一種新型預制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎研制

劉洋　陳中翰　殷皓月　何羅　汪杉

【摘 要】預制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎具有造價合理、安裝技術簡單、對工人技術要求低、施工周期短、可以重復使用、綠色環保、利于實現工廠化生產等特點，滿足新時期經濟建設和可持續發張的要求，尤其在農村、山區等的低層設施建設中更能發揮其經濟而高效的特點。

【關鍵詞】預制裝配式；工業建筑；新型拼接；綠色環保

0 引言

我國傳統柱下獨立基礎主要采用現澆鋼筋混凝土基礎的形式。然而傳統現澆鋼筋混凝土柱下獨立基礎施工過程繁瑣復雜。基礎需要在施工現場支模、扎筋、澆筑混凝土，需要混凝土養護達到設計強度后方可安裝上部結構，這就導致整個基礎建設存在著許多缺點[1]：1）施工過程的周期長，不利于實現建筑工業化，并且施工過程中容易對環境產生污染、不利于綠色環保；2）資源利用率低。基礎只能使用一次，造成資源浪費。3）基礎質量不易保證。現澆基礎由施工單位現場制作，混凝土的質量難以控制。因此，轉變現有傳統現澆鋼筋混凝土基礎形式，發展高效、經濟、綠色環保的預制裝配式鋼筋混凝土基礎建設是新時期經濟建設及可持續發展的必然趨勢，是建設節約型社會的長遠大計和構建社會主義和諧社會的根本目標，具有極大的潛力和市場效益，并將是基礎建設產生跨越式的提高。

1 研制基礎的優勢

1.1 在技術上的優勢

1）預制獨立基礎分上、中、下三塊或者上下兩塊。最上面基礎塊為矩形，中層和下層基礎塊為矩形向內凹陷形式。各層基礎采用H型鋼作為鋼筋骨架，并在H型鋼周圍設置抗剪釘，增加了與混凝土的結合性能。2）基礎之間通過地錨鋼筋貫穿連接，地錨鋼筋底部加彎鉤，在最上層鋼筋表面加肋，并由螺栓固定。增加了摩擦，使連接更穩固。3）預制的鋼筋混凝土塊之間的拼接方式簡單，施工工藝簡單，施工技能含量低，對施工人員施工技能要求低，適用性強。安裝精度高，塊體間傳力直接可靠。4）能滿足特殊施工環境如：a.在不能影響現場及周圍環境的市區內施工；b.在干燥缺水的沙漠中施工；c.在混凝土不易凝結的高原凍土段施工；d.在缺水、缺材料、道路交通不便的山區施工。5）在某些地區淺基礎高度受限，如地下埋有特殊管道而限制了基礎的高度，則可以采用在基礎底板添加型鋼的辦法來增加基礎抗沖切的能力，以達到減小基礎高度的效果。

1.2 在綠色節能上的優勢

預制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎在施工現場不需要濕作業，施工過程方便快捷，預制基礎還可以重復使用，符合綠色環保和文明施工的要求。標準化的生產可以節省材料，減少浪費。

1.3 在經濟上的優勢

1）預制鋼筋混凝土塊體可采用在預制工廠或露天場地制造完成，到建設場地只需將預制好的鋼筋混凝土塊拼裝即可，建造工序簡單，并且不需要養護。因此大大提高施工質量，提高了鋼筋混凝土基礎建設的速度，從而大大縮短了建設周期，同時也降低了工程造價。

2）預制塊體自重輕，因而易于運輸，易拆裝，施工方便快捷，安裝時也無需大型的吊裝設備，普通工人采用簡單施工工具即可實現鋼筋混凝土基礎的快速裝配，對施工人員施工技能要求低，且安裝精度高。使得基礎建設高效而經濟。

