第二章 古建筑基础、台基与地面构造(第一节 古建筑地基与基础构造)
一、地基
1.地基的涵义
地基指建筑物基础以下的部分，是承受全部建筑物重量的土层或岩石。
宋《营造法式》中讲：“凡开基址，须相视地脉虚实。”开基之前“相视地脉虚实”，就是做地质、地层的勘探工作，即在进行基础工程之前，必须对地层的土质情况、土的构成、土的密实度、土中含水率及地下水位等情况进行勘探。古代建筑基础工程中鉴定各类土壤的承载能力，土质“软硬”的标准，持力层选择的依据原则、标准是什么，目前尚未找到依据。但可以肯定的是在做基础工程时，是有地质勘探这一项工作程序的。
2.地基的分类
地基分为天然地基和人工地基。
②当土层的承载能力较低或虽然土层较好，但因上部荷载较大，必须对土层进行人工加固，以提高其承载能力，并满足变形的要求，这种经人工处理的土层，称为人工地基。
3.地基的处理方法
古建筑地基处理一般比较简单，主要为原土夯实。当遇到软弱地基时，常综合采用多种处理手段，从已掌握的实物资料看主要有两种，一种是换土法，另一种是密实加固法。
（2）密实加固法 密实加固法主要是指打桩，以桩加固土层。从已见实物资料看，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。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。
二、基础
1.基础的涵义
基础是建筑物的地下结构部分，是建筑物的一部分。它承受建筑上部结构传来的全部荷载，并将这些荷载连同本身的自重一起传递到下部地基之上。基础作为单体建筑结构的重要组成部分，它必须具有足够的强度将上部结构传来的荷载均匀地传到地基，因此对基础的埋置深度、坚固程度、施工做法及场地土质情况等都有严格的要求，做好基础是保证建筑物建成后能稳固地竖立在地面上的基本条件。
古建筑的基础是指木柱或室内地面以下部分，在明清做法中，多由柱础、磉墩、拦土等构件组成，通常也将磉墩下面的人工地基算在基础之内。古建筑的基础是随建筑的发展变化而不断形成和进化的。西安半坡村遗址中结构柱柱脚都是埋在土中；新石器时代的建筑遗址中则已经发现木柱柱脚洞内有卵石和碎石；河南偃师二里头宫殿遗址已经出现夯筑的筏式浅基础，而河南安阳殷墟遗址中已有夯土台基，从殷商时期的遗址中发现有残存排列成行、成列的石柱础，因此可以得知，古人对木构架建筑基础的认识是逐步提高并逐步完善的过程。
2.古建筑基础类型
古建筑基础主要有夯筑基础、砌筑基础、桩基础、天然石基础等形式，在现代仿古建筑中，又借鉴现代建筑基础做法，出现了条形基础和筏片基础等形式。
（1）夯筑基础 又包括夯土基础、碎砖黏土基础和灰土基础。
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。在夯土中加入石渣、碎砖、瓦片等，以提高基础的抗压强度。战国和汉初期时城墙夯土中就已含有瓦片，可见古人很早就对改进和提高基础抗压强度有一定的认知。
