2010年造價工程師《建設工程技術與計量(土建)》學習講義8

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二、地基與基礎
    (一)地基與基礎的關系
    基礎是建筑物的地下部分,是墻、柱等上部結構的地下的延伸,是建筑物的一個組成部分,承受建筑物的全部荷載,并將其傳給地基。地基是指基礎以下的土層,承受由基礎傳來的建筑物的荷載,地基不是建筑物的組成部分。
    (二)地基分類
    地基分為天然地基和人工地基兩大類。天然地基是指天然土層具有足夠的承載能力,不需經(jīng)過人工加固便可作為建筑的承載層,如巖土、砂土、黏土等。人工地基是指天然土層的承載力不能滿足荷載要求,經(jīng)過人工處理的土層。
    人工地基處理的方法主要有:壓實法、換土法、化學處理法、打樁法等。天然地基施工簡單、造價較低,而人工地基比天然地基施工復雜,造價也高。因此在一般情況下,應盡量采用天然地基。
    (1)壓實法:地基土是由土壤顆粒、水、空氣三部分組成。當土壤中水及空氣含量過大時,土壤的承載力就低,且壓縮變形量也大。含水量大、密實性差的地基土,可預先人工加壓,排出一定量的空氣和水,使土壤板結,提高地基土的承載力。這種方法不消耗建筑材料,較為經(jīng)濟,但作業(yè)效率低。
    (2)換土法:當?shù)鼗纳媳韺硬糠譃槌休d能力低的軟弱土(如淤泥、雜土)時,可將軟弱土層全部挖走,換成堅硬土(或墊上砂、碎石,或墊上按一定比例配制的砂石混合體),這種方法稱為換土法。這種方法處理的地基強度高,見效快,但成本較大。
    (3)化學處理法:對局部地基強度不足的在建建筑物或已建建筑物,可以采用注入化學物質(zhì),促使土壤板結,提高地基承載力。
    (4)打樁法,是將鋼筋混凝土樁打入或灌注入土中,由樁和樁間土層一起組成復合地基,從而提高地基的承載力。常見的樁基有:鉆孔樁、振動樁、爆擴樁等。
    【例1】下列人工處理地基的方法中,不消耗建筑材料的是( )。
    A.打樁法
    B.深層攪拌法
    C.壓實法
    D.化學處理法
    提示:參考教材P23
    【答疑編號911020110:針對該題提問】
    【答案】C
    【解題思路】本題為2005年考題。此題重點考核的是人工地基的分類。地基可分為天然地基和人工地基兩大類。人工地基處理的方法主要有壓實法、換土法、化學處理法、打樁法。
    (三)基礎類型
    基礎的類型與建筑物上部結構形式、荷載大小、地基的承載能力、地基上的地質(zhì)、水文情況、材料性能等因素有關。
    基礎按受力特點及材料性能可分為剛性基礎和柔性基礎;按構造的方式可分為條形基礎、獨立基礎、片筏基礎、箱形基礎等。
    1.按材料及受力特點分類
    (1)剛性基礎。剛性基礎所用的材料如磚、石、混凝土等,它們的抗壓強度較高,但抗拉及抗剪強度偏低。用此類材料建造的基礎,應保證其基底只受壓,不受拉。由于受地耐力的影響,基底應比基頂墻(柱)寬些。根據(jù)材料受力的特點,不同材料構成的基礎,其傳遞壓力的角度也不相同。剛性基礎上壓力分角α稱為剛性角。在設計中,應盡力使基礎大放腳與基礎材料的剛性角相一致,以確?;A底面不產(chǎn)生拉應力,限度地節(jié)約基礎材料。受剛性角限制的基礎稱為剛性基礎。構造上通過限制剛性基礎寬高比來滿足剛性角的要求。
