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本课件讲地基与基础，阐明二者的关系与地基分类，分析基础埋深的影响因素，介绍刚性基础、柔性基础与各类浅深基础形式，最后给出地下室构造及防潮、防水的处理做法。
第五章基础与地下室1.地基与基础概述1.地基与基础的关系基础，是建筑物的重要组成部分，是位于建筑物的地面以下的承重构件，承受着建筑物的全部荷载，并将这些荷载连同自重传给地基。地基，是基础下面承受建筑物总荷载的土壤层，不是建筑物的组成部分。地基承受建筑物荷载而产生的应力和应变是随着土层的深度增加而减小，在达到一定深度以后可以忽略不计。
地基承受荷载的能力有一定的限度，地基每平方米所承受的最大压力，称为地基的允许承载力(也叫地耐力)。允许承载能力主要应根据地基本身土的特性确定，同时也与建筑物的结构构造和使用要求等因素有一定的关系。当基础对地基的压力超过允许承载能力时，地基将出现较大的沉降变形，甚至地基土会滑动挤出而破坏。
地基和基础共同作用，来保证建筑的稳定、安全及坚固耐久。要满足基础底面的平均压力不超过地基的允许承载力，即满足下列不等式：F≥N／R其中，F为基础底面积；N为建筑物总荷载；及为地耐力。从上式可以看出，当地基承载力不变时，建筑物总荷载越大，基础底面积也要求越大；或者说当建筑物总荷载不变时，地基承载力越小，基础底面积将越大。
图5.1支承桩基础图5.2灌注桩基
②钻孔桩。这种桩是先利用钻孔机钻孔，然后放入钢筋骨架，再浇注混凝土而成。钻孔直径一般为300—500㎜，桩身长为不超过12m，如图5.2所示。③振动桩。这种桩是先利用打桩机把钢管打入土中，然后将钢管取出，再应在桩顶加作承台梁或以承托墙柱。
桩基组成如5.放入钢筋骨架，并浇注混凝土而成。其直径、桩长与钻孔桩相同。④爆扩桩。这种桩是由钻孔、引爆、浇注混凝土而成。引爆的作用是将桩端扩大，以提高承载力，如图5.3所示。
⑤其他类型桩。除以上桩的类型外，还有砂桩、碎石桩、扩孔墩等。采用桩基时，承台板，4所示。图5.3爆扩桩基础图5.4桩基的组成根据桩基的受力性能不同，桩基又分为端承桩和摩擦桩。
图5.5桩基的受力分类(5)基础工程应注意经济问题。基础工程约占建筑总造价的10％～40％，降低基础工程的投资是降低工程总投资的重要一环。
因此，在设计中应选择较好的土质地段，对需要特殊处理的地基和基础尽量选用地方材料，并采用恰当的形式及构造方法，从而节约工程投资。4.基础的埋置深度1.基础的埋置深度基础埋置深度，指从室外设计地坪到基础底面的距离，如图5．6所示。
室外地坪分为自然地坪和设计地坪。自然地坪指施工地段的现有地坪，而设计地坪。
指按设计要求工程竣工后室外场地经整平的地坪。图5.6基础埋置深度2．确定基础埋置深度的原则根据基础埋置深度的不同，基础分为浅基础和深基础。一般情况下，基础埋置深度≤4m时为浅基础；基础埋置深度>4m时为深基础。
在确定基础埋深时应优先选择浅基础，它的特点是：构造简单，施工方便，造价低廉且不需要特殊施工设备。只有在表层土质极弱、总荷载较大或其他特殊情况下，才选用深基础。除此，基础埋置深度也不能过小，因为地基受到建筑荷载作用后可能将四周土挤走，使基础失稳，或地面受到雨水的冲刷、机械破坏而导致基础暴露，影响建筑的安全。
基础的最小埋置深度不应小于500㎜。(1)建筑物的特点及使用性质的影响。应根据建筑物是多层建筑还是高层建筑、有无地下室、设备基础、建筑的结构类型等确定基础埋置深度，一般来说，高层建筑的基础埋深是地上建筑物总高度的1／10～1／14左右，而多层建筑则依据地下水位及冻土深度来确定埋深尺寸。
(2)土层构造情况的影响。土质好的、承载力高的土层，基础可以浅埋；土质差的、承载力低的土层，基础应深埋。(3)地下水位的影响。
地基土含水量的大小对承载力的影响很大，所以地下水位的高低直接影响地基承载力。如粘性土遇水后，因含水量增加体积膨胀，使土的承载力下降。而含有侵蚀性物质的地下水，对基础会产生腐蚀，故基础应争取埋置在地下水位以上，如图5.7(a)所示。
