一種新型預(yù)制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)研制

劉洋　陳中翰　殷皓月　何羅　汪杉

【摘 要】預(yù)制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)具有造價合理、安裝技術(shù)簡單、對工人技術(shù)要求低、施工周期短、可以重復(fù)使用、綠色環(huán)保、利于實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)等特點，滿足新時期經(jīng)濟(jì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)張的要求，尤其在農(nóng)村、山區(qū)等的低層設(shè)施建設(shè)中更能發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)而高效的特點。

【關(guān)鍵詞】預(yù)制裝配式；工業(yè)建筑；新型拼接；綠色環(huán)保

0 引言

我國傳統(tǒng)柱下獨立基礎(chǔ)主要采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)的形式。然而傳統(tǒng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱下獨立基礎(chǔ)施工過程繁瑣復(fù)雜。基礎(chǔ)需要在施工現(xiàn)場支模、扎筋、澆筑混凝土，需要混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后方可安裝上部結(jié)構(gòu)，這就導(dǎo)致整個基礎(chǔ)建設(shè)存在著許多缺點[1]：1）施工過程的周期長，不利于實現(xiàn)建筑工業(yè)化，并且施工過程中容易對環(huán)境產(chǎn)生污染、不利于綠色環(huán)保；2）資源利用率低?；A(chǔ)只能使用一次，造成資源浪費。3）基礎(chǔ)質(zhì)量不易保證?，F(xiàn)澆基礎(chǔ)由施工單位現(xiàn)場制作，混凝土的質(zhì)量難以控制。因此，轉(zhuǎn)變現(xiàn)有傳統(tǒng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)形式，發(fā)展高效、經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保的預(yù)制裝配式鋼筋混凝土基礎(chǔ)建設(shè)是新時期經(jīng)濟(jì)建設(shè)及可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢，是建設(shè)節(jié)約型社會的長遠(yuǎn)大計和構(gòu)建社會主義和諧社會的根本目標(biāo)，具有極大的潛力和市場效益，并將是基礎(chǔ)建設(shè)產(chǎn)生跨越式的提高。

1 研制基礎(chǔ)的優(yōu)勢

1.1 在技術(shù)上的優(yōu)勢

1）預(yù)制獨立基礎(chǔ)分上、中、下三塊或者上下兩塊。最上面基礎(chǔ)塊為矩形，中層和下層基礎(chǔ)塊為矩形向內(nèi)凹陷形式。各層基礎(chǔ)采用H型鋼作為鋼筋骨架，并在H型鋼周圍設(shè)置抗剪釘，增加了與混凝土的結(jié)合性能。2）基礎(chǔ)之間通過地錨鋼筋貫穿連接，地錨鋼筋底部加彎鉤，在最上層鋼筋表面加肋，并由螺栓固定。增加了摩擦，使連接更穩(wěn)固。3）預(yù)制的鋼筋混凝土塊之間的拼接方式簡單，施工工藝簡單，施工技能含量低，對施工人員施工技能要求低，適用性強(qiáng)。安裝精度高，塊體間傳力直接可靠。4）能滿足特殊施工環(huán)境如：a.在不能影響現(xiàn)場及周圍環(huán)境的市區(qū)內(nèi)施工；b.在干燥缺水的沙漠中施工；c.在混凝土不易凝結(jié)的高原凍土段施工；d.在缺水、缺材料、道路交通不便的山區(qū)施工。5）在某些地區(qū)淺基礎(chǔ)高度受限，如地下埋有特殊管道而限制了基礎(chǔ)的高度，則可以采用在基礎(chǔ)底板添加型鋼的辦法來增加基礎(chǔ)抗沖切的能力，以達(dá)到減小基礎(chǔ)高度的效果。

1.2 在綠色節(jié)能上的優(yōu)勢

預(yù)制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)在施工現(xiàn)場不需要濕作業(yè)，施工過程方便快捷，預(yù)制基礎(chǔ)還可以重復(fù)使用，符合綠色環(huán)保和文明施工的要求。標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)可以節(jié)省材料，減少浪費。

1.3 在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢

1）預(yù)制鋼筋混凝土塊體可采用在預(yù)制工廠或露天場地制造完成，到建設(shè)場地只需將預(yù)制好的鋼筋混凝土塊拼裝即可，建造工序簡單，并且不需要養(yǎng)護(hù)。因此大大提高施工質(zhì)量，提高了鋼筋混凝土基礎(chǔ)建設(shè)的速度，從而大大縮短了建設(shè)周期，同時也降低了工程造價。

2）預(yù)制塊體自重輕，因而易于運輸，易拆裝，施工方便快捷，安裝時也無需大型的吊裝設(shè)備，普通工人采用簡單施工工具即可實現(xiàn)鋼筋混凝土基礎(chǔ)的快速裝配，對施工人員施工技能要求低，且安裝精度高。使得基礎(chǔ)建設(shè)高效而經(jīng)濟(jì)。