    ①磚基礎。磚基礎具有就地取材、價格較低、設施簡便的特點,在干燥和溫暖的地區(qū)應用很廣。磚基礎的剖面為階梯形,稱為放腳。每一階梯挑出的長度為磚長的1/4(即60mm)為保證基礎外挑部分在基底反力作用下不至發(fā)生破壞,大放腳的砌法有兩皮一收和二一間隔收兩種。兩皮一收是每砌兩皮磚,收進1/4磚長;二一間隔收是砌兩皮磚,收進1/4磚長,再砌一皮磚,收進1/4磚長,如此反復。在相同底寬的情況下,二一間隔收可減少基礎高度,但為了保證基礎的強度,底層需要用兩皮一收砌筑。由于磚基礎的強度及抗凍性較差,因此對砂漿與磚的強度等級,根據(jù)地區(qū)的潮濕程度和寒冷程度有不同的要求。
    ②灰土基礎。灰土基礎即灰土墊層,是由石灰或粉煤灰與黏土加適量的水拌和經(jīng)夯實而成的。灰土與土的體積比為2:8或3:7。灰土每層需鋪22~25cm,夯層15cm為一步。三層以下建筑灰土可做二步,三層以上建筑可做三步。由于灰土基礎抗凍、耐水性能差,所以灰土基礎適用于地下水位較低的地區(qū),并與其他材料基礎共用,充當基礎墊層。
    ③三合土基礎。三合土基礎是由石灰、砂、骨料(碎石或碎磚)按體積比1:2:4或1:3:6加水拌和夯實而成,每層虛鋪22cm,夯至15cm.三合土基礎寬不應小于600mm,高不小于300mm,三合土基礎一般多用于地下水位較低的四層以下的民用建筑工程中。
    ④毛石基礎。毛石基礎是由強度較高而未風化的毛石和砂漿砌筑而成。具有抗壓強度高、抗凍、耐水、經(jīng)濟等特點。毛石基礎的斷面尺寸多為階梯形,并常與磚基礎共用,用作磚基礎的底層。為了保證鎖結力,每一階梯宜用3排或3排以上的毛石砌筑。由于毛石尺寸較大,毛石基礎的寬度及臺階高度不應小于400mm。
    ⑤混凝土基礎?;炷粱A具有堅固、耐久、剛性角大,可根據(jù)需要任意改變形狀的特點。常用于地下水位高,受冰凍影響的建筑物?;炷粱A臺階寬高比為1:1~1:1.5,實際使用時可把基礎斷面做成錐形或階梯形。
    ⑥毛石混凝土基礎。在上述混凝土基礎中加入粒徑不超過300mm的毛石,且毛石體積不超過總體積的30%,稱為毛石混凝土基礎。毛石混凝土基礎階梯高度一般不得小于300mm.混凝土基礎水泥用量較大,造價也比磚、石基礎高。如基礎體積較大,為了節(jié)約混凝土用量,在澆灌混凝土時,可摻人毛石,做成毛石混凝土基礎。
    (2)柔性基礎。鑒于剛性基礎受其剛性角的限制,要想獲得較大的基底寬度,相應的基礎埋深也應加大,這顯然會增加材料消耗和挖方量,也會影響施工工期。在混凝土基礎底部配置受力鋼筋,利用鋼筋抗拉,這樣基礎可以承受彎矩,也就不受剛性角的限制,所以鋼筋混凝土基礎也稱為柔性基礎。在相同條件下,采用鋼筋混凝土基礎比混凝土基礎可節(jié)省大量的混凝土材料和挖土工程量  
    鋼筋混凝土基礎斷面可做成錐形,最薄處高度不小于200mm也可做成階梯形,每踏步高300~500mm.通常情況下,鋼筋混凝土基礎下面設有素混凝土墊層,厚度1OOmm左右;無墊層時,鋼筋保護層為70mm,以保護受力鋼筋不受銹蝕。
    下水位以下時,地下室應做防水處理。
    2.按基礎構造形式分類
    (1)獨立基礎(單獨基礎)
    ①柱下單獨基礎。單獨基礎是柱子基礎的主要類型。它所用材料根據(jù)柱的材料和荷載大小而定,常采用磚、石、混凝土和鋼筋混凝土等。
    現(xiàn)澆柱下鋼筋混凝土基礎的截面可做成階梯形或錐形,預制柱下的基礎一般做成杯形基礎,等柱子插入杯口后,將柱子臨時支撐,然后用細石混凝土將柱周圍的縫隙填實。
    ②墻下單獨基礎。墻下單獨基礎是當上層土質(zhì)松軟,而在不深處有較好的土層時,為了節(jié)約基礎材料和減少開挖土方量而采用的一種基礎形式。磚墻砌在單獨基礎上邊的鋼筋混凝土地梁上,地梁的跨度一般為3~5m.
