關于超長地下結構設計關鍵措施的實施方法探討

鐘新衛

摘要：當前我國正處于大規模從工程建設時期，在施工工程問題中超長地下結構的設計越來越引起人們的關注，本文針對這一問題進行研究，著重從抗浮問題、不均勻沉降問題和無縫設計問題進行了分析。

關鍵詞：超長地下結構、抗浮、不均勻沉降、無縫、設計

中圖分類號： S611 文獻標識碼： A 文章編號：

緒論

當前我國在城市建設方面有這么幾個突出方面：高層建筑的大規模修建，伴隨而來的超大地下室的出現；地鐵的成規模修建，線形超長地下結構。在交通建設領域，跨江跨河隧道的修建使得水下超長地下結構的問題引起了越來越多的關注。對于上述工程，所反映出來的工程問題包括了：超大地下室的抗浮問題、不均勻沉降的問題、水下超長地下結構的無縫設計問題。

2、抗浮問題

城市地區地下水位一般比較深，對于地下室埋藏較淺，層數在1～2層的高層建筑而言，一般在使用階段不會存在抗浮問題。當地下室埋藏較深或地下水位較淺時（南方多雨地區），裙房及純地下室部分可能會有抗浮不滿足要求的問題。針對此種情況，應采取以下措施：

(1)在設計允許的情況下，盡可能提高基坑坑底的設計標高，間接降低抗浮設防水位。高層建筑的基礎底板多采用平板式筏板基礎和梁板式筏板基礎。一般而言，平板式筏板基礎的重量與梁板式筏板基礎上填覆土的重量基本相當，但后者的基礎高度一般要比前者高，在保證基頂標高不變的情況下，后者的基礎埋深要大于前者。從而相對提高了抗浮水位，故采用平板式筏板基礎更有利于降低抗浮水位。

(2)樓蓋提倡使用寬扁梁或無梁樓蓋。一般寬扁梁的截面高度為跨度的1/22～1/16，寬扁梁的使用將有效地降低地下結構的層高，從而相對降低了抗浮設防水位。

(3)增加地下室的層高來增加地下室的重量是解決地下室抗浮問題的一個直接有效的方法，但這種方法還應該結合地基土的承載力而定；在對主體結構的地基承載力進行深度修正時，增加地下室的層高可以提高主體結構的有效埋置深度，從而提高了主體結構修正后的地基承載力特征值。①增加基礎配重。此種方法大致有以下3種情況：增加基礎底板的厚度、增加基礎頂面覆土厚度、基礎頂面采用容重大且價格低廉的填料。這三種方法的共同特點是：在增加基礎配重用以解決抗浮問題的同時又不可避免的增加了基礎的埋置深度，從而相對地提高了地下室抗浮設防水位的高度，因此它不是一種效率最高的方法。②增加地下室頂板的厚度。這種方法的優點是：在不增加基坑坑底標高的前提下，增加了地下室的重量，而且使用厚板后，地下室頂板的大板塊之間可以不再設置次梁。但此種方法的缺點是會略增加地下室頂板框架梁的負荷，而且由于板厚有限，這種方法解決抗浮問題的效果也是有限的。

(4)設置抗浮樁。表面上看這是一種解決抗浮問題行之有效的方法，但仔細分析，這種方法也有一定的局限性，從結構受力方面講，由于地下室的抗浮設防水位是根據擬建場地歷年最高水位結合近幾年的水位變化情況提出來的，即使是經過重新評估后確定的抗浮設防水位，也是按一定的統計規律得出的結論。很顯然，這種方法確定的地下水位在一般的情況下是很難達到的。加之設計計算的不精確性也使得抗浮樁具有一定的安全儲備，因此，“抗浮樁”實際上長期起著“抗壓樁”的作用。這種“反作用”將阻礙有抗浮要求的地下室的合理沉降，而這種變化將會使無沉降縫的大底盤地下室在主體結構和裙房之間產生更大的不均勻沉降差；同時設置抗浮樁后，計算基礎底板內力及配筋時應考慮地下水壓力，這樣也會增加基礎底板的荷載。另外一方面，如果地下水位長期處于一種較高的水平之上，設置抗浮樁也不乏是一種有效的方式。因此，抗浮樁是一把雙刃劍，使用時需仔細考慮。

