無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土箱形基礎(chǔ)施工

楊廷玉 李化明 孟祥華 劉 毅

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

1 箱形基礎(chǔ)

箱形基礎(chǔ)是高層建筑中廣泛使用的基礎(chǔ)形式，由鋼筋混凝土底板、頂板、縱橫隔墻構(gòu)成箱形空間，是一種整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。箱形基礎(chǔ)具有較深的埋置深度和較大的基礎(chǔ)底面，采用中空結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)⑸喜拷Y(jié)構(gòu)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(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，采用此類結(jié)構(gòu)施工的建筑物能夠利用自身的剛度調(diào)整沉降差異，調(diào)節(jié)地基的不均勻沉降，減小因沉降差而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。此外，箱形基礎(chǔ)有利于抗震，尤其適用于地震區(qū)和具有地震風(fēng)險(xiǎn)的高層建筑。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土箱形基礎(chǔ)

預(yù)應(yīng)力是混凝土結(jié)構(gòu)中常用的一種技術(shù)，即在項(xiàng)目施工期間，預(yù)先給混凝土結(jié)構(gòu)施加一定的壓應(yīng)力，結(jié)構(gòu)服役時(shí)，在外部荷載的作用下，受壓區(qū)的混凝土內(nèi)力產(chǎn)生壓應(yīng)力，以減小或抵消外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，有效避免正常情況下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。在建筑結(jié)構(gòu)中施加預(yù)應(yīng)力，不僅能夠節(jié)約部分施工材料，還能大大提高結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，改善結(jié)構(gòu)的服役表現(xiàn)。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展與相關(guān)工藝的完善，其應(yīng)用范圍不再僅僅局限于建筑物的板、梁等構(gòu)件。

箱形結(jié)構(gòu)用于高層建筑時(shí)，其箱基的受力情況較為復(fù)雜，包括上部結(jié)構(gòu)的載荷、側(cè)向土反力、地下水壓力以及地基土反力。箱形基礎(chǔ)作為建筑施工常用的一種基礎(chǔ)形式，雖然具有較大的剛度、較好的抗震效果和補(bǔ)償性，同時(shí)還具有整體性，但僅僅基于箱形基礎(chǔ)進(jìn)行施工，尚存在部分問(wèn)題，如對(duì)鋼材的需求量大使得整個(gè)結(jié)構(gòu)的造價(jià)較高，澆筑混凝土?xí)r因內(nèi)部與表面的溫差而導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂紋等。基于此，國(guó)家教委電教中心開(kāi)創(chuàng)了在箱形基礎(chǔ)上施加預(yù)應(yīng)力的研究與應(yīng)用的先河。實(shí)踐證明，在箱形基礎(chǔ)底板施加預(yù)應(yīng)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(dǎo)致表面出現(xiàn)裂縫的問(wèn)題，此外，預(yù)應(yīng)力混凝土箱形還能有效提升地下結(jié)構(gòu)的防水、防潮效果。

3 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力箱基底板施工

3.1 施工準(zhǔn)備

在進(jìn)行箱形基礎(chǔ)施工時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)完成相應(yīng)的施工準(zhǔn)備，如基坑開(kāi)挖、地基處理、深基坑降水與支護(hù)、周圍建筑物的保護(hù)等。

基坑開(kāi)挖應(yīng)當(dāng)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)地基是軟弱土或者基坑周圍存在建筑物時(shí)，應(yīng)當(dāng)有必要的臨時(shí)支護(hù)措施，支護(hù)位置與箱形基礎(chǔ)的距離不應(yīng)小于1.2 m，且應(yīng)當(dāng)避免在其上部進(jìn)行卸土、推載操作。設(shè)鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁頂澆混凝土連續(xù)梁連成整體是一種較為常用的支護(hù)方式。