当地下水位较高、基础不能埋置在地下水位以上时，应将基础底面埋置在地下水位200㎜以下，不应使基础底面处于地下水位变化的范围之内，以减小和避免地下水的浮力等的影响，如图5.7(b)所示。如图5.7。
式中：A为新建与原有建筑物基础底面标高之差；上为新建与原有建筑物基础边缘的最小距离。图5.8冻胀深度对基础埋置的影响图5.9相邻基础的埋置位置5.2基础的类型与构造基础的类型很多，划分方法也不尽相同。从基础的材料及受力来划分，可分为刚性基础、柔性基础；从基础的构造形式划分，可分条形基础、独立基础、筏形基础、箱形基础、不埋基础等。
1.按所用材料及受力特点分类1.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，这种基础只适合于受压而不适合：厂受弯、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范围内控制，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(通常称宽高比)，如图5.10所示。在刚性角控制范围内，基础底面不会产生拉应力，基础不会破坏。如果基础底面宽度超过刚性角控制范围内，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，并由于裂缝扩展使基础破坏。
所以，刚性基础宽度的增大要受到刚性角的控制，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。
图5.10刚性基础的受力、传力特点(1)砖基础。砌筑砖基础的普通粘土砖，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1:15，一般采用每2皮砖挑出1／4砖或每2皮砖挑出1／4砖与每1皮砖挑出1／4砖相间的砌筑方法，如图5.11所示。砌筑前基槽底面要铺20㎜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5.11砖基础构造(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凿成型的石块，形状不规则。由于石材抗压强度高，抗冻、抗水、抗腐蚀性能均较好，所以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5.12所示。基础顶面要比墙或柱每边宽出l00㎜，基础的宽度、每个台阶挑出的高度均不宜小于400㎜，每个台阶挑出的宽度不应大于200㎜，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㎜时，毛石基础可做成矩形截面。
图5.13灰土与三合土基础基础断面形式可做成矩形、阶梯形和锥形。为了方便施工，当基础宽度小于350㎜时，多做成矩形；大于350㎜时，多做成阶梯形。
当基础底面宽度大于2000㎜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a为45度，阶梯形断面宽高比应小于1:1或1:1.5。
混凝土标号为C7.5～C10，如图5.14所示。图5.14混凝土基础图5.15毛石混凝土基础。
(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，可以在浇注混凝土时加入20％～30％的粒径不超300㎜的毛石，这种基础叫毛石混凝土基础。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分布均匀。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㎜。
