1)按所用材料及受力特点分类

1)按所用材料及受力特点分类

(1)刚性基础

刚性基础指用砖、灰土、混凝土、三合土、毛石等受压强度大而受拉强度小的刚性材料建成的基础。由于刚性材料的特点,这种基础只适用于受压而不适用于受弯、受拉和剪力,因此基础剖面尺寸必须满足刚性条件的要求。

由于地基承载力的限制,上部结构通过基础将其荷载传给地基时,为使其单位面积所传递的力与地基承载力设计值相适应,以台阶的形式逐渐扩大其传力面积,这种逐渐扩大的台阶称为大放脚。

根据实验得知,刚性材料建成的基础在传力时只能在材料允许的控制范围内,这个控制范围的夹角称为刚性角,以(°)表示,即控制基础挑出长度b 与H 之比(通常称为宽高比)。在刚性角控制范围内,基础底面不会产生拉应力,基础不会被破坏。如果基础底面宽度超过刚性角控制范围,即b 增大为B,这时从基础受力方面分析,挑出的基础相当于一个悬臂梁,基础底面将受拉。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,并由于裂缝扩展而使基础破坏。因此,刚性基础宽度的增大受到刚性角的限制,不同材料的刚性角是不同的,例如砖基础的宽高比为1∶1.50,毛石基础的宽高比为1∶1.25~1∶1.50,混凝土基础的宽高比为1∶1,灰土基础的宽高比为1∶1.25~1∶1.50。刚性基础常用于建筑物荷载较小、地基承载力较好、压缩性较小的地基上。

刚性基础的受力、传力特点如图3.18 所示。

图3.18 刚性基础的受力、传力特点

①砖基础。砌筑砖基础的普通黏土砖,其强度等级要求在MU7.5 以上,砂浆强度等级一般不低于M5。砖基础采用逐级放大的台阶式,为了满足刚性角的限制,其台阶的宽高比应小于1∶1.5,一般采用每两皮砖挑出1/4 砖或每两皮砖挑出1/4 砖与每一皮砖挑出1/4 砖相间的砌筑方法。砌筑前基槽底面要铺20 mm 厚砂垫层或灰土垫层。砖基础具有取材容易、价格低廉、施工方便等特点。由于砖的强度及耐久性较差,故砖基础常用于地基土质好、地下水位较低、5 层以下的砖混结构中。

图3.19 所示为砖基础构造(两皮一收)。

图3.19 砖基础构造(两皮一收)

②毛石基础。毛石基础是由石材和不小于M5 砂浆砌筑而成。毛石是指开采未经雕琢成形的石块,形状不规则。石材的抗压强度高,抗冻、抗水、抗腐蚀性能均较好,因此毛石基础可以用于地下水位较高、冻结深度较大的底层或多层民用建筑,但整体性欠佳,有震动的房屋很少采用。

毛石基础的剖面形式多为阶梯形,如图3. 20 所示。基础顶面要比墙或柱每边宽出100 mm。基础的宽度、每个台阶挑出的高度均不宜小于400 mm,每个台阶挑出的宽度不应大于200 mm。为满足刚性角的限制,其台阶的宽高比应小于1∶1.25~1∶1.50。当基础底面宽度小于700 mm 时,毛石基础可做成矩形截面。

图3.20 毛石基础构造

③灰土与三合土基础(图3.21)。灰土是由粉状的石灰与松散的粉土加适量水拌和而成,用于灰土基础的石灰与粉土的体积比为3∶7或4∶6,灰土每层均需铺220 mm 厚,夯实后厚度为150 mm。由于灰土的抗冻性、耐水性差,故灰土基础适用于地下水位较低的低层建筑。三合土是由石灰、砂、骨料(碎石、碎砖或矿渣),按体积比1∶3∶6或1∶2∶4加水拌和而成。三合土基础的总厚度H >300 mm,宽度B >600 mm。三合土基础广泛用于南方地区,适用于四层以下的建筑。与灰土基础一样,三合土基础应埋在地下水位以上,顶面应在冰冻线以下。

图3.21 灰土与三合土基础

④混凝土基础。混凝土基础具有坚固、耐久、耐腐蚀、耐水等特点,与前几种基础相比其刚性角较大,应用于地下水位较高和有冰冻的地方。由于混凝土可塑性强,基础断面形式可做成矩形、阶梯形和锥形。为方便施工,当基础宽度小于350 mm 时,多做成矩形;大于350 mm 时,多做成阶梯形。当基础底面宽度大于2 000 mm 时,还可做成锥形,锥形断面能节约混凝土,从而减轻基础自重。混凝土基础的刚性角α 为45°,阶梯形断面宽高比应小于1∶1或1∶1.5。

⑤毛石混凝土基础。为了节约水泥用量,对于体积较大的混凝土基础,可以在浇筑混凝土时加入20%~30%的粒径不超300 mm 的毛石,这种基础称为毛石混凝土基础(图3.22)。所用毛石尺寸应小于基础宽度的1/3,且毛石在混凝土中应均匀分布。当基础埋深较大时,也可将毛石混凝土做成台阶形,每阶宽度不应小于400 mm。如果地下水对普通水泥有侵蚀作用时,应采用矿渣水泥或火山灰水泥拌制混凝土。

图3.22 毛石混凝土基础

(2)柔性基础

柔性基础一般是指钢筋混凝土基础(图3.23、图3.24)。当建筑物的荷载较大、地基承载力较小时,基础底面B 必须加宽,如果仍采用砖、混凝土等刚性材料作基础,势必加大基础的深度,这样既增加了土方工程量,又增加了材料的用量。特别是基础遇到有软弱土层而不宜深埋时,应充分利用持力层好的土的承载力。如果在混凝土基础的底部配以钢筋,利用钢筋来承受拉应力,使基础底部能够承受较大的弯矩,这时基础宽度的加大不受刚性角的限制,故称钢筋混凝土基础为柔性基础。

图3.23 钢筋混凝土基础

图3.24 钢筋混凝土基础示意图

钢筋混凝土基础尽量浅埋,这种基础相当于一个受均布荷载的悬臂梁,因此它的截面高度向外逐渐减少,最薄处的厚度应≥200 mm,受力钢筋的数量应通过计算确定,但钢筋直径不宜小于8 mm,混凝土强度等级不宜低于C15。为使基础底面均匀传递对地基的压力,常在基础下用不低于C10 的混凝土做垫层,其厚度宜为70~100 mm。设垫层时,钢筋距基础底面的保护层厚度不宜小于35 mm;不设垫层时,钢筋距基础底面不宜小于70 mm,以保护钢筋免遭锈蚀。