2 研制基礎的理論、實驗及施工

2.1 研究內容

對全裝配式鋼筋混凝土柱下獨立基礎進行施工工藝及力學性能測試，包括尋找簡單合理的基礎分塊及基礎分塊間的拼裝方式、基礎與柱之間的連接施工工藝等[2]。

1）有效解決裝配式柱下獨立基礎在實際施工過程中對人力、物力消耗較大，工期較長的問題，加強自主創新及關鍵技術的研發。

2）通過理論分析，提出一種預制砌塊的快速連接。通過預埋件加強連接，使得裝配式柱下獨立基礎在實際施工過程中能達到施工快速且自身受力性能良好的效果。

3）通過實驗對裝配式柱下獨立基礎進行力學性能分析，根據實驗結果對連接方式進行改進。

4）充分考慮施工的實際情況，結合試驗結果提出一套完整的裝配式柱下獨立基礎的施工工藝，使得裝配式柱下獨立基礎實現大范圍推廣成為可能。

5）結合有限元分析，對采用該裝配式柱下獨立基礎進行破壞模式分析，并提出修復方案。

2.2 研究目標

根據現階段工程實際的需要，設計一種具有預埋件的新型預制小體積鋼筋混凝土塊體及其塊體間快速組裝的方法，將其應用于柱下獨立基礎中，使得安裝時不需要現場濕作業、不需要大型設備吊裝、且能反復使用[3]。將獨立式階形基礎的階層分成兩部分，上下分別在工廠預制，且在離中心以及離中心一定距離預留5個孔洞便于上下連接。最下層砌塊預留上一砌塊的凹槽，這樣便于抵抗水平作用力。上下各有孔，緊固件穿過基礎側板的預埋件和基礎底板的預埋件相對應的孔而固定。

2.3 擬解決的關鍵問題

1）保證塊體之間的接縫吻合良好，避免安裝過程中造成的基礎垂直度及高程上的累計誤差，防止基礎發生剪切破壞；

2）塊體在滿足力學性能要求的基礎上，要形狀簡單，類型少，施工簡單，使基礎安全、經濟及綠色。

3 研制基礎的結構設計

3.1 預制基礎塊體的制作

按照建筑需要計算柱下獨立基礎的層數及所需基底面積，在工廠分層預制基礎混凝土塊。此處以兩層基礎為例，如圖2所示[4]。

3.1.1 底層基礎塊體的預制

1）澆筑前準備工作。按照基礎的尺寸支好四周及底面的模板，在底面按照圖紙描好地錨螺栓和錨栓的位置。地錨螺栓共計五根，貫穿整個基礎，位置分別在基礎底面對角線交點和距中心x、y方向各100mm處的四個點上。錨栓位于基礎塊體四角向內偏移100mm處和上層基礎塊體四角向內偏移100mm處。在標注處預留孔洞，放入直徑為1.5倍鋼筋直徑的pvc管澆筑，澆筑完成之后再去除pvc管。

2）開始澆筑。澆筑時先澆筑基礎底面混凝土保護層，一段時間后放上事先已經配置好的底板鋼筋，繼續澆筑直至澆筑完成。澆筑中采用插入式振搗棒，在振搗混凝土時，插入混凝土中150mm左右，每一振搗點掌握好振搗時間，大致在20～30s之間，避免過振或漏振，視混凝土表面呈水平不再顯著下沉，不再出氣泡，表面泛出灰漿為準，振搗器的插口要均勻排列，每次移動位置不得大于500mm，振搗棒在振搗過程中不得在底板內平拖，避免碰撞鋼筋、預埋件。為了控制混凝土裂縫，在混凝土摸面前對混凝土進行二次振搗。

3）振搗完畢之后在混凝土塊中心處用事先做好的內凹模板放置在規定位置處并向下壓，做出基礎塊體上部的凹槽。并且放置一定數量的荷載塊。

4）用木材刮掉多出來的混凝土漿并處理表面泌水，將兩部分模板用鋼筋或鐵絲捆扎好，保證凹槽模板不會冒出，取下荷載塊，

5）放置于通風良好的環境下養護，3d之后拆除模板，之后繼續養護，至少養護14d之后即可投入使用。

3.1.2 上層基礎塊體澆筑

上層基礎塊體的澆筑相對簡單，沒有鋼筋，只有素混凝土澆筑。同底層混凝土澆筑方法一致，支好模板，然后在地錨螺栓和錨栓的位置處預留孔洞，放置1.5倍鋼筋直徑大小的pvc管，準備好之后開始澆筑，之后的操作如出一轍，澆筑完成之后取出pvc管，養護3d之后拆模，至少養護14d之后即可投入使用。