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，如图5.15所示。2.柔性基础一般指钢筋混凝土基础。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，如图5.16所示，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5.16钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础可尽量浅埋，这种基础相当于一个受均布荷载的悬臂梁，所以它的截面高度向外逐渐减少，最薄处的厚度应≥200㎜，受力钢筋的数量应通过计算确定，但钢筋直径不宜小于8㎜，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，常在基础底面用C7.5或C10的混凝土做垫层，其厚度宜为60～l00㎜。有垫层时，钢筋距基础底面的保护层厚度不宜小于35㎜；不设垫层时，钢筋距基础底面不宜小于70㎜，以保护钢筋免遭锈蚀。
5.2.2按基础的构造型式分类基础型式的确定是根据建筑物上部结构形式、荷载大小及地基允许承载力情况而定。常见有以下几种：1.条形基础当建筑物为砖或石墙承重时，承重墙下一般采用通常的长条形基础，具有较好的纵向整体性，可减缓局部不均匀下沉，这种基础称为条形基础或带形基础，如图5.17所示。一般中、小型建筑常采用砖、混凝土、石或三合土等材料的刚性条形基础。图5.17条形基础
当建筑物为框架结构柱承重时，若柱间距较小或地基较弱，也可采用柱下条形基础，将柱下的基础连接在一起，使建筑物具有良好的整体性。柱下条形基础还可以有效地防止不均匀沉降。2.独立基础当建筑物为框架结构或单层排架结构承重时，且柱间距较大，基础常采用方形或矩形的独立基础，这称为独立基础或柱墩式基础，如图5.18所示。
常用的断面形式有阶梯形、锥形、杯形等，其优点可减少土方工程量，便于管道穿过，节约材料。但独立基础间无构件连接，整体性较差，因此适用于土质均匀、荷载均匀的框架结构建筑。当柱采用预制构件时，则基础做成杯口形，柱插入并嵌固在杯口内，故又称为杯形基础。
图5.18独立基础。
3.井格基础当框架结构处于地基条件较差或上部荷载较大时，为了提高建筑物的整体刚度，避免不均匀沉降，常将独立基础沿纵横向连接在一起，形成十字交叉的井格基础。如图5.19所示。4.满堂基础满堂基础包括筏形基础和箱形基础。
(1)筏形基础。当地基条件较弱或建筑物的上部荷载较大，如采用简单条形基础或井格基础不能满足要求时，常将墙或柱下基础连成一片，使其建筑物的荷载承受在一块整板上，成为筏形基础。筏形基础有平板和梁板式两种，前者板的厚度大，构造简单，后者板的厚度较小，但增加了双向梁，构造较复杂，如图5.20为梁板式筏形基础。
图5.19井格基础图5.20梁板式筏形基础。
图5.21不埋板式基础不埋板式基础是筏形基础的另一种形式，是在天然地表面上，用压路机将地表土碾压密实，在较好的持力层上浇注钢筋混凝土基础，在构造上使基础如同一只盘子反扣在地面上，以此来承受上部荷载。这种基础大大减少了土方工程量，且适宜于较弱地基，特别适宜于5～6层整体刚度较好的居住建筑，但在冻土深度较大地区不宜采用，故多用于南方，如图5.21所示。(2)相彤基础。当地基条件较差、建筑物的荷载很大或荷载分布不均而对沉降要求甚为严格时，可采用箱形基础。箱形基础是由底板、顶板、侧墙及一定数量的内墙构成的刚度较好的钢筋混凝土箱形结构，是高层建筑的一种较好的基础类型，箱形基础的内部空间可作为地下室的使用房间，如图5.22所示。
1.防潮作法当地下水的常年水位和最高水位都在地下室地坪标高以下时，地下水位不可能直接侵入室内，墙和地坪仅受土层中地潮的影响。地潮是指土层中毛细管水和地面水下渗而造成的无压力水。这时地下室只需做防潮，砌体必须用水泥砂浆砌筑，墙外侧抹20㎜厚水泥砂浆抹面后，涂刷冷底子油一道及热沥青两道，然后回填低渗透性的土壤，如粘土、灰土等，并逐层夯实。
这部分回填土的宽度为500㎜左右。此外，在墙身与地下室地坪及室内地坪之间设墙身水平防潮层，以防止土中潮气和地面雨水因毛细作用沿墙体上升而影响结构。防潮作法见图5.23。
