装配式建筑基础选型原则及应用实践分析

陈一鸣

（深圳市龙岗区建筑工务署，广东 深圳 518172）

0 引言

装配式建筑由于其施工周期短、施工速度快而在建筑领域受到重视。对于装配式建筑而言，墙、柱、梁、板等构件工业化、预制化程度相对较高，这些构件的通用性较好，能够满足装配式建筑的使用需求[1]。但是就装配式建筑的基础结构而言，由于其需要传递和承载整个建筑结构的荷载，因而其选型、预制和施工工艺往往更为特殊，需要认真比选。

目前，专门针对装配式建筑的基础研究相对较少，在实际的设计和施工过程中，不同建筑类型、不同的施工场地对于建筑基础的要求也是不一样的，因此，必须充分结合装配式建筑结构特征、施工现场的场地特征等多方面因素合理地确定装配式建筑的基础类型，才能保证装配式建筑的整体质量更好地满足使用需求。本文就装配式建筑基础选型原则进行简单分析，并通过实例分析选型方法。

1 常用的装配式建筑基础及选型原则

1.1 常用装配式建筑基础类型

通常情况下，在装配式建筑中应用得较为广泛的基础类型主要有条形基础、独立基础、筏形基础和桩基础。

（1）条形基础的长度远远大于其宽度，一般用于墙下或柱下，能够将上部墙体及柱体所传来的荷载传递给地基，条形基础的荷载传递较为简单直接，同时施工也更加便捷，造价相对较低。

（2）独立基础是由多个单独的基础结构所构成的一种基础类型，其常常被用于柱下，也可用于墙下，不同的独立基础之间可以相互连接，也可以保持相对独立。常见的独立基础断面形式主要有踏步形、锥形和杯形，因为单个独立基础的整体结构相对较小，便于预制和运输，所以独立基础一般也可以在工厂进行预制，然后再到施工现场进行安装，与装配式建筑的理念更为契合[4]。

（3）筏形基础是指由底板和梁等所组成的基础，当上部建筑结构的荷载较大或者地基的承载力相对较弱时，多采用筏形基础。筏形基础能够有效地增强基础结构的整体性，使得地基不均匀沉降的情况得到有效改善。

（4）桩基础则是一种由基桩和桩顶承台所构成的基础，其通过在地层中打入桩体，利用桩身传递或承受来自于上部建筑结构的荷载，按照桩的受力原理可以将其分为摩擦桩和端承桩，二者的受力形式不同。桩基础相较于其它类型的基础承载力一般更高，同时能够较好地抵抗地震，但是施工周期相对较长，工艺也更为复杂。

1.2 装配式建筑基础选型基本原则

基础是建筑的一个重要组成部分，其对于建筑结构的力学性能和整体稳定性有着非常重要的影响，因此，对于基础的选择和设计必须要引起重视。进行装配式建筑基础选型时，不仅要着眼于整个建筑结构，还要充分考虑地基的承载能力，这是需要遵循的基本原则。

（1）要着眼于整个建筑结构。根据建筑整体结构的类型、材料选择最为合适的基础类型，使装配式建筑的基础结构具有良好的力学性能。

（2）充分考虑地基的承载能力。施工场地、建筑高度、材料的不同都将导致整个建筑结构的荷载发生较大的变化，而装配式建筑的基础结构作为连接建筑结构和地基的重要构件，必须要充分考虑地基的承载能力，如果地基承载力不足则需要加强基础的承载能力，如果地基承载力良好则可以使得基础结构主要用于传递荷载[3]。

2 装配式建筑基础选型案例分析

2.1 工程概况

案例工程项目为单层建筑，建筑面积12862m2，建筑层高13.6m，上部结构采用装配式混凝土结构，下部结构拟采用柱下独立基础。该项目建筑结构整体较为简单，上部的梁、柱等构件均采用工厂预制的方式，对于柱下独立基础，可以采用现浇式柱下独立基础，同时也可以采用装配式柱下独立基础，需要进行最终的基础选型。

2.2 柱下独立基础设计分析

无论是装配式独立基础还是现浇式独立基础，其总体设计思路基本一致，因而无论是采用装配式还是现浇式，都需要根据工程的实际情况对于独立基础进行设计。在进行柱下独立基础的设计时，基础的底面尺寸、基础高度、配筋等是核心的设计指标，必须要在设计过程中对这些设计参数加以确定，才能够确保独立基础满足使用需求。

（1）基础的底面尺寸。在确定柱下独立基础的底面尺寸时，主要是以地基承载力和变形条件作为依据，而柱下独立基础的受力形式又可以分为轴心受压和偏心受压两种情况，对于轴心受压的情况，基础的底面压应力Pk需满足式（1）的要求，对于偏心受压的情况，基础底面最大及最小压应力需满足式（2）的要求[5]。

式中：Nk——柱传递至基础顶面的荷载；

Gk——基础自重和基础上的土重；

A——基础底面面积；

fa——修正后的地基承载力特征值。

式中：W——基础底面的弹性抵抗矩；

Mk——对应于荷载效应标准组合时作用于基础底面的弯矩值。

（2）基础的高度。柱下独立基础一般有阶梯形和锥形两种形式，其高度一般取决于上部的柱对基础的冲切强度条件。因此在确定柱下独立基础的高度时，必须要确保基础在柱的轴向荷载作用下不会产生锥形体的冲切破坏。

