木结构古建筑地基基础的构造做法

2014-06-07雷文亮

山西建筑 2014年17期

雷文亮

(太原理工大学建筑与土木工程学院，山西太原 030024)

0 引言

中国古代文明的重要组成部分之一就是古建筑［1］，古建筑物可以说是中华民族的瑰宝，甚至是世界的精华，具有极高的科学价值。古建筑根据功能的不同可以分为:园林、佛塔、寺院、庙宇、祠堂、宫廷、城池以及民居等。这些建筑物一般采用的是石块砌体结构或者是木结构。其中最具有文化底蕴的应该是木结构的建筑结构，数量极多，甚至很多木结构建筑已经被列为世界文化遗产以及中国文化遗产，部分还是重点的文物保护点。山西的应县木塔以及五台县的佛光寺东大殿都是典型的木结构，木结构的建筑之所以可以保存到现在，主要是木结构有着独特的结构体系特性。

关于地基的处理方法，我国古代的相关文献均有记载，而且从文献中可以看出古人对于建筑地基的处理特别的重视，如汉代的未央宫以及北京的紫禁城［2］均对地基作过处理，加强对上部结构的承载力，防止在受重大破坏下，可以维持结构的稳定性。木结构建筑地基的处理方法随着人类认识水平的提高也在从原始的仅依靠地理条件来解决发展到利用其他条件对地基进行加强处理，更好的服务于上层结构的承重，而且对于现代建筑地基的处理仍具有指导性作用。

1 木结构地基处理的方法

1.1 换土法

换土法就是在所要建造建筑物的地下测试其土的性能，若检测得到地下的土不适于承载建筑物，则采用换土的方法进行处理，即将原先不适合承载的土挖去，然后换上无侵蚀性而且具有低压缩性散体材料，接着进行人工夯实，一般是分层进行夯实，被夯实后的土层作为地基的土层。通过现有文献的查阅，一般换土法只是替换一部分土，而没有进行全部的换土记录，山西五台山现有的建筑南禅寺就是将柱子下面的土层进行替换，同样只是替换了部分的土而已。还有就是采用碎粘砖土层替代原来的土层作为地基的持力层［3］，具有良好的承载能力和稳定性，一般适用于地基土层相对比较软弱的土层或者是土层比较复杂的，这种处理方法在现代建筑软弱土层的处理方法中有异曲同工之妙。

1.2 密实加固法

密实加固法跟换土法是两种不同的概念，密实加固法主要是应用打桩技术对土层进行加固，从现存的建筑物来看，这种方法适用于粉砂层的土层，跟现代建筑打桩地基处理方法是一致的。同时用桩的数量密度以及直径粗细程度由场地地质条件的不同和要求地基承载力的大小决定。古代土质比较松软的地带常常采用打地桩的方法，进行土层的密实和加固，目的是形成一个坚固的持力层，持力层包括桩、土以及砂。

1.3 其他方法

我国现行JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范关于地基处理的方法进行了详细的叙述，其中包括灰土挤密桩法、地基换填垫层法和土挤密桩法等十多种地基处理方法，它们的原理基本上是按照古代地基处理的方法进行改良设计的。它们都是采用人工方法来对原有建筑物地基软弱土层的渗透性质和变形性质进行改善，主要是为了确保上层结构的稳定和安全而提高底层地基的承载力。

2 木结构地基基础做法

地基以上至柱根的部分被称为木结构古建筑的基础，对维持上层结构的稳定起着牵一发而动全身的作用。随着时间的流走，有关木结构古建筑地基的做法也是不断发展变化的。在古文献中两本文献对于我们了解古建筑起着至关重要的作用，一本是《清代的工程做法则例》，一本是宋代的《营造法式》，《营造法式》主要是对宋代以前的建筑做了总结，其中不乏对木结构古建筑的研究，是木结构研究的重要参考文献，而后来的《工程做法则例》是对明清时代的建筑做的总结，也是关于古建筑物研究的重要文献资料。木结构古建筑的基础可以根据古建筑文献进行分类，具体可以分为以下几种［4］:

