低层建筑用预制装配式混凝土基础的设计研究_宋小辉.pdf

0引言装配式建筑的出现实现了房屋建造方式由现场浇筑向工业化生产的转变，具有节能、环保、低碳等优点，为践行“双碳”目标，推行装配式建筑势在必行。近年来，我国很多城市为推行装配式建筑提出了工作目标，制定了激励政策，装配式建筑在一些地区得到了规模化发展。农村住宅体量巨大，多采用砖混结构或框架结构，由于施工不规范，使一些房屋存在建造质量差、抗震性能差、节能效果不理想等问题1-8。我国当前积极推进美丽乡村建设，装配式住宅集环保、节能、减排、舒适于一体，是农村绿色住宅发展方向，发展农村装配式建筑可以提高农村住宅的品质，对我国整体建筑业的发展具有重要意义9-12。目前，农村自建房大多采用现浇独立基础或砖石条形基础，存在功能分区不合理、易开裂、资源浪费、抗震性能差等问题，本文结合“双碳”目标要求，通过设计预制装配式混凝土基础（以下简称预制基础），以提高农村建筑建造水平和工程质量。1农村住宅基础现状1.1现浇混凝土基础现浇混凝土基础需要施工单位根据设计图进行施工，虽现浇施工技术成熟，但存在较多问题，主要体现在以下三个方面。（1）工期长。现浇钢筋混凝土基础需在现场进行钢筋制作、绑扎、支模、浇筑、养护等多道工序，工序参与工人数量多，前后工序衔接均有时间消耗。现浇钢筋混凝土基础浇筑完成后需进行自然养护，1421 d后才可进行上部结构施工。（2）受天气环境影响大。现场施工受气温、雨低层建筑用预制装配式混凝土基础的设计研究宋小辉1，2，曹淑上1，2（1.重庆市建筑科学研究院有限公司，重庆400042；2.重庆市建设工程质量检验测试中心有限公司，重庆400042）摘要：针对农村低层框架结构房屋受力特点，研发了预制装配式混凝土基础，介绍了其与周围联系梁、上部预制混凝土柱的连接节点构造，并采用早强、高强水泥基灌浆料对预留键槽进行浇筑，实现了短时间内节点区域混凝土强度达到继续施工的要求，具有缩短工期、绿色环保等特点，可为低层装配式建筑的工业化提供参考。关键词：装配式建筑；工厂化；独立基础；预制混凝土基础中图分类号：TU375.4文献标识码：Adoi：10.19761/j.1000-4637.2023.07.042.04Study on the design of prefabricated concrete foundation for low-rise buildingSONG Xiaohui1，2,CAO Shushang1，2（1.Chongqing Construction Science Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 400042,China;2.Chongqing ConstructionProject Quality Inspection and Testing Center Co.,Ltd.,Chongqing 400042,China）Abstract:In response to the stress characteristics of low-rise frame structure houses,a prefabricated concretefoundation is developed,and its connection node structure with surrounding connecting beams and upper prefabricatedconcrete columns is introduced.Early strength and high-strength cement-based grouting materials are used to pour thereserved keyway,which can achieve the concrete strength in the node area to meet the requirements of continuousconstruction in a short period of time,and has the characteristics of shortening the construction period,green