一种新型预制装配式钢筋混凝土独立基础研制

刘洋　陈中翰　殷皓月　何罗　汪杉

【摘 要】预制装配式钢筋混凝土独立基础具有造价合理、安装技术简单、对工人技术要求低、施工周期短、可以重复使用、绿色环保、利于实现工厂化生产等特点，满足新时期经济建设和可持续发张的要求，尤其在农村、山区等的低层设施建设中更能发挥其经济而高效的特点。

【关键词】预制装配式；工业建筑；新型拼接；绿色环保

0 引言

我国传统柱下独立基础主要采用现浇钢筋混凝土基础的形式。然而传统现浇钢筋混凝土柱下独立基础施工过程繁琐复杂。基础需要在施工现场支模、扎筋、浇筑混凝土，需要混凝土养护达到设计强度后方可安装上部结构，这就导致整个基础建设存在着许多缺点[1]：1）施工过程的周期长，不利于实现建筑工业化，并且施工过程中容易对环境产生污染、不利于绿色环保；2）资源利用率低。基础只能使用一次，造成资源浪费。3）基础质量不易保证。现浇基础由施工单位现场制作，混凝土的质量难以控制。因此，转变现有传统现浇钢筋混凝土基础形式，发展高效、经济、绿色环保的预制装配式钢筋混凝土基础建设是新时期经济建设及可持续发展的必然趋势，是建设节约型社会的长远大计和构建社会主义和谐社会的根本目标，具有极大的潜力和市场效益，并将是基础建设产生跨越式的提高。

1 研制基础的优势

1.1 在技术上的优势

1）预制独立基础分上、中、下三块或者上下两块。最上面基础块为矩形，中层和下层基础块为矩形向内凹陷形式。各层基础采用H型钢作为钢筋骨架，并在H型钢周围设置抗剪钉，增加了与混凝土的结合性能。2）基础之间通过地锚钢筋贯穿连接，地锚钢筋底部加弯钩，在最上层钢筋表面加肋，并由螺栓固定。增加了摩擦，使连接更稳固。3）预制的钢筋混凝土块之间的拼接方式简单，施工工艺简单，施工技能含量低，对施工人员施工技能要求低，适用性强。安装精度高，块体间传力直接可靠。4）能满足特殊施工环境如：a.在不能影响现场及周围环境的市区内施工；b.在干燥缺水的沙漠中施工；c.在混凝土不易凝结的高原冻土段施工；d.在缺水、缺材料、道路交通不便的山区施工。5）在某些地区浅基础高度受限，如地下埋有特殊管道而限制了基础的高度，则可以采用在基础底板添加型钢的办法来增加基础抗冲切的能力，以达到减小基础高度的效果。

1.2 在绿色节能上的优势

预制装配式钢筋混凝土独立基础在施工现场不需要湿作业，施工过程方便快捷，预制基础还可以重复使用，符合绿色环保和文明施工的要求。标准化的生产可以节省材料，减少浪费。

1.3 在经济上的优势

1）预制钢筋混凝土块体可采用在预制工厂或露天场地制造完成，到建设场地只需将预制好的钢筋混凝土块拼装即可，建造工序简单，并且不需要养护。因此大大提高施工质量，提高了钢筋混凝土基础建设的速度，从而大大缩短了建设周期，同时也降低了工程造价。

2）预制块体自重轻，因而易于运输，易拆装，施工方便快捷，安装时也无需大型的吊装设备，普通工人采用简单施工工具即可实现钢筋混凝土基础的快速装配，对施工人员施工技能要求低，且安装精度高。使得基础建设高效而经济。

2 研制基础的理论、实验及施工

2.1 研究内容

对全装配式钢筋混凝土柱下独立基础进行施工工艺及力学性能测试，包括寻找简单合理的基础分块及基础分块间的拼装方式、基础与柱之间的连接施工工艺等[2]。

1）有效解决装配式柱下独立基础在实际施工过程中对人力、物力消耗较大，工期较长的问题，加强自主创新及关键技术的研发。

2）通过理论分析，提出一种预制砌块的快速连接。通过预埋件加强连接，使得装配式柱下独立基础在实际施工过程中能达到施工快速且自身受力性能良好的效果。

3）通过实验对装配式柱下独立基础进行力学性能分析，根据实验结果对连接方式进行改进。

4）充分考虑施工的实际情况，结合试验结果提出一套完整的装配式柱下独立基础的施工工藝，使得装配式柱下独立基础实现大范围推广成为可能。

5）结合有限元分析，对采用该装配式柱下独立基础进行破坏模式分析，并提出修复方案。

2.2 研究目标

根据现阶段工程实际的需要，设计一种具有预埋件的新型预制小体积钢筋混凝土块体及其块体间快速组装的方法，将其应用于柱下独立基础中，使得安装时不需要现场湿作业、不需要大型设备吊装、且能反复使用[3]。将独立式阶形基础的阶层分成两部分，上下分别在工厂预制，且在离中心以及离中心一定距离预留5个孔洞便于上下连接。最下层砌块预留上一砌块的凹槽，这样便于抵抗水平作用力。上下各有孔，紧固件穿过基础侧板的预埋件和基础底板的预埋件相对应的孔而固定。