山西五台山南禅寺柱础石下的基础部分都是在土内掺入碎砖瓦等杂物筑成的。河北正定隆兴寺转轮藏殿建于宋，其各柱下设石柱础，之下基础深约1.5m，长宽约为柱础石两倍。基槽内自下而上，一层碎砖，一层夯土，隔层筑打而成。《营造法式》中记载：“用碎砖瓦石札等，每土三分内添碎砖瓦等一分”，又说：“筑基之制，每方一尺，用土两担，隔层用碎砖瓦及石札等亦两担。每次布土厚五寸，先打六杵，次打四杵，次打两杵。以上并各打平土头，然后碎用杵辗蹑令平，再攒杵扇扑重细辗蹑。每布土厚五寸，筑实厚三寸，每布碎砖瓦及石札等厚三寸，筑实厚一寸五分。”在《营造法式》中提及的这段话里，既有筑基时土、碎砖瓦的配比，又有夯筑的方法和工序，以及质量检验标准。按照这种做法要求，就可以达到一般建筑物所筑的碎砖黏土基础。至明清时期，碎砖黏土基础做法在北京故宫内随处可见，如宫殿、门座、宫墙、城墙等都采用这种基础。碎砖黏土基础详见图2-1。
图2-1 碎砖黏土基础
③灰土基础。灰土具有一定的强度，不易透水，可以作为建筑物的基础和地面垫层等。灰土基础在我国历史悠久，但发展缓慢，明代以后才开始普及，至清代成熟完善。
灰土是由石灰与黄土按照一定的配合比拌和而成，古建筑中常见的有三七灰土（3∶7）、二八灰土（2∶8）、四六灰土（4∶6）。其中四六灰土主要用于大式建筑，有些重要建筑的灰土配合比甚至超过4∶6。三七灰土主要用于普通小式建筑，二八灰土则用于房屋周围散水及回填土部分，其配合比也可为1∶9。而近代研究结果表明：灰土强度在一定范围内，随其含灰量的增加而增加，但超过一定限度后，灰土强度反而会降低，最佳石灰和土的配合比为3∶7。
古建筑灰土垫层应分层夯筑。每一层叫做“一步”，有几层就叫做几步，最后一步称为“顶步”。小式建筑的灰土步数为1～2步。一般大式建筑的灰土步数为2～3步，清代陵寝建筑的灰土多为十几步做法，紫禁城内的一些宫殿的灰土步数甚至多达三十层。增加灰土步数，第一，从长远的经济观点看，可以延长修缮周期，从而降低了工程的总成本；第二，灰土既能抵抗后面的土压力，同时也能起到防渗漏的作用；既起隔水作用，又是对大面积基础的加固；既起到将大量的地面水阻隔下渗，又可以防止春季地下返浆，出现地面变形。
按清《工程做法则例》及其他有关文献规定：铺设灰土时“每步虚土七寸，筑实五寸”，即每步灰土的厚度为虚铺22.4cm（7寸），夯实厚为16cm（5寸）。每步素土的虚铺厚度为32cm（1尺），夯实厚度为22.4cm（7寸）。
（2）砌筑基础 在夯筑层之上使用砖或石砌筑而成的基础，称为砌筑基础，最早见于明代建筑。砌筑基础之下的夯筑层（今称为基础垫层）可以分为灰土垫层、三合土垫层、碎石垫层，发展到现代仿古建筑中又出现砂石垫层、炉（矿）渣垫层、混凝土垫层等。砌筑基础材料上分为砖砌和石砌，形式上有独立基础和条形基础两类。砖砌基础多见于官式建筑，主要由磉墩和拦土组成。磉墩就相当于柱下独立基础，承担着整个建筑的上部荷载。拦土为磉墩之间的墙体，其作用相当于挡土墙。砌筑所用灰浆的灰泥比为3∶7或4∶6，而在宫殿建筑中则大多用纯白灰浆砌筑。石砌基础多见于民居建筑，以条形基础为主，厚度上，一般扩出建筑墙体1～2寸，向下挖至冰冻线以下，砌筑所用灰浆多为麦秸泥或掺灰泥，讲究者则采用灌浆做法。
（3）桩基础 桩，在我国古代为打入土层的木制构件，常见的是柏木桩。一般用于土质松软的基础、人工土山的建筑基础。其受力情况有两种，一种为摩擦型桩，其原理是利用土和桩的摩擦力将上部建筑荷载扩散至桩周围的土层。另一种为端承型桩，使桩通过松软土层，落在下部承载力较好的土层之上。打桩做法最迟在宋代建筑中就已经出现，是基础做法的重大突破。《营造法式》提到桩在涵洞中的应用“地钉打筑入地”，这里的“地钉”就是指桩。清《工程做法则例》中将桩基础也称为“地朾”。在一些重要的建筑中广泛使用，如皇家陵寝工程、城门工程、桥梁工程等。