andenvironmental protection,which can provide a reference for the industrialization of low-rise prefabricated buildings.Keywords：Prefabricated building;Industrialize;Independent foundation;Prefabricated concrete foundation基金项目：重庆市建设科技计划项目（城科字2020第2-4、城科字2022第6-1、城科字2022第6-14）。2023年第7期混 凝 土 与 水 泥 制 品2023 No.77月CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTSJuly42-天、大风等恶劣天气环境影响较大。气温过高时，现场有效施工时间减少；温度过低时，混凝土基础工程养护困难，甚至无法施工。（3）污染环境。施工面清洁、钢筋混凝土工程施工产生的施工废水会对土壤及地下水造成污染，尤其是泥浆护壁成孔桩需要大量的泥浆。现浇基础还易产生施工噪音、粉尘及固体废弃物。1.2砖石条形基础石砌基础一般采用毛石、料石，通过砂浆进行砌筑，砖基础一般采用烧结普通砖通过砂浆进行砌筑，具有就地取材、不需要模板、施工工艺简单等优点，但也存在较多缺陷，具体如下。（1）抗拉、抗剪强度低。由于缺少钢筋的拉结作用，砖石条形基础的纵向刚度较小，如地基处理不当易出现沉降现象，导致上部主体墙体出现开裂问题。同时，砖石和砂浆间的黏结力较弱，导致建筑的抗震性能较差。（2）截面尺寸较大，耗材较多。由于砌体的强度较低，砖石条形基础的截面尺寸较大，材料用量较多，基础工程的费用占比也较高。（3）质量控制难度大。由于砖石条形基础的砌筑基本为手工方式，施工劳动量较大，基础标高及轴线、边线均依靠工人放线确定，铺灰坐浆由工人把控，整个砌筑过程中任何一个环节出现问题均会对砌筑质量产生重大影响。（4）环境不友好。砖石条形基础采用黏土砖，其制造过程会产生空气粉尘、SO2等有害气体和固体废弃物。黏土砖的生产还将占用农田黏土资源，影响农业生产，相关处置过程甚至会对周边环境造成严重污染。此外，砖石条形基础一般需设置料石放脚，大量的开采山石将破坏地表植被及地下水源，开采之后堆积的大量固体废弃物也将造成环境污染。2预制基础设计因农村住宅多为3层左右，上部结构荷载较小，本文根据不同地基处理效果，设计了适用于农村低层建筑用的预制独立基础和预制桩基础。2.1预制独立基础2.1.1结构形式当地基持力层较好时，可采用预制独立基础。预制独立基础采用锥形或阶形结构，分为底盘和墩身两部分。墩身可根据持力层深度调整长度以保证与周围联系梁顶标高一致，墩身部位预埋相应的连接钢筋。考虑到预制基础可能因重量较大，导致运输或者现场吊装不便，也可将独立基础进一步分解为墩身和底盘两部分进行工厂预制，墩身部分预埋与联系梁连接的钢筋连接件。同时，预埋底盘纵筋贯穿的浆锚套管，墩身与底盘之间的间隙应采用高强灌浆料填实。预制独立基础结构示意图见图1。墩身和底盘结构示意图见图2。基础与联系梁、柱的连接构造见图3。2.1.2连接构造预制独立基础、联系梁和上部柱均在工厂预制生产，基础持力层厚度需根据地质勘探情况和设计要求确定。通过调整预制基础墩身的长度可以适应不同的基础埋深。预制独立基础定位施工完成后，需进行联系梁与预制独立基础的连接作业，采用砖块或水泥砌块等做支垫，待调整好联系梁标高后，采用钢筋浆锚搭接或者套筒灌浆进行两者的连接，随后进行上层柱与预制独立基础的连接。图1预制独立基础结构示意图Figure 1Structure diagram of prefabricatedindependent foundation图2预制独立基础墩身及底盘结构示意图Figure 2Structure diagram of prefabricated independentfoundation pier body and baseplate图3预制独立基础与联系梁、柱的连接构造Figure 3Connection structure between prefabricatedindependent foundation,beams