高層建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的若干建議

根據(jù)筆者在高層建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些體會(huì)，闡述了高層建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些特點(diǎn)，力圖使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡可能經(jīng)濟(jì)合理。并著重介紹了地下室外墻的設(shè)計(jì)建議與出現(xiàn)收縮裂縫后的處理方法。1.概述隨著社會(huì)的發(fā)展，高層建筑越來越多，由于建筑層數(shù)的增加，水平荷載(風(fēng)荷載或地震作用)產(chǎn)生的內(nèi)力和位移迅速增大。有一定的基礎(chǔ)埋深，可以保證地基的穩(wěn)定性，防止傾覆和滑移，而且也有利于減少建筑物的整體傾斜，因此，《高規(guī)》〔1〕規(guī)定了基礎(chǔ)的最小埋置深度的要求。高層建筑結(jié)構(gòu)由于其高度高，基礎(chǔ)埋深較深，所以，一般都設(shè)置地下室。通常高層建筑結(jié)構(gòu)在20層以內(nèi)至少設(shè)1層地下室；21～30層設(shè)1～2層地下室；30層以上設(shè)2～3層地下室。高層建筑中的設(shè)備用房往往較多，而將這些設(shè)備用房、地下消防水池和汽車停車位等設(shè)在地下室，既能發(fā)揮地下室的作用，又能滿足基礎(chǔ)埋深的要求。同時(shí)，還可以利用地下停車場(chǎng)作人防地下室，以滿足戰(zhàn)時(shí)的需要。所以，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。高層建筑地下室埋深越深，對(duì)基坑擋土支護(hù)、降低地下水的施工作業(yè)帶來的難度越大，例如福州金源花園和福州中福廣場(chǎng)由于是二層地下室，并且都是筏板厚承臺(tái)，基坑深度較深，所以基坑支護(hù)都采用設(shè)置圍護(hù)樁并加二道支撐的方法，基坑支護(hù)費(fèi)用較高，工期相對(duì)較長(zhǎng)；而福州特藝城由于只有一層地下室，而且是獨(dú)立承臺(tái)，基坑深度相對(duì)較淺，只需采用噴錨支護(hù)即可，工期短，費(fèi)用也低。所以，高層建筑在設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足穩(wěn)定、抗震等要求時(shí)，應(yīng)盡量減少地下室層數(shù)和基礎(chǔ)的埋深。高層建筑地下室與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包括地下室墻設(shè)計(jì)、地下室頂板設(shè)計(jì)、地下室底板設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、地下室出人口坡道、樓梯設(shè)計(jì)，以及人防口部設(shè)計(jì)(如果是人防地下室)等。下面將對(duì)地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的幾個(gè)問題進(jìn)行簡(jiǎn)要論述，與同行們共同探討。與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有所不同的是，由于南方地區(qū)地下水位一般比較高，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了應(yīng)滿足受力要求外，抗?jié)B是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。眾所周知，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是帶裂縫工作的，要想達(dá)到抗?jié)B的目的，我們一般在地下室結(jié)構(gòu)的混凝土中外加添加劑，以增加混凝土的密實(shí)性，減少混凝土自身的收縮。同時(shí)還要注意凝土的養(yǎng)護(hù)。除此之外，配筋率對(duì)裂縫的寬度也有影響。從已建的一些高層建筑地下室的情況來看，最經(jīng)常出現(xiàn)裂縫的部位是地下室的外側(cè)墻，這或許是因?yàn)閴w的養(yǎng)護(hù)難度較大。所以，下面重點(diǎn)討論一下地下室外墻的一些設(shè)計(jì)建議與出現(xiàn)收縮裂縫后的處理措施。2.