2 研制基礎(chǔ)的理論、實驗及施工

2.1 研究內(nèi)容

對全裝配式鋼筋混凝土柱下獨立基礎(chǔ)進(jìn)行施工工藝及力學(xué)性能測試，包括尋找簡單合理的基礎(chǔ)分塊及基礎(chǔ)分塊間的拼裝方式、基礎(chǔ)與柱之間的連接施工工藝等[2]。

1）有效解決裝配式柱下獨立基礎(chǔ)在實際施工過程中對人力、物力消耗較大，工期較長的問題，加強(qiáng)自主創(chuàng)新及關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。

2）通過理論分析，提出一種預(yù)制砌塊的快速連接。通過預(yù)埋件加強(qiáng)連接，使得裝配式柱下獨立基礎(chǔ)在實際施工過程中能達(dá)到施工快速且自身受力性能良好的效果。

3）通過實驗對裝配式柱下獨立基礎(chǔ)進(jìn)行力學(xué)性能分析，根據(jù)實驗結(jié)果對連接方式進(jìn)行改進(jìn)。

4）充分考慮施工的實際情況，結(jié)合試驗結(jié)果提出一套完整的裝配式柱下獨立基礎(chǔ)的施工工藝，使得裝配式柱下獨立基礎(chǔ)實現(xiàn)大范圍推廣成為可能。

5）結(jié)合有限元分析，對采用該裝配式柱下獨立基礎(chǔ)進(jìn)行破壞模式分析，并提出修復(fù)方案。

2.2 研究目標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)階段工程實際的需要，設(shè)計一種具有預(yù)埋件的新型預(yù)制小體積鋼筋混凝土塊體及其塊體間快速組裝的方法，將其應(yīng)用于柱下獨立基礎(chǔ)中，使得安裝時不需要現(xiàn)場濕作業(yè)、不需要大型設(shè)備吊裝、且能反復(fù)使用[3]。將獨立式階形基礎(chǔ)的階層分成兩部分，上下分別在工廠預(yù)制，且在離中心以及離中心一定距離預(yù)留5個孔洞便于上下連接。最下層砌塊預(yù)留上一砌塊的凹槽，這樣便于抵抗水平作用力。上下各有孔，緊固件穿過基礎(chǔ)側(cè)板的預(yù)埋件和基礎(chǔ)底板的預(yù)埋件相對應(yīng)的孔而固定。

2.3 擬解決的關(guān)鍵問題

1）保證塊體之間的接縫吻合良好，避免安裝過程中造成的基礎(chǔ)垂直度及高程上的累計誤差，防止基礎(chǔ)發(fā)生剪切破壞；

2）塊體在滿足力學(xué)性能要求的基礎(chǔ)上，要形狀簡單，類型少，施工簡單，使基礎(chǔ)安全、經(jīng)濟(jì)及綠色。

3 研制基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 預(yù)制基礎(chǔ)塊體的制作

按照建筑需要計算柱下獨立基礎(chǔ)的層數(shù)及所需基底面積，在工廠分層預(yù)制基礎(chǔ)混凝土塊。此處以兩層基礎(chǔ)為例，如圖2所示[4]。

3.1.1 底層基礎(chǔ)塊體的預(yù)制

1）澆筑前準(zhǔn)備工作。按照基礎(chǔ)的尺寸支好四周及底面的模板，在底面按照圖紙描好地錨螺栓和錨栓的位置。地錨螺栓共計五根，貫穿整個基礎(chǔ)，位置分別在基礎(chǔ)底面對角線交點和距中心x、y方向各100mm處的四個點上。錨栓位于基礎(chǔ)塊體四角向內(nèi)偏移100mm處和上層基礎(chǔ)塊體四角向內(nèi)偏移100mm處。在標(biāo)注處預(yù)留孔洞，放入直徑為1.5倍鋼筋直徑的pvc管澆筑，澆筑完成之后再去除pvc管。

2）開始澆筑。澆筑時先澆筑基礎(chǔ)底面混凝土保護(hù)層，一段時間后放上事先已經(jīng)配置好的底板鋼筋，繼續(xù)澆筑直至澆筑完成。澆筑中采用插入式振搗棒，在振搗混凝土?xí)r，插入混凝土中150mm左右，每一振搗點掌握好振搗時間，大致在20～30s之間，避免過振或漏振，視混凝土表面呈水平不再顯著下沉，不再出氣泡，表面泛出灰漿為準(zhǔn)，振搗器的插口要均勻排列，每次移動位置不得大于500mm，振搗棒在振搗過程中不得在底板內(nèi)平拖，避免碰撞鋼筋、預(yù)埋件。為了控制混凝土裂縫，在混凝土摸面前對混凝土進(jìn)行二次振搗。