and columns（a）墩身（b）底盘预埋柱连接筋预埋联系梁连接筋墩身底盘预制独立基础钢筋预埋浆锚套管预埋联系梁连接筋墩身预埋柱连接筋底盘上部柱坐浆层钢筋浆锚连接或套筒灌浆连接联系梁支垫预制独立基础预埋柱连接筋预埋联系梁连接筋灌浆层预制独立基础钢筋预制独立基础钢筋低层建筑用预制装配式混凝土基础的设计研究宋小辉，曹淑上43-基础设计、选型预制基础生产场地、基础处理构件进场现场验收构件存放基层清理、测量放线构件起吊、定位联系梁定位、安装上层柱定位、安装缝隙灌浆填实施工完成合格不合格退货图6预制基础的施工工艺流程图Figure 6Construction process flow charts ofprefabricated foundation为保证节点连接质量、基础耐久性和预防地下水气、潮气的渗入，节点连接完成后需对连接处的缝隙进行注浆填实。基础周围缝隙采用坐浆或者灌浆的方式进行密封。考虑流动性、黏接强度等要求，注浆填实采用高强无收缩水泥基灌浆料，灌浆作业采用自重灌浆法，待3 d抗压强度达40 MPa后，方可进行后续施工。2.2预制承台基础2.2.1预制承台基础的结构形式当地基条件较差或采用独立基础不经济时，可采用预制承台基础，该基础由预制桩和预制承台组成。预制桩可以采用预制混凝土桩、预应力混凝土空心桩或者钢桩，桩身混凝土强度等级不低于C30，施加预应力的桩身不低于C40。预制承台混凝土强度等级不低于C30，高度分为计算高度和构造高度（150 mm），计算高度范围内预制承台主要承担预制桩传递的反作用力，构造高度主要用于预制承台和基桩的连接，构造高度范围内预留深100 mm、宽度略大于桩头截面的嵌槽。预制承台剖面示意图见图4。预制承台与联系梁、柱的连接构造见图5。2.2.2预制承台基础与预制梁、预制柱连接预制桩可采用锤击或者静压法施工，桩位允许偏差不得大于1/2桩径或者边长，垂直度偏差不得大于0.5%。预制承台下方嵌槽截面应考虑现场预制桩施工的允许偏差。对于低承台桩，预制桩施工完成后应进行垫层施工，并保证桩头露出垫层高度大于120 mm。每根预制桩对应的嵌槽部位预埋两根注浆管，待预制承台安装就位、预制桩顶部卡入承台嵌槽后，对预留嵌槽缝隙进行灌浆填实，灌浆采用高强无收缩水泥基灌浆料。对于高承台桩，灌浆填实嵌槽缝隙作业时应在下部设置模板。预制承台与联系梁和上部柱连接采用钢筋浆锚搭接或者套筒灌浆连接。为避免预制承台与上部柱之间出现缝隙，采用坐浆法固定上部柱，预制承台与周围联系梁之间的缝隙采用注浆处理。3预制基础施工3.1施工工艺流程预制基础的施工工艺流程见图6。3.2施工控制要点（1）根据现场的施工进度和拼装顺序，需合理安排构件进场时间，避免施工现场大量堆积预制构件或长时间堆放引起钢筋锈蚀、材料积压等。验收合格的构件需按照现场组装顺序进行编号，并按序摆放平整。（2）待构件混凝土强度达到设计强度后进行装载、运输，运输过程不得损伤或弯折预埋出露的钢筋。施工场地预留的现场运输及吊装道路应保证平整，对可能影响施工过程的障碍物应及时清除。根据不同构件的质量，需采用合理的吊具。（3）预制基础吊装前应再次检查地基处理情况，对于预制承台基础，应检查桩顶标高及水平偏移量是否在允许误差之内，吊装就位后检查基础定位是图4预制承台剖面示意图（单位：mm）Figure 4Section diagram of prefabricated cushion cap图5预制桩基础与联系梁、柱的连接构造Figure 5Connection structure between prefabricatedpile foundation,beams and columns预埋柱连接筋预制承台钢筋预埋嵌槽注浆管预留嵌槽预制承台双向构造钢筋上层柱联系梁钢筋浆锚连接或套筒灌浆连接预制承台预制桩预制桩计算高度1502023年第7期混凝土与水泥制品总第327期44-否符合设计要求。（4）试吊。为确保联系梁顶标高，应对联系梁进行试吊，并调整梁下部垫块，校正后对联系梁进行正式吊装作业。（5）预制承台固定。预制承台与预制桩采用键槽连接，通过灌浆作业来填实预制桩与预制承台间的缝隙，从而保证预制承台不发生滑移。（6）灌浆。灌浆料必须经过完整的质量验收合格程序后方可使用，灌浆过程中应保证稳定的灌浆压力，单个灌浆孔在整个灌注过程中不应有中断。