1)天然石基础。

天然石基础主要使用的是自然的岩石作为建筑物的基础［5］，这种基础的出现比较特殊。地处山西省五台县的佛光寺就是采用的天然石基础进行对地基的处理。使用天然石作为地基必须首先对天然石的特性进行了解，然后才可以用于地基的处理，了解岩石要从岩石的构成以及是否有足够的承载力入手，目的是为了维护上层结构的稳定性。

2)夯土基础。

夯土基础作为古建筑的基础同样具有比较长的历史，在河南省发现的宫殿建筑群经有关专家学者进行考查，认为这个建筑群体基本上采用的就是夯土基础，而且发现宫殿以及宫殿周围的夯土的深度要深，以及夯土的结实程度相比其他处要好。凤雏县(地处陕西岐山)的建筑基础同样被认定为夯土基础。

明代人们对地基的处理采用夯土技术的一般是将素土进行夯实，到了清代，素土夯实技术不能满足结构的承载力要求，但是部分少数人，一些次要建筑以及临时构建物还是会使用素土进行夯实基础。

3)碎砖粘土基础。

碎砖粘土技术的基础就是夯土技术的改良方案。不再以素土直接进行夯实，一般在素土中掺杂一些碎砖、瓦片以及石渣等废弃的粗骨料，对于建筑物的强度的提高有一定的帮助。古文献中记载战国时期的城墙的基础在进行夯土务实的时候就掺杂了碎砖粘土用来提高地基的强度［6］。同样位于山西省五台山的南禅寺在柱地基的处理下加入了瓦片以及碎砖等物。

碎砖粘土基础的具体操作方法是建筑基槽内从下到上，碎砖和夯土分层布置，待每层夯实后继续下一层的夯实。北京故宫的建筑群里面的城墙门座就是这么处理的［7］。

4)灰土基础。

灰土基础的操作就是宝黄土和白灰按照一定的比例进行拌合使用，然后铺于基槽内，之后分层进行夯实，这样就形成了灰土基础。灰土基础常用的配合比见表1。

表1 灰土基础常用的配合比

根据工程的大小以及夯实直径的不同，大夯灰土和小夯灰土是夯筑的两种方法，其中大夯灰土又可以分为小式大夯灰土和大式大夯灰土两种，大夯灰土应用于各种建筑中，夯筑时，夯筑的数目(称为“一槽”)的标准是四把以上，而小夯灰土每槽所用的夯数就更多了，一般可以分为二十四把夯、二十把夯、十六把夯，以夯筑数来确定夯筑灰土的不同。

灰土基础中，还有一种比较独特的做法就是在灰土基础中加入糯米汁［8］，俗称糯米汁灰土基础。

5)砌筑基础。

明代时期的建筑采用了相对先进的地基处理方法，使用砌筑体对地基进行处理。砌筑体主要采用砖块或者是石材(方石、卵石等)砌筑的磉墩以及砖磉之间的拦土墙。用于砌筑基础的灰浆的比为 3∶7 或者是 4∶6(泥浆之比)［9］。

6)筏形基础。

筏形基础，在现代建筑中有一个专业术语叫做“承台”，方形或者是圆形的断面形式，基础是整齐的排木。适用于土质条件不好的而且上部建筑的重量偏大的建筑物的构造，使用筏形基础可以有效的防止建筑物地基的不均匀沉降。

7)桩基础。

桩基在日常生活中的很多建筑物中都可以看到，一般使用在泥土中或者是土质相对比较柔软土层中。跟现代建筑不同的是，古代的桩基是木头制成的，而不是现在的钢筋混凝土结构，当时认为木头是比较坚韧的，拥有较好的耐久性能，在地下水位附近可以承受较大的承载力。