裝配式建筑基礎選型原則及應用實踐分析

陳一鳴

（深圳市龍崗區建筑工務署，廣東 深圳 518172）

0 引言

裝配式建筑由于其施工周期短、施工速度快而在建筑領域受到重視。對于裝配式建筑而言，墻、柱、梁、板等構件工業化、預制化程度相對較高，這些構件的通用性較好，能夠滿足裝配式建筑的使用需求[1]。但是就裝配式建筑的基礎結構而言，由于其需要傳遞和承載整個建筑結構的荷載，因而其選型、預制和施工工藝往往更為特殊，需要認真比選。

目前，專門針對裝配式建筑的基礎研究相對較少，在實際的設計和施工過程中，不同建筑類型、不同的施工場地對于建筑基礎的要求也是不一樣的，因此，必須充分結合裝配式建筑結構特征、施工現場的場地特征等多方面因素合理地確定裝配式建筑的基礎類型，才能保證裝配式建筑的整體質量更好地滿足使用需求。本文就裝配式建筑基礎選型原則進行簡單分析，并通過實例分析選型方法。

1 常用的裝配式建筑基礎及選型原則

1.1 常用裝配式建筑基礎類型

通常情況下，在裝配式建筑中應用得較為廣泛的基礎類型主要有條形基礎、獨立基礎、筏形基礎和樁基礎。

（1）條形基礎的長度遠遠大于其寬度，一般用于墻下或柱下，能夠將上部墻體及柱體所傳來的荷載傳遞給地基，條形基礎的荷載傳遞較為簡單直接，同時施工也更加便捷，造價相對較低。

（2）獨立基礎是由多個單獨的基礎結構所構成的一種基礎類型，其常常被用于柱下，也可用于墻下，不同的獨立基礎之間可以相互連接，也可以保持相對獨立。常見的獨立基礎斷面形式主要有踏步形、錐形和杯形，因為單個獨立基礎的整體結構相對較小，便于預制和運輸，所以獨立基礎一般也可以在工廠進行預制，然后再到施工現場進行安裝，與裝配式建筑的理念更為契合[4]。

（3）筏形基礎是指由底板和梁等所組成的基礎，當上部建筑結構的荷載較大或者地基的承載力相對較弱時，多采用筏形基礎。筏形基礎能夠有效地增強基礎結構的整體性，使得地基不均勻沉降的情況得到有效改善。

（4）樁基礎則是一種由基樁和樁頂承臺所構成的基礎，其通過在地層中打入樁體，利用樁身傳遞或承受來自于上部建筑結構的荷載，按照樁的受力原理可以將其分為摩擦樁和端承樁，二者的受力形式不同。樁基礎相較于其它類型的基礎承載力一般更高，同時能夠較好地抵抗地震，但是施工周期相對較長，工藝也更為復雜。

1.2 裝配式建筑基礎選型基本原則

基礎是建筑的一個重要組成部分，其對于建筑結構的力學性能和整體穩定性有著非常重要的影響，因此，對于基礎的選擇和設計必須要引起重視。進行裝配式建筑基礎選型時，不僅要著眼于整個建筑結構，還要充分考慮地基的承載能力，這是需要遵循的基本原則。

（1）要著眼于整個建筑結構。根據建筑整體結構的類型、材料選擇最為合適的基礎類型，使裝配式建筑的基礎結構具有良好的力學性能。

（2）充分考慮地基的承載能力。施工場地、建筑高度、材料的不同都將導致整個建筑結構的荷載發生較大的變化，而裝配式建筑的基礎結構作為連接建筑結構和地基的重要構件，必須要充分考慮地基的承載能力，如果地基承載力不足則需要加強基礎的承載能力，如果地基承載力良好則可以使得基礎結構主要用于傳遞荷載[3]。

