無粘結預應力混凝土箱形基礎施工

楊廷玉 李化明 孟祥華 劉 毅

(1.佳木斯大學基建辦,黑龍江 佳木斯 154007; 2.佳木斯大學建筑工程學院,黑龍江 佳木斯 154007)

1 箱形基礎

箱形基礎是高層建筑中廣泛使用的基礎形式，由鋼筋混凝土底板、頂板、縱橫隔墻構成箱形空間，是一種整體現澆鋼筋混凝土結構。箱形基礎具有較深的埋置深度和較大的基礎底面，采用中空結構，此種結構的優勢在于能夠將上部結構的載荷以較為均勻的形式傳遞給樁基或者地基，剛度較大，且整體性好。基于箱形基礎的優勢，采用此類結構施工的建筑物能夠利用自身的剛度調整沉降差異，調節地基的不均勻沉降，減小因沉降差而產生的結構內力。此外，箱形基礎有利于抗震，尤其適用于地震區和具有地震風險的高層建筑。

2 預應力混凝土箱形基礎

預應力是混凝土結構中常用的一種技術，即在項目施工期間，預先給混凝土結構施加一定的壓應力，結構服役時，在外部荷載的作用下，受壓區的混凝土內力產生壓應力，以減小或抵消外荷載產生的拉應力，有效避免正常情況下結構產生裂縫。在建筑結構中施加預應力，不僅能夠節約部分施工材料，還能大大提高結構的質量，改善結構的服役表現。隨著預應力技術的發展與相關工藝的完善，其應用范圍不再僅僅局限于建筑物的板、梁等構件。

箱形結構用于高層建筑時，其箱基的受力情況較為復雜，包括上部結構的載荷、側向土反力、地下水壓力以及地基土反力。箱形基礎作為建筑施工常用的一種基礎形式，雖然具有較大的剛度、較好的抗震效果和補償性，同時還具有整體性，但僅僅基于箱形基礎進行施工，尚存在部分問題，如對鋼材的需求量大使得整個結構的造價較高，澆筑混凝土時因內部與表面的溫差而導致表面出現裂紋等。基于此，國家教委電教中心開創了在箱形基礎上施加預應力的研究與應用的先河。實踐證明，在箱形基礎底板施加預應力，能夠減少鋼材的用量，降低底板的厚度，解決混凝土底板因溫差或收縮徐變而導致表面出現裂縫的問題，此外，預應力混凝土箱形還能有效提升地下結構的防水、防潮效果。

3 無粘結預應力箱基底板施工

3.1 施工準備

在進行箱形基礎施工時，首先應當完成相應的施工準備，如基坑開挖、地基處理、深基坑降水與支護、周圍建筑物的保護等。

基坑開挖應當對邊坡的穩定性進行驗算，對地基是軟弱土或者基坑周圍存在建筑物時，應當有必要的臨時支護措施，支護位置與箱形基礎的距離不應小于1.2 m，且應當避免在其上部進行卸土、推載操作。設鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁頂澆混凝土連續梁連成整體是一種較為常用的支護方式。

在基坑開挖的過程中如遇到地下水位較高的情況，應當采取相應的措施，將地下水位降低至基坑底50 cm以下的位置。針對不能采用明溝排水的情況，如土質為粉砂、粉土或者細砂時，可以考慮采用輕型并點方法降水，同時設置水位降低觀測孔。若遇冬季施工，應當對基坑底土的凍脹采取相應的措施。基坑在開挖到設計基底標高后，應當及時進行驗槽，合格后隨即澆筑墊層和底板，以防地基土被破壞。

此外，在基坑開挖的過程中，應當保持基坑底土的原狀結構。采用機械設備進行基坑開挖應當在離基坑底面設計標高30 cm處停止機械施工，采用人工挖除的方式對剩余土方進行清理。在各道工序之間，如存在較長的間隔時間，為了防止地基土被擾動，應當預留10 cm～15 cm厚土層，在下道工序開工前進行挖除。

3.2 預應力施工

對預應力施工工藝的制定，應當采取錨固端和張拉端交錯布置的方式，以保證混凝土結構內部應力的建立。若張拉端能夠置于板內，則進行留洞處理，如不能則利用變角張拉器出板面張拉。采用雙向預應力筋時，一方的留洞不得對另一方造成影響，盡量使張拉端置于同一個預留洞內。此外，特殊環境下的預應力體系需要制定相應的防護措施。