地下室外墻設(shè)計(jì)建議：高層建筑地下室外墻的厚度與配筋設(shè)計(jì)，根據(jù)文獻(xiàn)〔2〕的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)很不一致，特別是地下室墻的配筋大小出入很大，從福州地區(qū)已建的高層建筑地下室的情況來看，本人認(rèn)為地下室外墻厚采用30～50厘米，配筋Φ14@200～Φ18@200，一般可以滿足要求。例如福州金源花園，二層地下室，地下室外墻厚450mm，配筋Φ16@200～Φ18@200。福州中福廣場(chǎng)，也是二層地下室，地下室外墻厚450mm，配筋Φ14@200～Φ18@200。又如馬尾經(jīng)貿(mào)大廈，一層地下室，地下室外墻厚300mm，配筋Φ14@200～Φ16@200。對(duì)于地下水位較高，地下水壓力較大的情況，地下室外墻厚度與配筋應(yīng)適當(dāng)增加。

如果地下室埋深教深,地下支采用圍護(hù)樁加二道基坑支撐的方案，在拆除第二道支撐時(shí)，往往需要考慮第二道支撐以下分地下室外墻所起的作用，所以，澆搗地下室底板時(shí)，地下室外墻的施工縫一般設(shè)在第二支撐下方。待這部分外墻達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后，將圍護(hù)樁與地下室外墻間的空隙填實(shí)，樣這部分外墻與地下室底板就可以共同組成新的第二道支撐，承受圍護(hù)樁傳來的主動(dòng)土壓力。此時(shí)，地下室樓板一般還未澆搗，這部分地下室外墻處于懸臂受力狀態(tài)，因此，在設(shè)地下室外墻時(shí)，還應(yīng)對(duì)該施工階段地下室外墻受力的情況進(jìn)行驗(yàn)算。為了滿足受力要求，地下室外墻豎向鋼筋一般配得較多，而水平鋼筋往往只要滿足最配筋率即可。正如文獻(xiàn)〔2〕所述對(duì)于地下室墻的配筋率，規(guī)范中規(guī)定的最小配筋率不等于合理的配筋率，而是一個(gè)最小的下限值，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)向上調(diào)整。本人認(rèn)為下室外墻水平鋼筋尤其不要配得太小，在滿足計(jì)算要求后配筋率最好不小于0.25%～0.3%，免在施工階段出現(xiàn)收縮裂縫，影響地下室防水。例如福州特藝城，一層地下室，地下室外厚350mm，地下室北面臨河，地下水壓較大，經(jīng)過計(jì)算，地下室外墻水平鋼筋只需滿足最小筋率，考慮到施工階段如果養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，地下室外墻可能出現(xiàn)收縮裂縫(有一些工程就曾經(jīng)出過這種情況)，這樣就會(huì)影響地下室外墻的抗?jié)B與防水要求。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)我們把地下室墻水平鋼筋適當(dāng)加大，根據(jù)地下室層高4.15m和4.9m的不同，地下室外墻水平鋼筋分別采用Φ16@200和Φ18@200。地下室外墻的厚度與配筋滿足要求，同時(shí)混凝土中添加了適量添加劑后，由于施工階養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，仍然有可能造成墻體出現(xiàn)收縮裂縫，從而影響地下室外墻的抗?jié)B性。出現(xiàn)這種況看，該采取什么措施呢?下面就介紹一個(gè)在福州某工程中采用的方法，以供同行參考。在福州某工程中曾經(jīng)出現(xiàn)過這樣情況：地下室結(jié)構(gòu)外墻拆模后，發(fā)現(xiàn)墻上有許多沿豎分布的微小裂縫，裂縫最大寬度1mm，間距2mm左右。經(jīng)過計(jì)算復(fù)核，地下室外墻鋼筋完全足受力要求。再經(jīng)過進(jìn)一步了解，地下室外墻澆搗的前后幾天天氣特別炎熱，加上地下室墻外側(cè)的土還未回填，施工階段未采取任何特殊的養(yǎng)護(hù)措施。所以，我們斷定這是由于施階段養(yǎng)護(hù)不當(dāng)造成的混凝土收縮裂縫。于是就采用了下面這個(gè)方法進(jìn)行處理：首先，先將縫部位擴(kuò)縫，鑿成“V”型，再用水清洗干凈，其次，在“V”型槽內(nèi)預(yù)埋注漿管；然后，用專用注漿泵，將水溶性氨酯堵漏劑從注漿管中緩緩注入，待裂縫中漿液注滿后，隨即扎注漿管(一般壓力控制在2～3kg/cm2左右)；第二天，將外露注漿管割除，將表面修平。最后，為達(dá)到長(zhǎng)期防水目的，在堵漏部位涂刷優(yōu)質(zhì)防水材料，并加帖玻璃纖維布。經(jīng)過這樣理后，至今未發(fā)現(xiàn)過有開裂或滲漏現(xiàn)象。3.主樓與裙房地下設(shè)縫問題：高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，由于上部荷載大，要求因素(沉陷、穩(wěn)定、造價(jià)、工期等)比較多，因此，高層主樓與裙房的地下結(jié)構(gòu)是整體相連，還是各自獨(dú)立必須認(rèn)真、慎重地全面慮。