2 裝配式建筑基礎選型案例分析

2.1 工程概況

案例工程項目為單層建筑，建筑面積12862m2，建筑層高13.6m，上部結構采用裝配式混凝土結構，下部結構擬采用柱下獨立基礎。該項目建筑結構整體較為簡單，上部的梁、柱等構件均采用工廠預制的方式，對于柱下獨立基礎，可以采用現澆式柱下獨立基礎，同時也可以采用裝配式柱下獨立基礎，需要進行最終的基礎選型。

2.2 柱下獨立基礎設計分析

無論是裝配式獨立基礎還是現澆式獨立基礎，其總體設計思路基本一致，因而無論是采用裝配式還是現澆式，都需要根據工程的實際情況對于獨立基礎進行設計。在進行柱下獨立基礎的設計時，基礎的底面尺寸、基礎高度、配筋等是核心的設計指標，必須要在設計過程中對這些設計參數加以確定，才能夠確保獨立基礎滿足使用需求。

（1）基礎的底面尺寸。在確定柱下獨立基礎的底面尺寸時，主要是以地基承載力和變形條件作為依據，而柱下獨立基礎的受力形式又可以分為軸心受壓和偏心受壓兩種情況，對于軸心受壓的情況，基礎的底面壓應力Pk需滿足式（1）的要求，對于偏心受壓的情況，基礎底面最大及最小壓應力需滿足式（2）的要求[5]。

式中：Nk——柱傳遞至基礎頂面的荷載；

Gk——基礎自重和基礎上的土重；

A——基礎底面面積；

fa——修正后的地基承載力特征值。

式中：W——基礎底面的彈性抵抗矩；

Mk——對應于荷載效應標準組合時作用于基礎底面的彎矩值。

（2）基礎的高度。柱下獨立基礎一般有階梯形和錐形兩種形式，其高度一般取決于上部的柱對基礎的沖切強度條件。因此在確定柱下獨立基礎的高度時，必須要確保基礎在柱的軸向荷載作用下不會產生錐形體的沖切破壞。

（3）基礎的配筋。由于基礎會受到地基的反力作用，柱下獨立基礎的底板配筋也必須要合理。獨立基礎一般可以看作雙向挑出并固定于柱周邊的懸臂板，對于獨立基礎的單向配筋可以按照柱邊截面進行計算，按照抗彎計算的原則確定配筋。

（4）基礎的耐久性。同所有的鋼筋混凝土結構構件一樣，柱下獨立基礎的耐久性也是有相應的規范要求，按照《混凝土結構耐久性設計規范》（GB/T 50476-2008）中的規定，柱下獨立基礎的混凝土強度等級不應低于C25，基礎中縱向受力鋼筋的混凝土保護層厚度不應小于40mm；當無墊層時保護層厚度不應小于70mm。

對于裝配式建筑，由于柱結構所采用的是預制柱，為了使得預制柱與獨立基礎的結合更為緊密，一般需要使獨立基礎為杯口造型，從而使得柱能夠插入基礎一定的深度。根據該項目實際，最終確定柱下獨立基礎的基本形式如圖1 所示，采用錐形獨立基礎，基礎底面尺寸為2200mm×3000mm，頂面尺寸為200mm×400mm，基礎高為1200mm。

圖1 柱下獨立基礎選型

2.3 現澆柱下獨立基礎與裝配式柱下獨立基礎設計對比分析

根據上述分析可知，就柱下獨立基礎本身而言，其設計流程基本一致，但是對于現澆式和裝配式兩種形式，在其它結構的設計上仍然存在一定的差異。

如果采用現澆式基礎，則需要對模板進行額外的設計，需要進行模板尺寸、強度的計算，同時還需要考慮施工現場對模板類型的要求；對于錐形獨立基礎，如在施工現場進行混凝土的澆筑，則需要使用到異形模板，而且由于基礎的尺寸相對較小，錐形坡的存在會增加混凝土的施工難度，從而增加施工質量控制難度，從而消耗更多的施工時間和成本。

