水位以下的基础，应选择具有良好耐水性的材料，如石材、混凝土等。地下水中含有腐蚀性物质时，基础应采取防腐措施。上一页下一页返回７.２基础埋深７.２.３土的冻结深度的影响冰冻线是地面以下的冻结土与非冻结土的分界线，从地面到冰冻线的距离即为土的冻结深度。冻结深度是由当地的气候条件决定的，气温越低，持续时间越长，冻结深度越大。冻胀的严重程度与地基土的含水量、地下水位高低及土颗粒大小有关。含水率大、水位高、颗粒细的，冻胀明显。基础应埋置在冰冻线以下约２００ｍｍ的位置，冻土深度小于５００ｍｍ时基础埋深不受影响。上一页下一页返回７.２基础埋深７.２.４相邻建筑物基础埋深的影响新建房屋的埋置深度应小于原有建筑基础埋置深度。必须大于原有埋深时，应使两基础间留出一定的水平距离，一般为相邻基础底面高差的１．５~２倍。无法满足此条件时，可通过对新建房屋的基础进行处理来解决，如在新基础上做挑梁，支承与原有建筑相邻的墙体。上一页下一页返回７.２基础埋深７.２.５连接不同埋深基础的影响建筑物设计上要求基础的局部必须埋深时，深、浅基础的相交处应采用台阶式逐渐落深。为使基础开挖时不致松动台阶土，台阶的踢面高度应≤５００ｍｍ，踏步宽度不应小于两倍的踢面高度。７.２.６其他因素对基础埋深的影响建筑物是否有地下室、设备基础、地下管沟等因素，也会影响基础的埋深。地面上有较多的腐蚀液体作用时，基础埋置深度不宜小于１．５ｍ，必要时应对基础做防护处理。上一页返回７.３地下室的防潮及防水构造７.３.１地下室的类型地下室可以根据不同条件予以分类：按功能分为普通地下室和人防地下室；按结构材料分为砖墙地下室和混凝土墙地下室；按顶板标高与室外地面的位置又可分为半地下室和全地下室。１）按功能分（１）普通地下室普通地下室是建筑空间向地下的延伸。相比地上房间，地下室有许多弊端，集中表现为采光通风的不利与容易受潮。地下室相对受外界气候影响较小，根据其特点，常在建筑中有不同的使用功能，高标准建筑的地下室常采用机械通风、人工照明和各种防潮防水措施，以满足其使用需要。下一页返回７.３地下室的防潮及防水构造（２）人防地下室由于地下室有厚土覆盖，受外界噪声、振动、辐射等影响较小，因此可按照国家对人防地下室的建设规定和设计规范建造成人防地下室，作为备战之用。人防地下室应按照防空管理部门的要求，在平面布局、结构、构造、建筑设备等方面采取特殊构造方案，同时还应考虑和平时期对地下室的利用，尽量使其做到“平战结合”。２）按顶板标高分半地下室指房间地面低于室外设计地面的平均高度、大于该房间平均净高的１／３，且小于等于１／２者。上一页下一页返回７.３地下室的防潮及防水构造全地下室指房间地面低于室外设计地面的平均高度、大于该房间平均净高的１／２者［引自《建筑设计防火规范》（ＧＢ５００１６—２００６）］。全地下室由于埋入地下较深，通风采光较困难，多用作储藏仓库、设备间等建筑辅助用房，并可利用其墙体有厚土覆盖受水平冲击和辐射作用小的特点用作人防地下室。７.３.２地下室的防潮与防水构造地下室由于长期受地下水的影响，若没有可靠的防潮与防水措施，将会严重地影响使用。因此，保证地下室在使用时不受潮、不渗漏，是地下室构造设计的主要任务。上一页下一页返回７.３地下室的防潮及防水构造地下水是对地面以下各种水的统称，其主要来源是雨雪等降水和其他地面渗入土壤中的水。地下水对土壤的渗透作用一般用渗透系数来表示，即每昼夜水渗透的速度。渗透系数小、水渗透较慢的土层称为隔水层。地表下第一个隔水层以上的含水层中的水称为潜水。处在地表下、上下两个隔水层之间的地下水称为层间水。１）地下室的防潮地下水的常年设计水位和最高地下水位均低于地下室地坪标高，且地基及回填土范围内无上层滞水时，只需做防潮处理（图７-７）。上层滞水是指由于在潜水面以上有局部隔水层或由于局部的下层土壤透水性不如其上层土壤，而在一定时间内拦阻水流向下渗透所形成的地下水区。上一页下一页返回７.３地下室的防潮及防水构造２）地下室的防水当设计最高地下水位高于地下室地坪标高时，地下室外墙受到地下水侧压力的作用，地坪受地下水浮力影响，必须考虑对地下室外墙及地坪做防水处理。防水方法有隔水法（堵）、降排水法（导）、综合防水法（堵导结合）。（１）降排水法降排水法即用人工降低地下水位或排出地下水，直接消除地下水作用，分为外排法和内排法。上一页下一页返回７.３地下室的防潮及防水构造降排水法施工简单，投资较少，效果良好，但需要设置排水和抽水设备，经常检修维护，一般很少采用，只适用于雨季丰水期地下水位高出地下室地坪的高度小于５００ｍｍ时，或作为综合方案的后备措施。在旧防水渗漏又无法用其他方法补救的时候也可使用降排水法。外排法。外排法是在建筑物四周地下设置永久性降排水设施，以降低地下水位。如盲沟排水，将带孔洞的陶管水平埋设在建筑四周地下室地坪标高以下，以截流地下水。地下水渗入地下陶管内以后，再排至城市排水总管，从而使建筑物局部地区地下水位降低。内排水法。内排水法是在地下室底板上设排水间层，使外部地下水通过地下室外壁上的预埋管，流入室内排水间层，再排至集水沟内，然后用水泵将水排出。上一页下一页返回７.３地下室的防潮及防水构造（２）隔水法隔水法是利用各种材料的不透水性来隔绝外围水及毛细管水的渗透，分为材料防水和构件自防水两种。材料防水。在地下室外墙与底板表面敷设防水材料，阻止水的渗入。常用的材料有卷材、涂料和防水砂浆等。这种方法能够适应结构的微量变形和抵抗地下水中侵蚀性介质，是比较可靠的传统防水做法（图７-８）。常用的卷材有沥青卷材和高分子卷材。按防水卷材铺贴位置的不同分为外包法和内包法。