2.2 基础
基础是建筑地面以下的承重构件，是建筑的下部结构，它承受建筑物上部结构传下来的全部荷载，并把这些荷载连同本身的重量一起传到地基上。作为房屋的主要组成部分，基础应当坚固、稳定、能经受冰冻和地下水及化学物质的侵蚀。
2.2.1 基础类型
1.按材料受力特点分类
基础按照材料的受力特点可分为刚性基础和柔性基础。
（1）刚性基础 刚性基础也称为无筋扩展基础，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。这种基础抗压强度高而抗拉、抗剪强度低。为满足地基允许承载力的要求，需要加大基础底面积，基础底面尺寸的放大应根据材料的刚性角来决定。凡受刚性角限制的为刚性基础。
刚性角是指上部结构荷载通过基础向下扩散传递方向与竖向的夹角，如图2-2中所示的α角。
图2-2 刚性基础及刚性角
（2）柔性基础 是指基础宽度加大时不受刚性角限制的基础，如钢筋混凝土基础。这类基础的高度不受台阶宽高比的限制，尤其适宜于宽基浅埋的情况。
2.按制作材料区分
基础按制作材料区分，有灰土基础、砖基础、毛石基础、三合土基础、混凝土基础、毛石混凝土基础、钢筋混凝土基础等。
1.灰土基础
2.砖基础
3.毛石基础
4.三合土基础
（1）混凝土基础 是指用混凝土制作的基础。混凝土基础的优点是强度高，整体性好，耐水，适用于潮湿的地基或含水的基槽中。混凝土基础的断面形式有阶梯形和锥形两种（图2-3）。混凝土基础可用于有地下水和冰冻作用的场地，其厚度一般为300～500mm，每阶高度不应小于200mm，混凝土强度等级通常为C7.5～C20。混凝土基础的宽高比为1:1。
图2-3 混凝土基础
a）阶梯形基础 b）锥形基础
（2）毛石混凝土基础 是体积较大的混凝土基础，为了节约水泥用量，可以在浇筑混凝土时加入20%～30%的毛石，这种基础称为毛石混凝土基础。当基础埋深较大时，可用毛石混凝土做成台阶形。
毛石混凝土基础每阶高度不宜小于300mm；每阶宽度不应小于400mm。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。
（3）钢筋混凝土基础 钢筋混凝土基础的抗弯和抗剪性能良好，可在上部结构荷载较大、地基承载力不高以及有水平力和力矩等荷载的情况下使用，这类基础的高度不受台阶宽高比的限制，尤其适宜于宽基浅埋的情况，常用于上部荷载大，地下水位高的大、中型工业建筑和多层民用建筑，如图2-4所示。
钢筋混凝土基础的基本构造要求：混凝土强度等级不应低于C20；垫层的厚度不宜小于70mm，垫层混凝土强度等级应为C10；锥形基础的边缘高度不宜小于200mm，且两个方向的坡度不宜大于1:3；阶梯形基础的每阶高度，宜为300～500mm。
图2-4 钢筋混凝土基础
3.按外观形式与构造特点分类
基础按照其外观形式与构造特点可分为条形基础、独立基础、联合基础、箱形基础等。
（1）条形基础 基础宽度与其长度相差较大时，其外观为长条形，称为条形基础。条形基础可以用刚性材料制作，也可以用钢筋混凝土制作，所以条形基础既可以用于墙下，也可以用于柱下（图2-5）。
图2-5 条形基础
a）刚性材料制作的基础 b）钢筋混凝土条形基础
（2）独立基础 当建筑物上部采用框架结构或单层排架结构承重，并且柱距较大时，基础常采用方形或矩形的单独基础，这种基础称为独立基础。独立基础是柱下基础的基本形式，常用的断面形式有杯形、阶梯形、锥形等，如图2-6所示。
图2-6 独立基础
a）杯形基础 b）阶梯形基础 c）锥形基础
（3）联合基础 当上部荷载较大，或者地基承载力较低，可以将多个独立基础合并，从而形成联合基础。联合基础主要有柱下条形基础、十字交叉梁基础和筏形基础等。
1）柱下条形基础。当结构采用钢筋混凝土墙或者柱的间距较小，而基础平面尺度较大时，常将柱的基础连接成长方形，形成柱下条形基础（图2-5b）。
2）十字交叉梁基础。当地基软弱，柱网的柱荷载不均匀，需要基础具有空间刚度以调整不均匀沉降时多采用十字交叉梁基础。可以理解为柱下条形基础的双向布置，在其交叉处为柱子的位置（图2-7）。
图2-7 十字交叉梁基础
3）筏形基础。筏形基础又称筏板基础、满堂基础。建筑物荷载较大，地基承载力较弱，可选用整片的混凝土板承受建筑物传来的荷载并将其传给地基，这种基础形似筏子，所以称为筏形基础。筏形基础的整体性好，能很好地抵抗地基的不均匀沉降。
筏形基础按结构形式可分为板式结构与梁板式结构两类。板式筏基的底板厚度较大，构造简单；梁板式筏基的底板厚度较小，但增加了双向梁，构造较复杂（图2-8）。
图2-8 筏形基础
a）板式筏基 b）梁板式筏基
（4）箱形基础 当建筑物荷载很大，浅层地质情况较差或建筑物很高，基础需深埋时，为增加建筑物的整体刚度，不致因地基的局部变形影响上部结构，常采用由底板、顶板、侧墙及一定数量内隔墙构成的整体刚度较好的单层或多层钢筋混凝土基础，称为箱形基础。箱形基础内部空间为地下室。