当顶部出浆孔流出稳定圆柱状的浆料，且和注入的浆料稠度相当时，方可堵塞出浆口。4结语本文针对房屋自身特点和普遍存在的地形、地基土、地下水等影响因素，设计了农村低层建筑用预制独立基础和预制承台基础。通过对基础与周边联系梁和上部柱的连接节点进行设计，简化了现场施工工序。采用高强无收缩水泥基灌浆料进行节点缝隙灌注可使节点部位具有较高的密实度和强度，满足设计要求。同时，也可提高现场施工拼装速度。参考文献：1赵刚,王殿会.低碳节能装配式建筑技术的思考分析J.建筑结构,2022,52(15):169.2宋小辉,刘有为,江兆南,等.农村低层装配式混凝土住宅建筑发展探索J.四川建筑,2021,42(3):53-55.3吕文胜.某装配整体式混凝土剪力墙结构高层住宅楼结构设计J.建筑结构,2021,51(增刊):1013-1016.4汪震,李检保.我国预制剪力墙结构的历史与现状概述J.结构工程师,2015,31(3):180-186.5阎利,吴庭鸿,拓万永,等.预制装配式结构连接节点研究进展综述J.建筑科学,2020,36(5):126-132.6闫国栋,李明洋,曹国意.坐浆后逐个灌浆工艺在预制剪力墙中的研究J.施工技术,2019,48(增刊):478-480.7吴超,谢建和,刘锋.装配式混凝土框架梁柱节点研究动态和展望J.混凝土,2020(4):128-133,137.8任宏伟,严珊,王思远.装配式剪力墙竖向钢筋套筒注浆连接试验研究J.世界地震工程,2020,36(1):93-100.9中华人民共和国住房和城乡建设部.装配式混凝土建筑技术标准:GB/T 512312016S.北京:中国建筑工业出版社,2017.10吴刚,冯德成.装配式混凝土框架节点基本性能研究进展J.建筑结构学报,2018,39(2):1-16.11孙小巍,胡曼曼,黄帅,等.钢筋连接用套筒灌浆料组成因素对其性能影响的研究J.混凝土,2021(7):142-146,150.12陈鹏,张兆强,周琼瑶.装配式混凝土剪力墙结构连接方式研究及应用综述J.混凝土与水泥制品,2018(3):58-63.收稿日期：2023-04-23第一作者：宋小辉（1989），男，高级工程师。E-mail：结构支模轴线标高控制难、大面积浇筑质量差、高空作业施工安全隐患大等问题，作为一种新的仿古屋面生产和施工方式，有助于仿古建筑朝着工业化高质量的方向发展。参考文献：1贾兴起,董玉罡.仿古建筑弧形屋面施工技术应用研究J.建筑知识(学术刊),2014(9):477-478.2孙经纬,牟郑宇,毛宇轩.异形弧形景观屋面施工技术研究以BIM技术为基础J.中国住宅设施,2022(11):142-144.3白国岩.站房弧形屋面双向正交斜放钢梁安装技术研究J.铁道建筑技术,2020(3):154-158.4杨勇,韩熙,李祥红,等.BIM技术在不规则钢筋混凝土弧形屋面结构标高深化中的应用J.建筑施工,2019,41(5):960-963.5李树成,胡杭,仇健,等.异形屋面混凝土结构施工综合工艺J.建筑施工,2016,38(1):33-35.6张忠.圆弧形混凝土预制构件表面气泡的分析与研究J.科学技术创新,2021(5):148-149.7杨燕萍,谢其阳,王晓辉,等.装配式建筑装配化屋面的研究与应用J.住宅产业,2021(12):57-63.8陈金涛.装配式建筑预制构件模具优化设计及降本研究J.建设机械技术与管理,2022,35(4):60-62.9陈明,黄岸,李经纬.装配式建筑预制构件模具轻量化研究J.建设机械技术与管理,2022,35(2):82-84.10徐鑫.影响装配式建筑成本因素及优化措施J.四川建材,2022,48(2):214-216.11陈德龙.弧形混凝土构件模板施工技术研究J.价值工程,2018(4):159-160.12杜江.大面积弧形屋面整体浇筑质量控制J.建材与装饰,2013(28):62-63.13吴锦荣.弧形屋面轴线与标高的质量控制J.山西建筑,2007(32):358-359.收稿日期：2023-04-14第一作者：秦康（1985），男，高级工程师。通信作者：王新建（1989），男，工程师。通信地址：广西省柳州市柳北区白露片区E-mail：（上接第41页）低层建筑用预制装配式混凝土基础的设计研究宋小辉，曹淑上45-