    (2)條形基礎。條形基礎是指基礎長度遠大于其寬度的一種基礎形式。按上部結構形式,可分為墻下條形基礎和柱下條形基礎。
    ①墻下條形基礎。條形基礎是承重墻基礎的主要形式,常用磚、毛磚、三合土或灰土建造。當上部結構荷載較大而土質(zhì)較差時,可采用鋼筋混凝土建造,墻下鋼筋混凝土條形基礎一般做成無肋式;如地基在水平方向上壓縮性不均勻,為了增加基礎的整體性,減少不均勻沉降,也可做成肋式的條形基礎。
    ②柱下鋼筋混凝土條形基礎。當?shù)鼗浫醵奢d較大時,采用柱下單獨基礎,底面積必然很大,因而互相接近。為增強基礎的整體性并方便施工,節(jié)約造價,可將同一排的柱基礎連通做成鋼筋混凝土條形基礎。
    (3)柱下十字交叉基礎。荷載較大的高層建筑,如土質(zhì)軟弱,為了增強基礎的整體剛度,減少不均勻沉降,可以沿柱網(wǎng)縱橫方向設置鋼筋混凝土條形基礎,形成十字交叉基礎。
    (4)片筏基礎。如地基基礎軟弱而荷載又很大,采用十字基礎仍不能滿足要求或相鄰基槽距離很小時,可用鋼筋混凝土做成混凝土的片筏基礎。按構造不同可分為平板式和梁板式兩類。平板式又分為兩類:一類是在底板上做梁,柱子支承在梁上;另一類是將梁放在底板的下方,底板上面平整,可作建筑物底層底面。
    (5)箱形基礎。為了使基礎具有更大剛度,大大減少建筑物的相對彎矩,可將基礎做成由頂板、底板及若干縱橫隔墻組成的箱形基礎,它是片筏基礎的進一步發(fā)展。一般都是由鋼筋混凝土建造,減少了基礎底面的附加應力,因而適用于地基軟弱土層厚、荷載大和建筑面積不太大的一些重要建筑物,目前高層建筑中多采用箱形基礎。
    以上是常見基礎的幾種基本形式,此外還有一些特殊的基礎形式,如殼體基礎、圓板、圓環(huán)基礎等。
    【例1】下列敘述不正確的是( )。
    A.柔性基礎寬度的加大不受剛性角的限制
    B.剛性材料是指抗壓強度高、抗拉強度和抗剪強度低的材料
    C.箱形基礎屬剛性基礎
    D.在基礎底寬不變的條件下,建造柔性基礎比剛性基礎可節(jié)省挖土量
    提示:參考教材P23-25
    【答疑編號911020111:針對該題提問】
    【答案】C
    【解題思路】柔性基礎底部寬度的加大(亦即壓力分布角的加大)不受剛性角的限制,因底部產(chǎn)生拉應力可由配置的鋼筋承擔。剛性材料包括磚石、混凝土等抗壓強度高、抗拉、剪強度低的材料。
    當基礎底寬一定時,若做柔性基礎,則因不受剛性角的限制故可不深埋,當然就節(jié)省了溝槽的挖方量。A、B、D項都是正確的。不正確的是C項,因箱形基礎是鋼筋砼做的箱形地下室,它不屬剛性基礎。
    【例2】毛石基礎是由強度較高且耐風化的毛石和砂漿砌筑而成。根據(jù)毛石材料特點,毛石基礎砌筑時的寬度及臺階高度不應小于()
    A.400mm
    B.350mm
    C.300mm
    D.250mm
    提示:參考教材P24
    【答疑編號911020112:針對該題提問】
    【答案】A
    【解題思路】本題為2007年考題。由于毛石尺寸較大,毛石基礎的寬度及臺階高度不應小于400mm。正確答案為A。
    【例3】關于鋼筋混凝土基礎,說法正確的是( )。
    A.鋼筋混凝土基礎的抗壓和抗拉強度均較高,屬于剛性基礎
    B.鋼筋混凝土基礎受剛性角限制
    C.鋼筋混凝土基礎寬高比的數(shù)值越小越合理
    D.鋼筋混凝土基礎斷面可做成錐形,其最薄處高度不小于200mm
    提示:參考教材P25
    【答疑編號911020113:針對該題提問】
    【答案】D
    【解題思路】本題為2008年考題。鋼筋混凝土基礎是在混凝土基礎底部配置受力鋼筋,利用鋼筋抗拉,這樣基礎可以承受彎矩,也就不受剛性角的限制,所以鋼筋混凝土基礎也稱為柔性基礎。鋼筋混凝土基礎斷面可做成錐形,其最薄處高度不小于200mm。本題正確選項為D。
    【例4】建筑物的基礎,按構造方式可分為( )。