例如福州中福廣場(chǎng)，主樓地上二十八層，地下二層，體型為方形，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。樓地上七層，地下一層，條形框架結(jié)構(gòu)，位于主樓西側(cè)，見圖1。該工程建于七度地震區(qū)三地上，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁基承臺(tái)采用筏板厚承臺(tái)兼作地下室底板，與樁組成樁筏基礎(chǔ)。從建筑體型考慮，若將主樓與裙樓聯(lián)成整體，因主樓平面較小，裙房縱向又較長(zhǎng)，必引起較大的扭轉(zhuǎn)，因此，主樓與裙樓間設(shè)置了抗震縫，地下室與基礎(chǔ)間設(shè)置了沉降縫，使樓與裙房徹底脫開，各自獨(dú)立。為確保主樓的抗側(cè)穩(wěn)定性，我們采取在沉降縫間填粗砂的施，以滿足埋深要求。又如福州金源花園，主樓是兩座方形塔樓，地上三十二層，裙樓地上六層，地下均為層，采用框架-筒體結(jié)構(gòu)。該工程建于七度地震區(qū)三類場(chǎng)地上，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，地下室底板為整片筏板厚承臺(tái)，整體剛度大，該工程建好至今已三年多，沉降量很小幾乎沒有什么不均勻沉降。此外，考慮到掩埋于土體內(nèi)的地下混凝土結(jié)構(gòu)受大氣溫度影響對(duì)于地面以上較小，從大量的地震破壞資料來看，地下結(jié)構(gòu)所受的地震破壞很小，因此，了更好地滿足防水等要求，我們將主、裙樓地下結(jié)構(gòu)連成整體?？傊?，主樓與裙房的地下結(jié)構(gòu)是整體相連還是各自獨(dú)立，應(yīng)根據(jù)具體工程的實(shí)際情況合考慮，同時(shí)還應(yīng)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。當(dāng)主、裙樓間設(shè)基礎(chǔ)沉降縫時(shí)，應(yīng)確保主樓的抗穩(wěn)定性。當(dāng)考慮到基礎(chǔ)整體性和建筑功能上的要求，主、裙樓地下結(jié)構(gòu)連成一體，以便滿防水等要求時(shí)，應(yīng)考慮到主、裙樓間的不均勻沉降會(huì)引起上部結(jié)構(gòu)的附加內(nèi)力，為此，可主、裙樓間設(shè)施工后澆帶，待主樓沉降基本穩(wěn)定后連成整體。并且要加強(qiáng)地下室結(jié)構(gòu)的整剛度，防止剛度突變，特別在主、裙樓交接部位不宜有突變。4.地下室頂板、底板與樁基：地下室頂板是高層建筑上部結(jié)構(gòu)的一個(gè)水平約束支座，地下室頂板剛度越大，對(duì)上部構(gòu)的約束作用越好。所以，地下室頂板厚度不要太薄，一般取≥160mm，對(duì)于人防地下室，下室頂板厚度還要滿足人防的要求。

地下室底板同地下室外墻一樣，除了滿足受力要求外，還要滿足地下室抗?jié)B、防水的要求，所以，地下室底板厚度、配筋也不可太小，底板厚度一般取40～60cm，配筋率一般可0.25%。對(duì)于樁箱、樁筏基礎(chǔ)，地下室底板也是樁承臺(tái)，還要滿足沖切、剪切、抗彎、局部壓等要求。軟土地區(qū)高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)一般采用樁基礎(chǔ)，有時(shí)與地下室及其底板共同組成樁箱、筏基礎(chǔ)。福州中福廣場(chǎng)、福州金源花園采用的都是樁筏基礎(chǔ)。高層建筑基礎(chǔ)采用沖(鉆)孔灌注樁時(shí)，對(duì)于樁端持力層是碎卵石層。強(qiáng)風(fēng)化巖的情況采用壓力注漿的方法，即先在樁中預(yù)埋小直徑鋼管至樁端，待樁身砼達(dá)到一定強(qiáng)度后，在端持力層處壓力注漿的方法，可以大大提高單樁承載力，從而減少樁數(shù)，節(jié)省造價(jià)。對(duì)于端持力層是粘性土的情況，這種方法提高的承載力很少。例如，福州特藝城中采用了直徑1m，樁長(zhǎng)40m左右的鉆孔灌注樁，樁端持力層為砂卵石層，采用了這種壓力注漿的方法后，提高承載力30%，而這樣一根樁的注漿費(fèi)用僅兩千多元。此外，采用在樁邊鉆孔埋管后壓力注漿的方法還可以用于樁基補(bǔ)強(qiáng)，例如福州特藝城基坑開挖后，復(fù)核樁位時(shí)，發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)三樁、四樁承臺(tái)內(nèi)的個(gè)別樁偏離原設(shè)計(jì)樁位值超出范限值，這樣就使得在設(shè)計(jì)荷載作用下，相臨的樁受力超出其承載力設(shè)計(jì)值，不補(bǔ)強(qiáng)就會(huì)成