为防止打桩时减少对木桩的破坏，桩尖上要套铁质桩帽，桩顶要用铁箍加固。地朾的排列方法有梅花桩、莲三桩、马牙桩（三星桩）、排桩、棋盘桩五种方式，如图2-2所示。其中梅花桩和莲三桩多用于柱顶石下的基础，马牙桩和排桩多用于墙基，棋盘桩多用于满堂红基础。下地朾时，如露出地面，露出的部分应以碎石填平，叫做“掏当山石”，也可在填充碎石后再做灌浆处理。还有一种做法是碎石填充，夯实灌浆后再做石板垫层（与现代的桩承台极为相似），其上再铺设灰土，如图2-3所示。少数古建筑在柏木桩的顶部还采用了一种横纵密排的圆木形成桩承台的做法，上部再采用砖砌体和多层碎砖黏土形成古建筑基础，如图2-4所示。
图2-2 古建筑桩基（地朾）类型
图2-3 古建筑桩基（地朾）构造
图2-4 承台桩基础构造
（4）天然石基础 天然石基础是一种特殊的基础形态。古代建筑有些建在山腰，利用山坡布置殿宇，凿岩开山，以辟出屋基，将地下的岩石凿成柱础。利用自然的岩石作为建筑的基座，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。山西五台山佛光寺整座寺院建在山腰，就是利用山坡布置殿宇建筑的。
（5）条形基础 条形基础，又称带形基础，即呈带状砌筑的基础，是现代建筑中的常见基础形态。其既可设置于墙下，也可设置于柱下。在传统民居建筑中经常使用毛石砌筑，现代建筑中多采用砖砌大放脚形式或者采用钢筋混凝土浇筑。
（6）筏片基础 筏片基础是现代建筑基础类型之一。当建筑物上部荷载很大或地基承载力很小时，则采用整片的钢筋混凝土筏板来承受整个建筑的荷载并传给地基，这种基础形似筏子，则称为筏片基础。在仿古建筑中，当建筑层数较多时则采用这种基础。
条形基础和筏片基础构造可参见现代建筑基础构造。
3.基础的开挖
古建筑基础的开挖主要有两种类型，一种是沟槽开挖，另一种是满堂开挖。
（1）沟槽开挖 沿柱下磉墩与拦土两侧一定范围内进行开挖称为“沟槽开挖”，清朝根据基础拦土墙尺寸开挖基槽，称为“刨槽”，现代称为挖地槽。沟槽宽度，即槽边与墙边之距离称为“压槽”。清《工程做法则例》卷四十七述：“凡压槽，如墙厚一尺以内者，里外各出五寸。一尺五寸以内者，里外各出八寸。二尺以内者，里外各出一尺。其余里外各出一尺二寸。”即压槽宽，墙厚1尺以内的，槽里外宽各0.5尺；墙厚1.5尺以内的，槽里外宽各0.8尺；墙厚2尺以内的，槽里外宽各1尺；其余里外宽各出1.2尺，如图2-5所示。沟槽深度是以铺筑灰土层数（步数）为依据，《工程做法则例》述：“凡刨槽以步数定深，如夯筑灰土一步，得深五寸，外加埋头尺寸，如埋头六寸，应刨深一尺一寸。”即沟槽深为灰土1步，深为1.1尺，如图2-5所示。
图2-5 压槽宽度示意
《营造法原》所述为以江浙一带为代表的南方地区做法，它将挖基槽土方称为“开脚”。开脚大小依房屋规模而定，在基槽上铺筑领夯叠石。挖土后在槽底铺设碎石，并夯实作为垫层，称为“领夯石”，在领夯石上再砌筑片石或砖墩，称为“叠石”，按所铺设层次多少（即磉墩之高低），分为“一领一叠石”“一领二叠石”“一领三叠石”，如图2-6所示。
图2-6 江南领夯叠石做法