    A.剛性基礎
    B.條形基礎
    C.獨立基礎
    D.柔性基礎
    E.箱形基礎
    提示:參考教材P25
    【答疑編號911020114:針對該題提問】
    【答案】BCE
    【解題思路】本題為2008年考題。建筑物的基礎,按照構造形式可以劃分為獨立基礎、條形基礎、柱下十字交叉基礎、片筏基礎、箱形基礎。
    (四)基礎埋深
    從室外設計地面至基礎底面的垂直距離稱為基礎的埋深。建筑物上部荷載的大小,地基土質(zhì)的好壞,地下水位的高低,土壤冰凍的深度以及新舊建筑物的相鄰交接等,都影響基礎的埋深。埋深大于4m的稱為深基礎,小于等于4m的稱為淺基礎。為了保證基礎安全,同時減少基礎的尺寸,要盡量把基礎放在良好的土層上。但基礎埋置過深,不但施工不便,且會提高基礎造價,因此應根據(jù)實際情況各選擇一個合理的埋置深度。原則是在保證安全可靠的前提下,盡量淺埋,但不應淺于0.5m;在靠近地表的土體,一般受氣候變化的影響較大,性質(zhì)不穩(wěn)定,且又是生物活動、生長的場所,故一般不宜作為地基的持力層?;A頂面應低于設計地面1OOmm以上,避免基礎外露,遭受外界的破壞。
    【例1】基礎的埋深是指( )。
    A.從室內(nèi)設計地面到基礎底面的垂直距離
    B.從室外地面到基礎底面的垂直距離
    C.從室外設計地面到基礎墊層下皮的垂直距離
    D.從室外設計地面到基礎底面的垂直距離
    提示:參考教材P26
    【答疑編號911020115:針對該題提問】
    【答案】D
    【解題思路】本題為2005年考題。從室外設計地面至基礎底面的垂直距離為基礎的埋深。埋深大于4米的稱為深基礎,小于等于4米的稱為淺基礎。埋深的原則是在保證安全可靠的前提下,盡量淺埋,但不應淺于0.5米。
    (五)地下室防潮與防水構造
    在建筑物底層以下的房間叫地下室。
    1.地下室分類
    按功能可把地下室分為普通地下室和人防地下室兩種;按形式可把地下室分為全地下室和半地下室兩種;按材料可把地下室分為磚混結構地下室和混凝土結構地下室。
    2.地下室防潮
    當?shù)叵率业仄何挥诔D甑叵滤灰陨蠒r,地下室需做防潮處理。對于磚墻,其構造要求是:墻體必須采用水泥砂漿砌筑,灰縫要飽滿;在墻外側設垂直防潮層,其具體做法是在墻體外表面先抹一層20mm厚的水泥砂漿找平層,再涂一道冷底子油和兩道熱瀝青,然后在防潮層外側回填低滲透土壤,并逐層夯實。土層寬500mm左右,以防地面雨水或其他地表水的影響。
    另外,地下室的所有墻體都必須設兩道水平防潮層。一道設在地下室地坪附近,具體位置視地坪構造而定;另一道設置在室外地面散水以上150~200mm的位置,以防地下潮氣沿地下墻身或勒腳滲入室內(nèi)。凡在外墻穿管、接縫等處,均應嵌入油膏填縫防潮。當?shù)叵率沂褂靡筝^高時,可在圍護結構內(nèi)側涂抹防水涂料,以消除或減少潮氣滲入。見圖2.1.3.
    地下室地面,主要借助混凝土材料的憎水性能來防潮,但當?shù)叵率业姆莱币筝^高時,地層應做防潮處理。一般設在墊層與地面面層之間,且與墻身水平防潮層在同一水平面上。
    3.地下室防水
    當?shù)叵率业仄何挥谠O計地下水位以下時,地下室四周墻體及底板均受水壓影響,應有防水功能。地下室防水可用卷材防水層,也可用加防水劑的鋼筋混凝土來防水。卷材防水層的做法是在土層上先澆混凝土墊層地板,板厚約1OOmm,將防水層鋪滿整個地下室,然后于防水層上抹20mm厚水泥砂漿保護層,地坪防水層應與垂直防水層搭接,同時做好接頭防水層。圖2.1.4為卷材防水層的實例。
    【例1】地下室地坪標高-0.5m,地下水設計水位標高-0.4m,則地下室應采?。?)措施。
    A.防水
    B.防凍
    C.防潮
    D.防滲
    提示:參考教材P27
    【答疑編號911020116:針對該題提問】
    【答案】A
    【解題思路】地下室地坪位于設計地