3、不均勻沉降問題

對于超長地下結構而言，不均勻沉降對其的危害遠大于一般結構，因此要著重對其控制，所容易解決不均勻沉降問題大致有以下幾種方法：

(1)裙房和高層建筑之間設沉降縫，讓各部分自由沉降，互不影響，避免由于不均勻沉降產生的內力，這是所謂“放”的方法。但實際上這樣做，給建筑的立面處理、地下室的防滲漏、基礎的埋置深度和整體穩定等帶來很多困難。

(2)裙房和高層建筑之間不設沉降縫，采用端承樁，將樁端置于堅硬的基巖或砂卵石層上。這樣，既滿足了地基承載力要求，又避免了明顯的沉降差。這是所謂的“抗”的方法。但這種方法基礎材料用量多，不經濟，一般用于超高層建筑或地基持力層較差的情況。

(3)在設計中不設沉降縫，而采取一定的措施，調整地基反力，盡量減少不同部分的地基反力差，從而減少沉降差。這是所謂“調”的方法。

4、無縫設計

因為防水問題的存在，而對于超長地下結構不設縫結構的要求更高。我國《混凝土結構設計規范》規定了設置伸縮縫的最大間距，同時還規定，當采取了一定的措施之后，在一定程度上可以超過國家規范所規定的最大限度值。近些年，隨著材料科學和計算機分析手段的不斷進步，國內已經有了多個超長不設縫混凝土結構工程的成功案例。本文在對地下室裂縫產生的原因進行分析的基礎上，結合具體的工程，對超長地下室結構的無縫設計進行相關探討。在建筑工程中，超長地下室外墻與底板裂縫的形成，是由多種因素所影響帶來的收縮應力造成的。從已建成的建筑來觀察，超長地下室底板裂縫呈現出：裂縫與地下室底板的長向垂直，同時，按一定的間距沿著長向分布的規律。本文將從收縮應力的角度對超長地下室底板及外墻裂縫產生的原理進行相應的分析。超長地下室底板及外墻處在收縮變形的作用之下時，混凝土會產生從兩端至中心的位移趨勢；這一趨勢的產生，必然會受到地基土對其的約束，所以，底板的全載面會產生水平法向應力。通過工程實踐可知，砼水平法向應力是造成底板垂直裂縫的主要應力，是設計的主要控制應力。同時，地基土對底板的約束作用，是沿著底板長向連續式的進行約束，所以，由端部至中心，混凝土底板載面上的水平法向應力，將隨著地基土的約束而累積并增大，其最大值出現在底板截面的中心位置。當最大法向應力大于混凝土底板的抗拉強度時，底板中心位置將產生第一批垂直裂縫。底板開裂之后，每塊底板的水平法向應力又將按相同原理進行分布，并產生下一批裂縫，如此繼續下去。2 補償收縮砼抗裂原理

混凝土結構出現裂縫一般直接由砼干縮及溫差引起，當地下室底板和外墻均采用普通砼時，干縮及溫差均較大，容易產生裂縫。對于超長地下室砼結構，如果采用傳統的施工方法，每隔30~40設置一條后澆帶來解決砼的開裂問題，會導致施工工期延長，后澆帶的清理及澆搗也非常麻煩，處理不好極易導致地下室滲漏，此外，后澆帶不封閉，則需一直進行施工降水，也會導致工程費用增加。

結論

對于超長地下結構中所存在的問題，針對問題的實質進行分析，并結合當地的工程實際進行解決，就能夠建設處合格的建筑產品。本文所提出的方法只屬于初步建議，將隨著工程建設的進一步展開而進一步得到修正。

參考文獻：

[1]游寶坤，李光明，王棟民，等．超長鋼筋混凝土結構無縫設計施工[J],建筑結構，1998，(6)：21～23．[2]王釤瞪,工程結構裂縫控制[m],北京：中國建筑工業出版社，1997[3]混凝土結構設計規范[m],北京：中國建筑工業出版社