（3）基础的配筋。由于基础会受到地基的反力作用，柱下独立基础的底板配筋也必须要合理。独立基础一般可以看作双向挑出并固定于柱周边的悬臂板，对于独立基础的单向配筋可以按照柱边截面进行计算，按照抗弯计算的原则确定配筋。

（4）基础的耐久性。同所有的钢筋混凝土结构构件一样，柱下独立基础的耐久性也是有相应的规范要求，按照《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476-2008）中的规定，柱下独立基础的混凝土强度等级不应低于C25，基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40mm；当无垫层时保护层厚度不应小于70mm。

对于装配式建筑，由于柱结构所采用的是预制柱，为了使得预制柱与独立基础的结合更为紧密，一般需要使独立基础为杯口造型，从而使得柱能够插入基础一定的深度。根据该项目实际，最终确定柱下独立基础的基本形式如图1 所示，采用锥形独立基础，基础底面尺寸为2200mm×3000mm，顶面尺寸为200mm×400mm，基础高为1200mm。

图1 柱下独立基础选型

2.3 现浇柱下独立基础与装配式柱下独立基础设计对比分析

根据上述分析可知，就柱下独立基础本身而言，其设计流程基本一致，但是对于现浇式和装配式两种形式，在其它结构的设计上仍然存在一定的差异。

如果采用现浇式基础，则需要对模板进行额外的设计，需要进行模板尺寸、强度的计算，同时还需要考虑施工现场对模板类型的要求；对于锥形独立基础，如在施工现场进行混凝土的浇筑，则需要使用到异形模板，而且由于基础的尺寸相对较小，锥形坡的存在会增加混凝土的施工难度，从而增加施工质量控制难度，从而消耗更多的施工时间和成本。

如果采用装配式基础，就不存在施工现场实施混凝土浇筑，就不需要进行模板设计，只需要设计出合理的模型，并且在工厂预制完成之后先对基础的质量进行检验，然后再到现场进行安装。

另外，该项目上部结构为装配式混凝土结构，如果采用现浇式独立基础，基础和柱的连接强度难以保障，装配式基础则可以通过杯口的设计使得二者有效地连接在一起。因此从设计的角度考虑，该项目采用装配式柱下独立基础为更优的选择。

2.4 现浇柱下独立基础施工流程分析

对于现浇柱下独立基础，在施工过程中，首先必须要将地基表层的浮土和扰动土进行清理，确保地基表面不存在积水之后才能够开始垫层混凝土的施工，垫层浇筑完成及垫层混凝土强度达到1.2MPa 之后，才能够在其表面进行弹线并开始钢筋绑扎。

因为上部为装配式建筑，必须要在基础顶部留有插筋，待后续装配式柱施工时使得插筋插入到柱体中，然后再进行灌浆，以使基础和柱有效地连接在一起。基础钢筋在绑扎完毕之后需要在底面和侧面放置保护层垫块，垫块的厚度为保护层厚度，钢筋绑扎完毕后即可进行基础模板的安装。

该项目基坑含水率较低，使用木模即可以满足施工要求，但由于基础存在锥形坡面，故需要使用到斜模板，为了保证斜模板定位准确，需采用螺栓对斜模板进行固定，模板在使用前必须进行浇水润湿。在完成模板安装后，要保证模板拼缝紧密。模板施工完成后，即可进行基础混凝土的浇筑。基础混凝土的浇筑同普通混凝土浇筑类似，也需要分层连续浇筑。但在进行首层混凝土的浇筑时，需保证其能够固定底层的钢筋，由于基础的尺寸相对较小，所以在混凝土浇筑过程中只能够采用插入式振捣。

在浇筑完成后，还需对混凝土的表面进行找平，以保证基础顶面的标高准确。最后，要对混凝土进行养护，待养护达到要求后才能拆除模板，在拆除模板时要避免对基础棱角处造成破坏。

2.5 装配式柱下独立基础施工流程分析

对于装配式柱下独立基础而言，其整体施工流程相较于现浇式更为简单，首先需要在工厂根据设计对独立基础进行预制，预制时需要进行预制模具的设计。为保证基础尺寸的准确，一般采用钢模具进行独立基础的预制。在基础预制好之后再将其运输至施工现场进行安装。

在装配式柱下独立基础的现场安装之前，首先要对地基进行相应处理，在完成了地基的处理之后，才能进行垫板的安装。采用垫板既便于独立基础的定位，又便于独立基础的吊装。

在完成垫板的安装之后，即可对预制好的独立基础进行吊装，吊装过程中一方面需要先利用吊装设备将独立基础吊装至预定的位置，然后再通过人工辅助的方式对基础进行纠偏，从而确保基础吊装到位。

基础吊装完成后，再在其四周支设模板进行垫层混凝土的浇筑，以使基础更好地传导荷载，同时避免基础发生破坏。

通过以上对比分析，从施工流程上看，装配式柱下独立基础的整体工艺流程更为简单，同时施工质量也更容易控制，故该项目优选装配式柱下独立基础。

3 结束语

综上所述，装配式建筑基础的选型，不仅要着眼于整个建筑结构，还要充分考虑地基的承载能力。针对单层建筑工程，从设计的角度考虑，既然采用装配式柱下独立基础，就不需要进行模板设计，只需要设计出合理的模型；从施工流程上看，装配式柱下独立基础的整体工艺流程更为简单，同时施工质量也更容易控制。该项目的实践证明，装配式柱下独立基础更适合该项目。