高層主樓加大底盤地下車庫(kù)人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王 博

(鄭州市人防工程設(shè)計(jì)研究院，河南鄭州 450007)

在民用建筑設(shè)計(jì)中，高層住宅、寫字樓及商住樓由于使用需要經(jīng)常在底部設(shè)置單層或多層裙房、在地下設(shè)置停車場(chǎng)，主樓地下室與裙房地下室以及部分單建式地下車庫(kù)連為一體，形成大底盤地下室，平時(shí)用作地下車庫(kù)和設(shè)備房間。有的主樓沒有裙房，僅有地下車庫(kù)與主樓地下室相連，形成大底盤，多用于住宅小區(qū)。近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人防法的貫徹，對(duì)地下空間平戰(zhàn)結(jié)合的開發(fā)利用力度的加大，此類地下室多被規(guī)劃批建為人防地下室，此類地下室一般面積大，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，與平時(shí)使用關(guān)聯(lián)較多，設(shè)計(jì)中在結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度滿足人防荷載要求的前提下，還要考慮到平時(shí)使用時(shí)容易影響到結(jié)構(gòu)安全的一些因素，這樣才能達(dá)到“平戰(zhàn)結(jié)合”的設(shè)計(jì)要求。本文就此類人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)普遍要考慮的一些問(wèn)題作幾點(diǎn)探討。

1 大底盤地下車庫(kù)人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)《人民防空法》和國(guó)家有關(guān)規(guī)定，新建民用建筑應(yīng)結(jié)合修建一定數(shù)量的防空地下室，本著平戰(zhàn)結(jié)合的原則，許多新建住宅和商業(yè)項(xiàng)目均利用與主樓相連的單建地下室修建人防地下室，平時(shí)可以利用作為汽車庫(kù)。這類大底盤地下室由于連接裙房及地下車庫(kù)，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度超過(guò)規(guī)范規(guī)定的伸縮縫最大間距的工程已相當(dāng)普遍。往往長(zhǎng)度超過(guò)100 m，甚至幾百米，在超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)中考慮的主要問(wèn)題是基礎(chǔ)及地下室外墻的裂縫問(wèn)題，人防工程混凝土構(gòu)件尺寸較大，一次性澆筑量較多，因混凝土水化熱及其他因素影響較易出現(xiàn)裂縫。根據(jù)大量工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)裂縫成因復(fù)雜，難以避免。為控制和減少超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)地下室混凝土墻板裂縫的出現(xiàn)可采取下列措施。

1.1 超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)處理措施

1)采用相對(duì)低標(biāo)號(hào)混凝土，在滿足承載能力和防水要求的前提下，混凝土標(biāo)號(hào)已在C25～C35范圍內(nèi)選用。可摻入粉煤灰，利用60 d后強(qiáng)度。

2)混凝土中的水泥采用水化熱低的品種，例如礦渣硅酸鹽水泥，骨料級(jí)配及水灰比嚴(yán)格控制，控制水化熱的升溫，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)部和表面的溫差不大于25℃，并對(duì)混凝土加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

3)在結(jié)構(gòu)中設(shè)置后澆帶，減少混凝土的收縮應(yīng)力影響。

4)在混凝土中摻加膨脹劑，利用膨脹劑的補(bǔ)償收縮功能，減少混凝土硬化過(guò)程中的收縮應(yīng)力，膨脹劑摻量應(yīng)咨詢廠家，以達(dá)到最佳效果。

5)墻體中的水平分布鋼筋宜采用變形鋼筋，間距不宜大于150 mm，配筋率不宜小于0.5%。

6)底板較厚時(shí)，混凝土采用分層澆筑，階梯式推進(jìn)，在每層混凝土初凝前完成上層澆筑。

雖然很難完全避免超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的出現(xiàn)，但采用以上措施可以有效的控制和減少混凝土裂縫出現(xiàn)的概率。