箱形基础整体性强，能承受很大的弯矩，如图2-9所示。
图2-9 箱形基础
（5）桩基础 桩基础是由设置于岩土中的桩和连接于桩顶端的承台组成的基础，或由柱与桩直接连接的单桩基础，适用于建筑物荷载大、层数多、高度大以及大面积的软弱地基土深度较大等情况。
桩基础按成桩工艺分为预制桩和灌注桩两种。预制桩通常在构件厂或现场预制，用打桩机将其打入土中，预制桩的优点是桩身质量好，承载力强；缺点是现场打桩振动大，桩的尺寸不能太大，并且运输工作量大，造价高。
灌注桩是直接在设计桩位上成孔，孔内放入钢筋笼之后浇筑混凝土成桩。灌注桩的优点是施工快，振动小，不扰民，造价低，桩身尺寸不受运输机械等限制。
按桩身竖向受力情况，可分为摩擦型桩和端承型桩（图2-10）。
摩擦型桩是用桩挤实软弱土层，桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受。这种桩适用于坚硬土层或岩石层埋深较深、总荷载较小的工程。
图2-10 桩基的受力类型
端承型桩是桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受，将桩尖直接支承在岩石或坚硬土层上，通过桩尖承受建筑的荷载并且将荷载传给地基。这种桩适用于坚硬土层或岩石层埋深较浅、荷载较大的工程。
2.2.2 基础的埋置深度
基础的埋置深度指的是基础埋于土层的深度，一般是指从室外地坪至基础底面的垂直距离（图2-11）。
图2-11 基础的埋置深度
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，基础埋深不超过5m，或不超过基底最小宽度的基础为浅基础；基础埋深大于基础宽度且深度超过5m的基础为深基础。
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。
基础埋置深度不能过小，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。除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。
1.确定基础埋深的条件
基础的埋置深度应按建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式和构造，作用在地基上的荷载大小和性质，工程地质和水文地质条件，相邻建筑物的基础埋深，地基土冻胀和融陷的影响等来确定。
一般来说，高层建筑基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑稳定性要求。
在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/18。
2.影响基础埋深的因素
（1）土层构造情况的影响 土质条件好、承载力高的土层，基础可以浅埋；土质条件差、承载力低的土层，基础应当深埋。
（2）地下水位的影响 基础宜埋置在地下水位以上，当地下水位较高、基础不能埋置最高水位以上时，可以考虑将基础进行防水处理，或者将基础底面埋置在最低地下水位200mm以下，以减小和避免地下水侵蚀等因素的影响（图2-12）。
图2-12 地下水位对基础埋深的影响
a）地下水位较低时基础位置 b）地下水位较高时基础位置
（3）土的冻结深度的影响 地面以下的冻结土与非冻结土的分界线称为冰冻线。土的冻结深度取决于当地的气候条件，如北京地区为地下0.8～1.0m，哈尔滨为地下2.0m。
在冬季，土的冻胀会把基础抬起；春天，气温回升土层解冻时，基础又会下沉，使建筑物长期性地处于不稳定状态。由于土中各处冻胀和融化并不均匀，会使建筑物产生变形，如墙身的开裂、门窗变形等情况。
土的冻胀现象及其严重程度与地基土的颗粒粗细、含水量、地下水位高低等因素有关。粉砂、轻亚黏土等土地颗粒细，孔隙小，毛细作用显著，具有冻胀性，此类土壤称为冻胀土，冻胀土中含水量越大，冻胀就越严重，地下水位越高，冻胀就越强烈。
当独立基础连系梁下或桩基础承台下有冻土时，应在梁或承台下留有相当于该土层冻胀量的空隙。外门斗、室外台阶和散水坡等部位宜与主体结构断开，散水坡分段不宜超过1.5m，坡度不宜小于3%，其下宜填入非冻胀性材料。
对于不能埋至于冰冻线以下的基础，应做保温处理。
（4）相邻建筑物的影响 一般情况下，当存在相邻建筑物时，新建建筑物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，两基础间应保持一定净距，其数值应根据建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定，一般为相邻两基础底面高差的2倍以上（图2-13）。
图2-13 相邻基础的埋深位置
如不能满足上述要求时，应采取分段施工、设临时加固支撑、做地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物基础。