在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中如遇到地下水位較高的情況，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施，將地下水位降低至基坑底50 cm以下的位置。針對(duì)不能采用明溝排水的情況，如土質(zhì)為粉砂、粉土或者細(xì)砂時(shí)，可以考慮采用輕型并點(diǎn)方法降水，同時(shí)設(shè)置水位降低觀測(cè)孔。若遇冬季施工，應(yīng)當(dāng)對(duì)基坑底土的凍脹采取相應(yīng)的措施?；釉陂_(kāi)挖到設(shè)計(jì)基底標(biāo)高后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)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(kāi)挖的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保持基坑底土的原狀結(jié)構(gòu)。采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行基坑開(kāi)挖應(yīng)當(dāng)在離基坑底面設(shè)計(jì)標(biāo)高30 cm處停止機(jī)械施工，采用人工挖除的方式對(duì)剩余土方進(jìn)行清理。在各道工序之間，如存在較長(zhǎng)的間隔時(shí)間，為了防止地基土被擾動(dòng)，應(yīng)當(dāng)預(yù)留10 cm～15 cm厚土層，在下道工序開(kāi)工前進(jìn)行挖除。

3.2 預(yù)應(yīng)力施工

對(duì)預(yù)應(yīng)力施工工藝的制定，應(yīng)當(dāng)采取錨固端和張拉端交錯(cuò)布置的方式，以保證混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力的建立。若張拉端能夠置于板內(nèi)，則進(jìn)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(yù)應(yīng)力筋時(shí)，一方的留洞不得對(duì)另一方造成影響，盡量使張拉端置于同一個(gè)預(yù)留洞內(nèi)。此外，特殊環(huán)境下的預(yù)應(yīng)力體系需要制定相應(yīng)的防護(hù)措施。

針對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的節(jié)點(diǎn)安置，無(wú)粘結(jié)筋雙層雙向布置，節(jié)點(diǎn)的安置位置應(yīng)當(dāng)在預(yù)應(yīng)力筋的張拉端，按照底層鋼筋—無(wú)粘結(jié)筋—節(jié)點(diǎn)安置的順序鋪放鋼筋，澆混凝土底板時(shí)，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(yù)留張拉位置。在無(wú)粘結(jié)筋鋪放及節(jié)點(diǎn)安置完成后，應(yīng)當(dāng)注意無(wú)粘結(jié)筋不能出現(xiàn)破皮，以防其對(duì)應(yīng)力的建立產(chǎn)生影響。此外，應(yīng)當(dāng)注意避免張拉端與錨固端的重疊，保持無(wú)粘結(jié)筋的縱向平直。對(duì)預(yù)應(yīng)力的控制可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力測(cè)試與伸長(zhǎng)率校驗(yàn)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

由于高層建筑的抗震需求，箱形基礎(chǔ)必須有足夠的埋深，因此，箱形基礎(chǔ)的底板與地下水層的距離勢(shì)必較近?；诖朔N情況，一旦底板出現(xiàn)開(kāi)裂，必然會(huì)導(dǎo)致鋼筋遭到銹蝕。對(duì)箱形基礎(chǔ)底板施加預(yù)應(yīng)力，可以預(yù)加軸向壓力于底板，產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，從而提高底板的抗裂度。相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，此種提高效果大約在2倍左右。處于特殊環(huán)境下的預(yù)應(yīng)力體系，其自身的防護(hù)措施在一定程度上決定了結(jié)構(gòu)內(nèi)力的建立，對(duì)此箱形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的耐久性也將產(chǎn)生一定的影響。基于上述分析，制定有效的預(yù)應(yīng)力體系防護(hù)措施尤為重要。

3.3 澆筑成形

對(duì)箱形基礎(chǔ)底板、頂板、內(nèi)外墻的混凝土澆筑，應(yīng)當(dāng)選擇合適的澆筑方案。

對(duì)底板的澆筑，應(yīng)當(dāng)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(jìn)行，沿長(zhǎng)方向根據(jù)箱形尺寸進(jìn)行分區(qū)，由一端向另一端推進(jìn)，均勻下料，澆筑表面及時(shí)整平。在底板厚度大于50 cm時(shí)宜采用水平分層或斜面分層的方式進(jìn)行澆筑；在底板厚度小于50 cm時(shí)可采用斜面趕漿法澆筑，而不必進(jìn)行分層；在底板面積較大時(shí)可考慮分段分組澆筑。