如果采用裝配式基礎，就不存在施工現場實施混凝土澆筑，就不需要進行模板設計，只需要設計出合理的模型，并且在工廠預制完成之后先對基礎的質量進行檢驗，然后再到現場進行安裝。

另外，該項目上部結構為裝配式混凝土結構，如果采用現澆式獨立基礎，基礎和柱的連接強度難以保障，裝配式基礎則可以通過杯口的設計使得二者有效地連接在一起。因此從設計的角度考慮，該項目采用裝配式柱下獨立基礎為更優的選擇。

2.4 現澆柱下獨立基礎施工流程分析

對于現澆柱下獨立基礎，在施工過程中，首先必須要將地基表層的浮土和擾動土進行清理，確保地基表面不存在積水之后才能夠開始墊層混凝土的施工，墊層澆筑完成及墊層混凝土強度達到1.2MPa 之后，才能夠在其表面進行彈線并開始鋼筋綁扎。

因為上部為裝配式建筑，必須要在基礎頂部留有插筋，待后續裝配式柱施工時使得插筋插入到柱體中，然后再進行灌漿，以使基礎和柱有效地連接在一起。基礎鋼筋在綁扎完畢之后需要在底面和側面放置保護層墊塊，墊塊的厚度為保護層厚度，鋼筋綁扎完畢后即可進行基礎模板的安裝。

該項目基坑含水率較低，使用木模即可以滿足施工要求，但由于基礎存在錐形坡面，故需要使用到斜模板，為了保證斜模板定位準確，需采用螺栓對斜模板進行固定，模板在使用前必須進行澆水潤濕。在完成模板安裝后，要保證模板拼縫緊密。模板施工完成后，即可進行基礎混凝土的澆筑。基礎混凝土的澆筑同普通混凝土澆筑類似，也需要分層連續澆筑。但在進行首層混凝土的澆筑時，需保證其能夠固定底層的鋼筋，由于基礎的尺寸相對較小，所以在混凝土澆筑過程中只能夠采用插入式振搗。

在澆筑完成后，還需對混凝土的表面進行找平，以保證基礎頂面的標高準確。最后，要對混凝土進行養護，待養護達到要求后才能拆除模板，在拆除模板時要避免對基礎棱角處造成破壞。

2.5 裝配式柱下獨立基礎施工流程分析

對于裝配式柱下獨立基礎而言，其整體施工流程相較于現澆式更為簡單，首先需要在工廠根據設計對獨立基礎進行預制，預制時需要進行預制模具的設計。為保證基礎尺寸的準確，一般采用鋼模具進行獨立基礎的預制。在基礎預制好之后再將其運輸至施工現場進行安裝。

在裝配式柱下獨立基礎的現場安裝之前，首先要對地基進行相應處理，在完成了地基的處理之后，才能進行墊板的安裝。采用墊板既便于獨立基礎的定位，又便于獨立基礎的吊裝。

在完成墊板的安裝之后，即可對預制好的獨立基礎進行吊裝，吊裝過程中一方面需要先利用吊裝設備將獨立基礎吊裝至預定的位置，然后再通過人工輔助的方式對基礎進行糾偏，從而確保基礎吊裝到位。

基礎吊裝完成后，再在其四周支設模板進行墊層混凝土的澆筑，以使基礎更好地傳導荷載，同時避免基礎發生破壞。

通過以上對比分析，從施工流程上看，裝配式柱下獨立基礎的整體工藝流程更為簡單，同時施工質量也更容易控制，故該項目優選裝配式柱下獨立基礎。

3 結束語

綜上所述，裝配式建筑基礎的選型，不僅要著眼于整個建筑結構，還要充分考慮地基的承載能力。針對單層建筑工程，從設計的角度考慮，既然采用裝配式柱下獨立基礎，就不需要進行模板設計，只需要設計出合理的模型；從施工流程上看，裝配式柱下獨立基礎的整體工藝流程更為簡單，同時施工質量也更容易控制。該項目的實踐證明，裝配式柱下獨立基礎更適合該項目。