針對預應力筋的節點安置，無粘結筋雙層雙向布置，節點的安置位置應當在預應力筋的張拉端，按照底層鋼筋—無粘結筋—節點安置的順序鋪放鋼筋，澆混凝土底板時，用底板留槽、底板板端挖掉擋土露出板端、底板板面留槽等方式預留張拉位置。在無粘結筋鋪放及節點安置完成后，應當注意無粘結筋不能出現破皮，以防其對應力的建立產生影響。此外，應當注意避免張拉端與錨固端的重疊，保持無粘結筋的縱向平直。對預應力的控制可以結合現場應力測試與伸長率校驗進行實現。

由于高層建筑的抗震需求，箱形基礎必須有足夠的埋深，因此，箱形基礎的底板與地下水層的距離勢必較近。基于此種情況，一旦底板出現開裂，必然會導致鋼筋遭到銹蝕。對箱形基礎底板施加預應力，可以預加軸向壓力于底板，產生預壓應力，從而提高底板的抗裂度。相關的數據顯示，此種提高效果大約在2倍左右。處于特殊環境下的預應力體系，其自身的防護措施在一定程度上決定了結構內力的建立，對此箱形基礎結構的耐久性也將產生一定的影響。基于上述分析，制定有效的預應力體系防護措施尤為重要。

3.3 澆筑成形

對箱形基礎底板、頂板、內外墻的混凝土澆筑，應當選擇合適的澆筑方案。

對底板的澆筑，應當在地板的鋼筋和墻鋼筋全部綁扎完畢、柱子插筋就位后，可以采取分塊的方式進行，沿長方向根據箱形尺寸進行分區，由一端向另一端推進，均勻下料，澆筑表面及時整平。在底板厚度大于50 cm時宜采用水平分層或斜面分層的方式進行澆筑；在底板厚度小于50 cm時可采用斜面趕漿法澆筑，而不必進行分層；在底板面積較大時可考慮分段分組澆筑。

對墻體的澆筑，應當在墻全部鋼筋綁扎完后，包括預埋鐵件、頂板插筋、模板尺寸正確、支撐措施牢固安全、各種穿墻管道的敷設完畢等，驗查無誤后方可進行澆筑。澆筑時可采用先澆外墻后澆內墻的方式，也可內外墻同時澆筑，分支流向軸線前進。外墻的澆筑可采取分層分段循環澆筑法，即沿周邊將外墻分為若干段，分段的長度由混凝土的攪拌運輸能力、分層厚度、水泥初凝時間、澆灌強度綜合決定。周而復始繞周長循環圈進行澆筑，直至外墻體澆筑完成。在工程量較大時亦可采用分層分段一次澆筑法進行澆筑。

此外，鋼筋綁扎應當注意其位置和形狀的準確性，接頭部位采用閃光接觸對焊和套管壓接，同時要嚴格地控制接頭的數量和位置，在驗收合格后方可進行混凝土的澆筑。外部模板宜采用大塊模板進行組裝，內壁可使用定型模板。埋設件的位置應當進行準確的固定。箱形基礎的頂板應適當為內墻模板的拆除工作預留洞口。為了防止混凝土澆筑過程中水泥或者混凝土漿滲入無粘結筋內、錨具的夾片孔內，可采用夾片涂抹防腐油脂、錨具注入油脂并外包塑料紙的方式形成整體防護系統。

3.4 施工要點

1)在決定箱形基礎的平面尺寸時，需要參考的因素包括工程所處區域的地質條件、地下結構的底層平面、上部結構布置、整體結構的荷載分布等，相關技術標準參考JGJ 6—2011高層建筑筏形與箱形基礎技術規范。

2)箱形基礎的底板、頂板、內外墻宜連續澆筑完畢，在箱形基礎的長度大于40 m時，為了避免因溫度差出現收縮裂縫，同時減輕澆筑的強度，宜在中部設置貫通后澆縫帶，寬度不宜小于80 cm。頂板澆筑后2周～4周應當在混凝土設計強度的基礎上提高一級，后澆帶澆筑振搗密實，同時加強養護。

3)箱形基礎施工完畢后立即進行回填土。驗算箱形基礎的抗浮穩定性，系數不宜小于1.2，否則應當采取相應的防治措施，防止箱形基礎出現上浮或傾斜等情況。常見的防治措施包括加重物，或者進行持續抽水直至上部結構在外荷載的作用下仍然能夠滿足抗浮穩定系數的要求。

4 結語

箱形結構是高層建筑中較為常用的一種基礎形式，預應力技術是混凝土結構中常見的一種技術。將箱形結構與預應力技術進行融合后的預應力混凝土箱形基礎，具有較大的基礎底面，以中空結構形式，顯著提高了箱形結構地基的穩定性，為促進社會經濟的發展起到了重要作用。