3）振搗完畢之后在混凝土塊中心處用事先做好的內(nèi)凹模板放置在規(guī)定位置處并向下壓，做出基礎(chǔ)塊體上部的凹槽。并且放置一定數(shù)量的荷載塊。

4）用木材刮掉多出來的混凝土漿并處理表面泌水，將兩部分模板用鋼筋或鐵絲捆扎好，保證凹槽模板不會冒出，取下荷載塊，

5）放置于通風(fēng)良好的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)，3d之后拆除模板，之后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，至少養(yǎng)護(hù)14d之后即可投入使用。

3.1.2 上層基礎(chǔ)塊體澆筑

上層基礎(chǔ)塊體的澆筑相對簡單，沒有鋼筋，只有素混凝土澆筑。同底層混凝土澆筑方法一致，支好模板，然后在地錨螺栓和錨栓的位置處預(yù)留孔洞，放置1.5倍鋼筋直徑大小的pvc管，準(zhǔn)備好之后開始澆筑，之后的操作如出一轍，澆筑完成之后取出pvc管，養(yǎng)護(hù)3d之后拆模，至少養(yǎng)護(hù)14d之后即可投入使用。

3.1.3 使用時的安裝

1）澆筑混凝土基礎(chǔ)墊層。墊層使用C15型號素混凝土澆筑，在基坑底部先澆筑一層100mm厚的素混凝土，并且壓實。

2）待墊層半凝結(jié)之后，在墊層上畫線找出中心點，畫出對角線，在離對角線350mm處均勻每隔200mm預(yù)埋一根帶彎勾地錨螺栓一共5根，按照地錨螺栓位置放置底層基礎(chǔ)塊，按照預(yù)留孔洞位置放置上層預(yù)置塊體。

在預(yù)留孔洞中插入錨栓鋼筋，并澆筑連接用的細(xì)石混凝土，并且在上下層基礎(chǔ)塊連接處用膨脹砂漿填縫，防止外界空氣和水進(jìn)入，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.2 技術(shù)路線

1）設(shè)計了一種具有塊體間自鎖功能的新型預(yù)制小體積鋼筋混凝土塊體及其塊體間迅速組裝的方法，安裝時不需要太復(fù)雜的工藝技術(shù)，將其應(yīng)用于柱下下獨立基礎(chǔ)中。

2）最上部的預(yù)制塊體內(nèi)埋有與上部結(jié)構(gòu)連接的預(yù)埋件，采用小直徑光圓鋼筋加螺帽做預(yù)應(yīng)力拉筋對塊間進(jìn)行拉接，方便預(yù)制基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的連接，并增強(qiáng)了抗滑移能力和豎向載荷能力。

3）塊體與塊體之間采用預(yù)埋件連接，并用螺栓固定，實現(xiàn)了塊體本身的有效自鎖，保證了基礎(chǔ)的水平整體性。

3.3 實驗手段

1）地基處理好后，將鋼筋穿入底層混凝土預(yù)制塊體的豎直預(yù)留孔洞內(nèi)，將處于最下層塊體定位安裝完畢排位置后；

2）將上側(cè)的拼接預(yù)制塊，沿豎直方向楔入中間塊體內(nèi)，邊側(cè)的一塊塊體需和中間排的兩塊塊體楔和，逐次擴(kuò)展塊體，形成基礎(chǔ)的低層；

3）在逐次安裝上面各層預(yù)制塊，即可形成裝配式柱下獨立基礎(chǔ)。

3.4 關(guān)鍵技術(shù)

1）塊體在滿足力學(xué)性能要求的基礎(chǔ)上，要形狀簡單、施工速度快、造價合理、易于拆卸、強(qiáng)度高、安全可靠、使用壽命長、可多次使用并能和裝配式房屋其他構(gòu)件完好配合使用且符合綠色建筑的要求。

2）注重塊體與塊體之間的連接吻合從而提高整體性、剛度和抗震性能。

4 結(jié)語

新型預(yù)制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)具有良好的綜合效益和獨特的優(yōu)點，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆式鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)相比，新型預(yù)制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)減輕了自重，拼接方式簡單，施工簡便、快速、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，節(jié)約資源，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，并且其預(yù)制程度較高，易于實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)工廠化生產(chǎn)，同時對促進(jìn)預(yù)制化生產(chǎn)具有重要意義。但不得不承認(rèn)我國在預(yù)制化技術(shù)與施工上仍然存在著一些缺點，還需要不斷的完善與提升。隨著預(yù)制裝配式建筑的發(fā)展，可以預(yù)見，新型預(yù)制裝配式鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)在我國將有更廣泛的應(yīng)用和更光明的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：田吉捷]