（2）满堂开挖 古建筑基础采用全部开挖的做法称为“满堂开挖”，又称为“一块玉儿”，常用于重要的宫殿建筑。唐宋时期重要建筑的基础就已经采用满堂开挖基础的方法。关于满堂开挖基础深度的确定，在《营造法式》卷三述：“凡开基址，须相视地脉虚实，其深不过一丈，浅止于五尺或四尺，并用碎砖瓦石札等，每土三分内添碎砖瓦等一分。”即指开挖基土的深度，要根据地质软硬情况，挖深不超过1丈，最浅4～5尺，并用碎砖瓦或碎石等与土混合，铺筑垫层，其比例为土∶碎砖瓦=3∶1。山西芮城永乐宫是元代建筑，在1960年迁建时，曾对宫内的龙虎殿、纯阳殿、重阳殿等的基础进行了勘测，发现其满堂基础垫层均由一层黄土一层碎砖瓦所组成，其层厚都接近《营造法式》的规定值。满堂基础做法的优点是既可以更好地防止基础不均匀沉降，又能将建筑与自然土壤有效地隔开，隔绝地下潮气上升至室内地面，因此对建筑防潮十分有利，但这种做法造价较高。
4.砌筑基础构造
砌筑基础主要由基础垫层及基础砌体两部分组成。基础垫层多为灰土，可参见灰土基础，基础砌体则包括磉墩和拦土。
（1）磉墩 磉墩是支撑柱顶石的独立基础砌体。
按磉墩的连做方式可以分为单磉墩、连二磉墩、连四磉墩。在一根柱子的柱顶石下砌筑一个磉墩，该磉墩与其他磉墩不发生任何联系，称“单磉墩”。单磉墩依据其位置命名，金柱下的叫“金磉墩”，檐柱下的叫“檐磉墩”。单磉墩均按柱顶石直径制成方形，面积大于柱顶石。宋制没有明确规定，一般以略大于柱顶石为原则。清制分大小式建筑，清《工程做法则例》卷四十三述，大式建筑“凡码单磉墩，以柱顶石见方尺寸定见方。如柱径八寸四分，得柱顶石见方一尺六寸八分，四围各出金边二寸，得见方二尺八分。金柱顶下照檐柱顶加二寸。高随台基除柱顶石之厚，外加地皮以下埋头尺寸”。即如柱径0.84尺，则柱顶石见方1.68尺（按柱径2倍），四周各出0.2尺，得磉墩见方尺寸为2.08尺。金柱下的磉墩按檐柱下磉墩加2寸，得2.48尺。磉墩高随台基高除柱顶石厚外，另加地下埋头尺寸。卷四十六述，小式建筑“凡码单磉墩，以柱顶石见方尺寸定见方。如柱径五寸，得柱顶石见方八寸，再四围各出金边一寸五分，得见方一尺一寸。金柱下单磉墩照檐柱磉墩亦如金边一寸五分。高随台基除柱顶石之厚，外加地皮以下埋头尺寸”。即若檐柱径0.5尺，则柱顶石按0.8尺，加金边0.15尺，得磉墩见方尺寸为1.10尺。金柱磉墩按檐柱磉墩再加0.15尺，得1.40尺。磉墩的细部构造详见图2-7。
图2-7 磉墩细部构造成
当两个磉墩连做时，称为“连二磉墩”，适用于建筑中檐柱与金柱之间距离较近的情形（在砌筑磉墩时檐柱磉墩与金柱磉墩之间已没有距离或距离很小）。清《工程做法则例》中述：“凡码连二磉墩，以出廊并柱顶石定长。如出廊深四尺五寸，一头加金柱顶半个一尺四分，一头加檐柱顶半个八寸四分，两头再各加金边二寸，共长六尺七寸八分……高随台基，除柱顶石之厚，外加埋头尺寸。”连二磉墩详见图2-8。
图2-8 连二磉墩
除了单磉墩和连二磉墩之外，在有周围走廊建筑的转角处，当檐柱与金柱之间距离较小时还可能出现四个磉墩连做的情形，即连四磉墩。连四磉墩的长宽按连二磉墩的长度计算，高也与连二磉墩相同。
清《工程做法则例》卷四十三述：“凡拦土，按进深、面阔得长，如五檩除山檐柱单磉墩分位定长短，如有金柱，随面阔之宽，除磉墩分位定掐挡。高随台基。除墁地砖分位。外加埋头尺寸。如檐磉墩小，金磉墩大，宽随金磉墩。”即指拦土长按进深面阔尺寸，除去磉墩后确定。例如五檩建筑，按除去山檐柱磉墩后即得拦土长，如果还有金柱，再除去其金磉墩后即为其净长。拦土高按台基高减去地面砖厚，另加埋头尺寸。磉墩厚一般同拦土，如遇檐柱磉墩小，金柱磉墩大时，拦土厚按金柱磉墩的边长确定。
图2-9 磉墩与拦土构造