1.2 裙房和單建地下車庫(kù)的抗浮問(wèn)題

鄭州市東部地下水位較淺，主樓自重很大，一般不需要進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，如果多層或單層裙房的地下室埋置深度較深，或僅有單建式地下車庫(kù)，上部無(wú)建筑物，這時(shí)就要考慮地下室結(jié)構(gòu)上浮的問(wèn)題，進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。

進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗浮驗(yàn)算首先要確定的就是抗浮水位，這主要由地質(zhì)勘查部門所做的巖土工程勘查報(bào)告給出，巖土工程勘查報(bào)告應(yīng)提供用于抗浮驗(yàn)算的最不利水位作為依據(jù)。目前地下結(jié)構(gòu)所采用的抗浮措施主要有兩大類:1)抗力平衡型，如在結(jié)構(gòu)上覆土增加結(jié)構(gòu)自重，或采用抗拔樁或抗拔錨桿，使結(jié)構(gòu)抗力與地下水的浮力平衡，達(dá)到建筑物抗浮的目的，驗(yàn)算時(shí)抗浮荷載按規(guī)范要求要乘以0.9的系數(shù);2)浮力消除型，通過(guò)疏排水系統(tǒng)，使地下水位保持在預(yù)定標(biāo)高之下，減少地下水對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的浮力影響，達(dá)到抗浮的效果。單建式地下車庫(kù)上部往往需要進(jìn)行綠化種植，需要一定的覆土厚度，地下室底板做成上翻梁并在上覆土，可以減少底板防水的施工難度，所以在地下室頂?shù)装暹M(jìn)行覆土既可增加結(jié)構(gòu)自重，又可以滿足平時(shí)的一些使用功能要求，是一種簡(jiǎn)單有效的抗浮措施。當(dāng)不具備覆土條件時(shí)，可采用筏型基礎(chǔ)加抗拔樁或抗拔錨桿來(lái)平衡浮力，但施工較復(fù)雜且成本較高。抗力平衡型，由于施工方便，工藝成熟，近年來(lái)被廣泛采用，鄭州市很多工程也都是采用抗力平衡型抗浮措施。浮力消除型應(yīng)用的較少，這主要是因?yàn)閷?duì)地下水的認(rèn)識(shí)和理解不夠，以及對(duì)疏導(dǎo)措施的可靠度的擔(dān)心，其實(shí)這種措施在理論和技術(shù)上都是可行的，排水系統(tǒng)盲溝所用的材料主要是碎石，強(qiáng)度遠(yuǎn)高于地基土，不會(huì)影響地基承載力。如果地下水位多數(shù)時(shí)間位于較低水平，只在偶爾季節(jié)變幅范圍內(nèi)影響建筑物，采用浮力消除型措施，可在經(jīng)濟(jì)效益上比抗力平衡型有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。但若是地下水位長(zhǎng)期處于較高水位，地下室一直處于較大浮力作用下，這時(shí)宜采用抗力平衡型的抗浮措施，確保結(jié)構(gòu)安全。

另外要注意的一點(diǎn)就是施工時(shí)的抗浮措施，這一點(diǎn)常被忽視，對(duì)地下水位較高的工程，施工地下室時(shí)主要是采用基坑降水措施來(lái)解決施工期間地下水的影響，施工人員如果不關(guān)注降水的情況，在主體結(jié)構(gòu)還未封頂，或抗浮荷載還未達(dá)到要求的時(shí)候停止降水，地下室就會(huì)因?yàn)樗换厣裏o(wú)法抵抗浮力而產(chǎn)生施工期間地下室的整體上浮。根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第十章的相關(guān)規(guī)定“明挖法地下室防水施工時(shí)，地下水應(yīng)降至工程底部最低高程500 mm以下。降水作用應(yīng)持續(xù)至回填完畢”。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意強(qiáng)調(diào)施工中的抗浮措施和降水要求及終止降水的條件。