图5.23墙体防潮做法。
(2)卷材防水。卷材防水能适应结构微量变化和抗一般地下水化学侵蚀，效果比较可靠。
防水卷材有高聚物改性沥青卷材(包括APP塑性卷材和SBS弹性卷材)和合成高分子卷材(如三元乙丙—丁基橡胶防水卷材，氯化聚乙烯—橡胶共混防水卷材等)，一般用于迎水面，称为“外包防水”，只有在修缮工程中才做于内侧，称为“内包防水”。采用改性沥青卷材时一层厚度应≥4.0㎜；采用高分子卷材时只铺一层，厚度应≥1.5㎜。
采用外包防水卷材作法时，应在卷材外侧砌半砖厚保护墙一道(或采用聚苯板作软保护层)，并回填2；8灰土作隔水层，见图5.24(a，b)和图5.25。沥青卷材是一种传统的防水材料，有一定的抗拉强度和延伸性，价格较低，但属于热作业，操作不方图5.24。
并污染环境，易老化。一般为多层做法，卷材的层数根据水压，即地下水的最大计算水头大小而定，见表5.3。
最大计算水头，是指设计最高地下水位高于地下室底板下皮的高度。最大计算水头，是指设计最高地下水位高于地下室底板下皮的高度。
图5.25卷材转角搭接(3)涂料防水。涂料防水种类有水乳型(普通乳化沥青、再生胶沥青等)、溶剂型(再生胶沥青)、和反应型(聚氨脂涂膜)涂料，能防止地下无压水(渗流水、毛细水等)及≤1.5m水头的静压水的侵入，适用于新建砖石或钢筋混凝土结构的迎水面作专用防水层。
或新建防水钢筋混凝土结构的迎水面作附加防水层，加强防水、防腐能力；或已建防水或防潮建筑外围结构的内侧，作补漏措施；不适用或慎用于含有油脂、汽油或其他能溶解涂料的其他地下环境。且涂料和基层应有很好的粘结力，涂料层外侧应做砂浆或砖墙保护层。(4)水泥砂浆防水。水泥砂浆防水分为多层普通水泥砂浆防水层和掺外加剂水泥砂浆防水层两种，属于刚性防水，适用于主体结构刚度较大，建筑物变形小及面积较小(不超过300m2)的工程，不适用于有侵蚀性、有剧烈震动的工程。
一般条件下做内防水为好，地下水压较高时，宜增做外防水。防水层高度应高出室外地坪o.15m，但对钢筋混凝土外墙、柱，应高出室外地坪0.5m。上述四种作法，前两种应用较多。4．采光井作法为考虑地下室平时利用，在采光窗的外侧一般设置采光井，如图5.26所示。
采光井由底板和侧墙组成。底板为混凝土浇注，侧墙可为砖墙或钢筋混凝土板墙。采光井底板应有1％一3％的坡度，把积存的雨水用钢筋水泥管或陶管引入地下管网。采光井的上部应有铸铁箅子或尼龙瓦盖，以防止人员、物品掉入采光井内。
图5.26采光井做法
小结本章主要讲述民用建筑基础的埋置深度、常见类型、基本构造和设计要求，以及地下室的分类、人防地下室的等级、地下室的防潮、防水的构造做法。其重点是基础的构造和地下室的防潮、防水的构造设计。在学习过程中应注意以下几方面：1.地基与基础的关系。基础是建筑物的最下部分，直接作用于土层上并埋于地下把建筑物的全部荷载传给地基的承重构件。地基是承受建筑物全部荷载的土壤层。
两者密不可分，但概念不同。根据地基土质种类的不同，地基可分为天然地基与人工地基，设计中应优先选择地基承载力高的土质作为天然地基。同时应掌握人工地基的加固方法。2.地基与基础的设计中应在保证承载力要求的前提下，确定合理的基础埋置深度。3.基础按材料和受力特点分为刚性基础和柔性基础，掌握刚性基础的概念及刚性基础的几种不同类型；基础按构造型式分为条形基础、独立基础、井格基础、满堂基础，了解各不同类型的使用特点。
4.地下室作为建筑物处于室外地坪以下的房间，根据使用性质分为普通地下室和人防地下室，人防地下室按其重要性又分为六级、七类。5.地下室防水工程是设计的要点，根据建筑物的类别，地下室防水工程的分为四个等级。地下室的防潮、防水做法取决于地下室地坪与地下水位的关系，地下室无渗水可能时采用防潮的做法，否则应做好防水。防水的构造做法通常为防水混凝土自防水、卷材防水、涂料防水、水泥砂浆防水。掌握地下室的防潮、防水的构造做法，并能绘图说明。
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