2.3 拟解决的关键问题

1）保证块体之间的接缝吻合良好，避免安装过程中造成的基础垂直度及高程上的累计误差，防止基础发生剪切破坏；

2）块体在满足力学性能要求的基础上，要形状简单，类型少，施工简单，使基础安全、经济及绿色。

3 研制基础的结构设计

3.1 预制基础块体的制作

按照建筑需要计算柱下独立基础的层数及所需基底面积，在工厂分层预制基础混凝土块。此处以两层基础为例，如图2所示[4]。

3.1.1 底层基础块体的预制

1）浇筑前准备工作。按照基础的尺寸支好四周及底面的模板，在底面按照图纸描好地锚螺栓和锚栓的位置。地锚螺栓共计五根，贯穿整个基础，位置分别在基础底面对角线交点和距中心x、y方向各100mm处的四个点上。锚栓位于基础块体四角向内偏移100mm处和上层基础块体四角向内偏移100mm处。在标注处预留孔洞，放入直径为1.5倍钢筋直径的pvc管浇筑，浇筑完成之后再去除pvc管。

2）开始浇筑。浇筑时先浇筑基础底面混凝土保护层，一段时间后放上事先已经配置好的底板钢筋，继续浇筑直至浇筑完成。浇筑中采用插入式振捣棒，在振捣混凝土时，插入混凝土中150mm左右，每一振捣点掌握好振捣时间，大致在20～30s之间，避免过振或漏振，视混凝土表面呈水平不再显著下沉，不再出气泡，表面泛出灰浆为准，振捣器的插口要均匀排列，每次移动位置不得大于500mm，振捣棒在振捣过程中不得在底板内平拖，避免碰撞钢筋、预埋件。为了控制混凝土裂缝，在混凝土摸面前对混凝土进行二次振捣。

3）振捣完毕之后在混凝土块中心处用事先做好的内凹模板放置在规定位置处并向下压，做出基础块体上部的凹槽。并且放置一定数量的荷载块。

4）用木材刮掉多出来的混凝土浆并处理表面泌水，将两部分模板用钢筋或铁丝捆扎好，保证凹槽模板不会冒出，取下荷载块，

5）放置于通风良好的环境下养护，3d之后拆除模板，之后继续养护，至少养护14d之后即可投入使用。

3.1.2 上层基础块体浇筑

上层基础块体的浇筑相对简单，没有钢筋，只有素混凝土浇筑。同底层混凝土浇筑方法一致，支好模板，然后在地锚螺栓和锚栓的位置处预留孔洞，放置1.5倍钢筋直径大小的pvc管，准备好之后开始浇筑，之后的操作如出一辙，浇筑完成之后取出pvc管，养护3d之后拆模，至少养护14d之后即可投入使用。

3.1.3 使用时的安装

1）浇筑混凝土基础垫层。垫层使用C15型号素混凝土浇筑，在基坑底部先浇筑一层100mm厚的素混凝土，并且压实。

2）待垫层半凝结之后，在垫层上画线找出中心点，画出对角线，在离对角线350mm处均匀每隔200mm预埋一根带弯勾地锚螺栓一共5根，按照地锚螺栓位置放置底层基础块，按照预留孔洞位置放置上层预置块体。

在预留孔洞中插入锚栓钢筋，并浇筑连接用的细石混凝土，并且在上下层基础块连接处用膨胀砂浆填缝，防止外界空气和水进入，影响结构稳定。

3.2 技术路线

1）设计了一种具有块体间自锁功能的新型预制小体积钢筋混凝土块体及其块体间迅速组装的方法，安装时不需要太复杂的工艺技术，将其应用于柱下下独立基础中。

2）最上部的预制块体内埋有与上部结构连接的预埋件，采用小直径光圆钢筋加螺帽做预应力拉筋对块间进行拉接，方便预制基础与上部结构的连接，并增强了抗滑移能力和竖向载荷能力。

3）块体与块体之间采用预埋件连接，并用螺栓固定，实现了块体本身的有效自锁，保证了基础的水平整体性。

3.3 实验手段

1）地基处理好后，将钢筋穿入底层混凝土预制块体的竖直预留孔洞内，将处于最下层块体定位安装完毕排位置后；

2）将上侧的拼接预制块，沿竖直方向楔入中间块体内，边侧的一块块体需和中间排的两块块体楔和，逐次扩展块体，形成基础的低层；

3）在逐次安装上面各层预制块，即可形成装配式柱下独立基础。

3.4 关键技术

1）块体在满足力学性能要求的基础上，要形状简單、施工速度快、造价合理、易于拆卸、强度高、安全可靠、使用寿命长、可多次使用并能和装配式房屋其他构件完好配合使用且符合绿色建筑的要求。

2）注重块体与块体之间的连接吻合从而提高整体性、刚度和抗震性能。

4 结语

新型预制装配式钢筋混凝土独立基础具有良好的综合效益和独特的优点，与传统现浇式钢筋混凝土独立基础相比，新型预制装配式钢筋混凝土独立基础减轻了自重，拼接方式简单，施工简便、快速、高效、经济、环保，节约资源，符合国家可持续发展战略，并且其预制程度较高，易于实现建筑产业工厂化生产，同时对促进预制化生产具有重要意义。但不得不承认我国在预制化技术与施工上仍然存在着一些缺点，还需要不断的完善与提升。随着预制装配式建筑的发展，可以预见，新型预制装配式钢筋混凝土独立基础在我国将有更广泛的应用和更光明的发展。

【参考文献】

[1]黄幼华.柱下独立基础设计中的几个问题[J].湖南大学学报，1996，4，23（2）：111-116.

[2]刘天姿，闫少华，王维.装配式混凝土结构研究现状与展望[J].山西建筑，2016（13）：55-57.

[3]孔德明，刘丽，等.关于柱下独立基础设计的建议[J].太原城市职业技术学院学报，2012，132：167-169.

[4]马恒，郭娟，曹巧娟，等.柱下独立基础的设计与施工[J].陕西建筑，2013，2，212：9-10.

[责任编辑：田吉捷]