1.3 基礎(chǔ)選型與沉降差處理

高層主樓與地下車庫(kù)同時(shí)劃作人防地下室，基礎(chǔ)選型主要有以下幾種:1)高層主樓采用樁基或復(fù)合地基，單建車庫(kù)部分采用天然地基滿堂基礎(chǔ)，如箱基或片筏基礎(chǔ)。地下水位較淺時(shí)多采用這種基礎(chǔ)形式。鄭州市正弘旗小區(qū)人防地下車庫(kù)采用的就是這種基礎(chǔ)形式，地上3棟30層主樓與地下1層車庫(kù)相連，地下水位在地下1.5 m。這類基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)是要考慮單建部分抗浮能力。2)高層主樓采用樁基或復(fù)合地基，單建車庫(kù)部分采用天然地基條型基礎(chǔ)或獨(dú)立基礎(chǔ)外加防水底板，在地下水位較深的地方，這種基礎(chǔ)形式應(yīng)用較為普遍且最為經(jīng)濟(jì)。此類基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)是防水底板上要考慮一定的人防荷載。鄭州市響水灣住宅小區(qū)地下車庫(kù)采用的是這種基礎(chǔ)形式，地上2棟12層主樓，中間為地下車庫(kù)，主樓采用筏基，車庫(kù)采用獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板。3)高層主樓和單建地下車庫(kù)基礎(chǔ)均采用樁基附加防水底板、荷載取值、地基承載力確定各自的樁基直徑、長(zhǎng)度、數(shù)量，這種基礎(chǔ)形式沉降均勻，整體性好，但成本較高，在上海等地應(yīng)用較多。

由于人防地下室要求密閉，且在防護(hù)單元內(nèi)不能設(shè)沉降縫，實(shí)際設(shè)計(jì)中往往將主樓和地下車庫(kù)的基礎(chǔ)連為一個(gè)整體，此時(shí)結(jié)構(gòu)間的相互沉降差就將是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需考慮的一個(gè)極其重要的問(wèn)題，這不但關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全，還關(guān)系到工程造價(jià)，為了使高層主樓與單建車庫(kù)部分基礎(chǔ)沉降差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)可采用下列不同措施:1)條件允許先施工主樓待主樓結(jié)頂后再施工地下車庫(kù)，這樣主樓沉降先進(jìn)行，可以大大減少與車庫(kù)的沉降差。2)如果同時(shí)進(jìn)行施工的話，在主樓與地下車庫(kù)連接部位設(shè)置沉降后澆帶。設(shè)置后澆帶可起到兩種作用:a.平衡主樓和單建部分的沉降差，待主樓沉降穩(wěn)定后再進(jìn)行澆筑，連為整體。b.釋放施工期間混凝土硬化過(guò)程中的收縮應(yīng)力，代替溫度后澆帶的作用，實(shí)際工程中高層加大底盤的人防地下室常常將溫度后澆帶和沉降后澆帶同時(shí)設(shè)置。后澆帶施工時(shí)應(yīng)注意，如果地下水位較淺，需進(jìn)行降水，但若要等到主樓沉降穩(wěn)定后再停止降水的話，將是一筆很大的開支，故當(dāng)沉降后澆帶還未澆筑，結(jié)構(gòu)及回填土重量已滿足抗浮要求時(shí)，為降低成本可在基礎(chǔ)底板和外墻設(shè)置抗水板，可停止降水。

2 工程實(shí)例分析

位于鄭州市鄭東新區(qū)的中義·阿卡迪亞住宅小區(qū)所配建的地下車庫(kù)是一個(gè)比較典型的實(shí)例。擬建地下車庫(kù)位于小區(qū)中央，有兩座高層住宅樓與地下車庫(kù)連為一體，地下室平時(shí)為小區(qū)的微型汽車庫(kù)，戰(zhàn)時(shí)功能為防護(hù)等級(jí)為五級(jí)的人防工程，分兩個(gè)防護(hù)單元，一個(gè)為戰(zhàn)時(shí)物資庫(kù)，一個(gè)為二等人員掩蔽部。

