基础是房屋结构的重要组成部分,它必须具有将上部结构传来的荷载安全地、并尽可能均匀地传到地基上去的足够强度。在建筑物的基础工程中必须满足以下几个的条件。
①保证地基有足够的稳定性并限制地基变形在允许范围内。使基础有足够的底面积,基底的压应力不得超过地基容许承载能力。
②保证基础耐久性。
③基础本身具有足够的强度。
为此必须掌握房屋所在地区的地质情况,并能确定持力层和它的承载能力;同时必须了解冰冻深度和地下水位情况等。这样确定的基础方案才能达到技术、经济都合理的要求。
(1)夯土基础
利用夯土做基础,在我国建筑工程中有悠久的历史。考古发掘中发现的早期宫殿遗址河南省偃师二里头商代宫殿基址,殿堂的基础挖得深,夯土打得也比较结实。在夯土的底部还铺垫了三层鹅卵石,以加固基础。陕西岐山凤雏村西周建筑基址也是夯土筑建的。直到近代在工程中还有素土夯筑的做法,一般多用在基底,做素土夯实。每步虚土一尺,筑实七寸。
(2)碎砖黏土基础
碎砖黏土基础是对夯土基础做法的改进和提高。它是在夯土中加入石碴、碎砖、瓦片等,以提高基础的抗压强度。在战国和汉初时的城墙夯土中就已含有瓦片。这种筑基做法在北京故宫内随处可见,如宫殿、门座、宫墙、城墙等明代建筑都采用这种基础。
(3)天然石基础
天然石基础在古代建筑中是很特殊的。山西五台山佛光寺整座寺院建在山腰,兴建之初凿岩开山,辟出屋基,这样造出的佛光寺正殿后峭岩的高度与殿檐齐,殿内后部的几个柱础就是“将就地下的岩石凿成柱础的。因为建筑地址本是凿岩辟出的,所以将就岩石作础,也是从权的办法。”利用自然的岩石作为建筑的基座,就需要掌握岩石的构成及其承载能力,因地制宜才能保证建筑的稳固。
(4)灰土基础
灰土具有一定的强度,不易透水,可做建筑物的基础和地面垫层等。灰土基础在我国有悠久的历史。南北朝(公元6世纪)时,南京西善桥的南朝大墓封门前地面即是灰土夯成的。它起到了将大量的地面水阻隔下渗,同时又可以防止春季地下返浆,出现地面变形。
有一种管沟内挖出的灰土块,这种灰土,刚挖出时是湿软的,还带有黏性,水分蒸发后变为硬块,不散不碎。还有一种灰土基础,色彩上以白色为主,有少量的黄土或砂石,白灰是主色调。该灰土是分层夯筑的,每层的厚度不同,薄的有170mm,厚的有200mm,总共有四层。在每层灰土的面层上(即二步灰土之间)有20~30mm厚的薄薄一层灰浆层。灰浆层与灰土紧密地结合在一起,整体性和防水性都很强。
(5)砌筑基础
使用砌筑体作为建筑基础最早见于明代建筑。砌筑基础常为用砖或用石材(卵石、方石)砌筑的磉墩(即柱础下的砌体),以及砖磉之间砌筑的拦土墙,也有满堂砌筑的。砌筑所用灰浆的泥灰比为3:7或4:6,在宫殿建筑中大多用纯白灰浆砌筑。
(6)桩基础和桩承台基础
使用桩基在我国有悠久的历史,如北京故宫的城墙的桩基,在现地面4m以下,采用的是柏木桩,桩直径100mm(即三寸)左右,木桩的排列方式为梅花形,称“梅花桩”,木桩间距为500mm(即一尺半)。另外,故宫内一段雨水沟基础(估计可能是元代的河帮基础),其木桩排列密集,也是柏木桩,木桩直径100mm,长有1500mm和1920mm两种,桩尖削三面成形,桩的间距为250mm(图2-1)。
图2-1 桩基础实测图
古建筑也有采用筏形基础的,在北京故宫内一座建筑的遗址基础就是筏形基础。它的底部是木桩,木桩顶上纵向、横向铺着两层木排,构成承台(图2-2)。每根桩和木排的直径大约200mm。由于是小面积的施工而未能看到整个排木层,所以桩或排木的长度不清楚,但是它让我们看到了古代承台和桩基的构成情况。
图2-2 北京故宫内见到的
古代建筑基础的构成,往往综合使用多种手段,如桩基、木承台、碎砖黏土夯筑层、柱位处砌筑砖磉,安装柱础,这样基础工程才算完成。具体到一座建筑是否要把这些手段都用上,则要依据建筑本身自重及场地土的情况而采用不同的手段。我国古代对地基土的处理方法,从现在掌握的实物资料看大致有两种,一种是换土法,另一种是密实加固法。
(1)换土法
换土法,即将基础底面下一定深度范围内的软弱土层、杂填土层挖出去,换填无侵蚀性的低压缩性散体材料,分层夯实,作为地基的持力层。在实例中有局部换土的,如山西的五台山南禅寺(唐)只在柱础下局部换土。而北京故宫北上门的基础是大面积的碎砖黏土层构成一整体的基底作为持力层,它的稳固性和承载能力都非常安全可靠。
(2)密实加固法
密实加固法主要是指打桩,以桩加固土层。从实物资料看,桩多打在粉砂层上。随着承载力要求的不同,用桩的数量、密度及粗细都不一样。不难看出,古代的木桩用在土质松散地带,挤密土层,固定砂层,使桩与土、砂共同组成坚固的持力层。