對(duì)墻體的澆筑，應(yīng)當(dāng)在墻全部鋼筋綁扎完后，包括預(yù)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(shè)完畢等，驗(yàn)查無(wú)誤后方可進(jìn)行澆筑。澆筑時(shí)可采用先澆外墻后澆內(nèi)墻的方式，也可內(nèi)外墻同時(shí)澆筑，分支流向軸線前進(jìn)。外墻的澆筑可采取分層分段循環(huán)澆筑法，即沿周邊將外墻分為若干段，分段的長(zhǎng)度由混凝土的攪拌運(yùn)輸能力、分層厚度、水泥初凝時(shí)間、澆灌強(qiáng)度綜合決定。周而復(fù)始繞周長(zhǎng)循環(huán)圈進(jìn)行澆筑，直至外墻體澆筑完成。在工程量較大時(shí)亦可采用分層分段一次澆筑法進(jìn)行澆筑。

此外，鋼筋綁扎應(yīng)當(dāng)注意其位置和形狀的準(zhǔn)確性，接頭部位采用閃光接觸對(duì)焊和套管壓接，同時(shí)要嚴(yán)格地控制接頭的數(shù)量和位置，在驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行混凝土的澆筑。外部模板宜采用大塊模板進(jìn)行組裝，內(nèi)壁可使用定型模板。埋設(shè)件的位置應(yīng)當(dāng)進(jìn)行準(zhǔn)確的固定。箱形基礎(chǔ)的頂板應(yīng)適當(dāng)為內(nèi)墻模板的拆除工作預(yù)留洞口。為了防止混凝土澆筑過(guò)程中水泥或者混凝土漿滲入無(wú)粘結(jié)筋內(nèi)、錨具的夾片孔內(nèi)，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(hù)系統(tǒng)。

3.4 施工要點(diǎn)

1)在決定箱形基礎(chǔ)的平面尺寸時(shí)，需要參考的因素包括工程所處區(qū)域的地質(zhì)條件、地下結(jié)構(gòu)的底層平面、上部結(jié)構(gòu)布置、整體結(jié)構(gòu)的荷載分布等，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參考JGJ 6—2011高層建筑筏形與箱形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范。

2)箱形基礎(chǔ)的底板、頂板、內(nèi)外墻宜連續(xù)澆筑完畢，在箱形基礎(chǔ)的長(zhǎng)度大于40 m時(shí)，為了避免因溫度差出現(xiàn)收縮裂縫，同時(shí)減輕澆筑的強(qiáng)度，宜在中部設(shè)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(yīng)當(dāng)在混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上提高一級(jí)，后澆帶澆筑振搗密實(shí)，同時(shí)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

3)箱形基礎(chǔ)施工完畢后立即進(jìn)行回填土。驗(yàn)算箱形基礎(chǔ)的抗浮穩(wěn)定性，系數(shù)不宜小于1.2，否則應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的防治措施，防止箱形基礎(chǔ)出現(xiàn)上浮或傾斜等情況。常見(jiàn)的防治措施包括加重物，或者進(jìn)行持續(xù)抽水直至上部結(jié)構(gòu)在外荷載的作用下仍然能夠滿足抗浮穩(wěn)定系數(shù)的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

箱形結(jié)構(gòu)是高層建筑中較為常用的一種基礎(chǔ)形式，預(yù)應(yīng)力技術(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的一種技術(shù)。將箱形結(jié)構(gòu)與預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行融合后的預(yù)應(yīng)力混凝土箱形基礎(chǔ)，具有較大的基礎(chǔ)底面，以中空結(jié)構(gòu)形式，顯著提高了箱形結(jié)構(gòu)地基的穩(wěn)定性，為促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要作用。