由于東區(qū)的地下水位較高，按地質(zhì)勘查部門提供的地質(zhì)報(bào)告，地下水位最高位于地面下1 m。因此本工程設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的因素就是地下水對(duì)地下車庫(kù)的浮力問(wèn)題，以及解決主樓與車庫(kù)相連部位的沉降差問(wèn)題。基于本工程的水文地質(zhì)情況，地下車庫(kù)的基礎(chǔ)選型采用梁板式筏型基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)形式整體性和防水性能均比較好，適用于這種地下水位長(zhǎng)期位于地下室底板標(biāo)高以上的工程。地下室基礎(chǔ)埋深5 m，按照地下水位1 m計(jì)算，地下水產(chǎn)生的浮力約為40 kPa，地下室主體結(jié)構(gòu)自重約為25 kPa，無(wú)法平衡地下水的浮力，必須采取抗浮措施。由于地下室頂板上為小區(qū)的休閑空地，有很多綠化種植，按綠化要求需要進(jìn)行一定的覆土，綜合本地經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)際情況，采用配重抗浮措施，在頂板上回填1.8 m厚的土，這樣既能達(dá)到配重抗浮的目的，也能兼顧平時(shí)綠化的需求，一舉兩得。

本工程為五級(jí)人防地下室，按規(guī)范規(guī)定人防地下室內(nèi)部不得設(shè)置沉降縫，需要將主樓和地下車庫(kù)一起整體澆筑。這樣就需要解決主樓和地下車庫(kù)的沉降差問(wèn)題。本工程采用在主樓與車庫(kù)之間設(shè)置沉降后澆帶的方法解決(見圖1)，待主樓施工完成沉降穩(wěn)定后再進(jìn)行澆筑。由于地下室整體長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為釋放施工期間混凝土硬化過(guò)程中的收縮應(yīng)力，采用設(shè)置溫度后澆帶來(lái)解決。對(duì)于人防工程，后澆帶設(shè)置還有一個(gè)特殊要求，由于防化要求人防地下室的部分房間需要整體澆筑，因此后澆帶的設(shè)置位置應(yīng)避開人防工程的防毒通道，密閉通道，濾毒室等有防護(hù)密閉要求的部位。后澆帶的構(gòu)造如圖2所示。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著城市地下空間開發(fā)利用的程度提高，人防工程規(guī)劃建設(shè)的力度加大，地下結(jié)構(gòu)越來(lái)越多，人防工程在滿足人防防護(hù)要求確保戰(zhàn)備效益的前提下，應(yīng)充分發(fā)揮社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文針對(duì)高層加單建地下車庫(kù)型人防地下室設(shè)計(jì)施工過(guò)程中存在的主要疑難問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)的抗裂、抗浮、基礎(chǔ)選型以及沉降處理進(jìn)行了深入的探討，并提出了合理解決方案供設(shè)計(jì)人員選擇。本文的研究體現(xiàn)了人防工程“重點(diǎn)建設(shè)、平戰(zhàn)結(jié)合”的設(shè)計(jì)方針，為人防工程結(jié)構(gòu)的安全保障提供了參考依據(jù)。

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——結(jié)構(gòu)(地基與基礎(chǔ))[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

[2] GB 50134-2004，人民防空工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3] 王玉嵐，張光輝.后加柱在人防工程平戰(zhàn)功能轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(3):38-41.

[4] 王天運(yùn)，申祖武，劉國(guó)強(qiáng)，等.人防工程主體結(jié)構(gòu)木柱加固方法探討[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2003，24(2):33-36.

[5] 劉 強(qiáng)，苗延?xùn)|，張 哲.高性能混凝土在人防工程中的應(yīng)用[J].河南科學(xué)，2010，28(4):460-463.