3.1.3 使用時的安裝

1）澆筑混凝土基礎墊層。墊層使用C15型號素混凝土澆筑，在基坑底部先澆筑一層100mm厚的素混凝土，并且壓實。

2）待墊層半凝結之后，在墊層上畫線找出中心點，畫出對角線，在離對角線350mm處均勻每隔200mm預埋一根帶彎勾地錨螺栓一共5根，按照地錨螺栓位置放置底層基礎塊，按照預留孔洞位置放置上層預置塊體。

在預留孔洞中插入錨栓鋼筋，并澆筑連接用的細石混凝土，并且在上下層基礎塊連接處用膨脹砂漿填縫，防止外界空氣和水進入，影響結構穩定。

3.2 技術路線

1）設計了一種具有塊體間自鎖功能的新型預制小體積鋼筋混凝土塊體及其塊體間迅速組裝的方法，安裝時不需要太復雜的工藝技術，將其應用于柱下下獨立基礎中。

2）最上部的預制塊體內埋有與上部結構連接的預埋件，采用小直徑光圓鋼筋加螺帽做預應力拉筋對塊間進行拉接，方便預制基礎與上部結構的連接，并增強了抗滑移能力和豎向載荷能力。

3）塊體與塊體之間采用預埋件連接，并用螺栓固定，實現了塊體本身的有效自鎖，保證了基礎的水平整體性。

3.3 實驗手段

1）地基處理好后，將鋼筋穿入底層混凝土預制塊體的豎直預留孔洞內，將處于最下層塊體定位安裝完畢排位置后；

2）將上側的拼接預制塊，沿豎直方向楔入中間塊體內，邊側的一塊塊體需和中間排的兩塊塊體楔和，逐次擴展塊體，形成基礎的低層；

3）在逐次安裝上面各層預制塊，即可形成裝配式柱下獨立基礎。

3.4 關鍵技術

1）塊體在滿足力學性能要求的基礎上，要形狀簡單、施工速度快、造價合理、易于拆卸、強度高、安全可靠、使用壽命長、可多次使用并能和裝配式房屋其他構件完好配合使用且符合綠色建筑的要求。

2）注重塊體與塊體之間的連接吻合從而提高整體性、剛度和抗震性能。

4 結語

新型預制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎具有良好的綜合效益和獨特的優點，與傳統現澆式鋼筋混凝土獨立基礎相比，新型預制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎減輕了自重，拼接方式簡單，施工簡便、快速、高效、經濟、環保，節約資源，符合國家可持續發展戰略，并且其預制程度較高，易于實現建筑產業工廠化生產，同時對促進預制化生產具有重要意義。但不得不承認我國在預制化技術與施工上仍然存在著一些缺點，還需要不斷的完善與提升。隨著預制裝配式建筑的發展，可以預見，新型預制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎在我國將有更廣泛的應用和更光明的發展。

【參考文獻】

[1]黃幼華.柱下獨立基礎設計中的幾個問題[J].湖南大學學報，1996，4，23（2）：111-116.

[2]劉天姿，閆少華，王維.裝配式混凝土結構研究現狀與展望[J].山西建筑，2016（13）：55-57.

[3]孔德明，劉麗，等.關于柱下獨立基礎設計的建議[J].太原城市職業技術學院學報，2012，132：167-169.

[4]馬恒，郭娟，曹巧娟，等.柱下獨立基礎的設計與施工[J].陜西建筑，2013，2，212：9-10.

[責任編輯：田吉捷]