某高層建筑超長地下室基礎(chǔ)及底板設(shè)計(jì)

劉君（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院　廣東廣州　510000）

某高層建筑超長地下室基礎(chǔ)及底板設(shè)計(jì)

劉君
（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院廣東廣州510000）

本文通過實(shí)例討論了高層建筑超長地下室基礎(chǔ)的選型以及底板設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的幾個問題，以及地下室抗浮設(shè)計(jì)中采用抗拔錨桿進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)的內(nèi)容和原則，為同類工程設(shè)計(jì)提供借鑒，具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

結(jié)構(gòu)抗浮；抗拔錨桿；地下室；底板

1　工程概況

某工程位于廣州天河區(qū)，項(xiàng)目總建筑面積約319666m2。本工程地下室共3層，功能為車庫、設(shè)備用房，戰(zhàn)時(shí)部分為核（常）六級人防地下室。地面以上共有12棟30~33層的高層住宅，建筑總高度約為99.8m，局部有1~2層低層商鋪；1棟3層幼兒園，建筑總高度約為18.0m，此建筑物不在地下室范圍內(nèi)。地下室長約為290m，寬約為122m。地下三層建筑平面圖如圖1所示。

圖1　地下三層建筑平面圖

2　地質(zhì)概況

本項(xiàng)目場地地面較平坦，自然地面標(biāo)高為6.42~9.10m，根據(jù)場地地質(zhì)鉆孔資料，場地巖土層按成因類型，自上而下分別為：

（1）第四系人工填土層，該層主要為雜填土，局部為素填土，主要由粉質(zhì)粘土、砂土或碎石等建筑垃圾回填而成。

（2）沖擊土層，場地內(nèi)沖積土層按土性不同可分為淤泥或淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、粉砂或淤泥質(zhì)粉砂。

（3）殘積土層，該層主要為粉質(zhì)粘土，粘性較好，遇水易軟化。

（4）白堊系基巖，按風(fēng)化程度的不痛，可分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化和微風(fēng)化四個巖層。

場地地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。場地土對混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。各土層參數(shù)如表1所示。

3　地下室設(shè)計(jì)

3.1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)的選型要根據(jù)上部荷載和場地土的地質(zhì)條件來綜合決定。合理的選擇基礎(chǔ)類型不僅能夠降低造價(jià)，而且可以縮短工期。本工程共3層地下室，底板處大部分為強(qiáng)分化巖層，局部為中風(fēng)化及微風(fēng)化巖層。本工程塔樓范圍建筑物荷載較大，對沉降要求較高，不宜采用天然淺基礎(chǔ)，根據(jù)地基土質(zhì)、上部結(jié)構(gòu)體系及施工條件等資料，經(jīng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)對比優(yōu)化，本工程塔樓基礎(chǔ)采用鉆（沖）孔灌注樁基礎(chǔ)，樁端持力層為微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，樁端進(jìn)入持力層3~5m（按樁徑不同），樁端巖層飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為9MPa。綜合本工程基礎(chǔ)巖層的有利條件，非塔樓范圍基礎(chǔ)采用天然基礎(chǔ)，地基持力層為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，地基承載力特征值為500kPa，天然基礎(chǔ)的底面積由墻柱軸力以及巖層承載力共同決定。

表1　各巖土層參數(shù)

3.2抗浮設(shè)計(jì)

本工程地下室抗浮設(shè)防水位標(biāo)高取室外設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高，相對標(biāo)高為-0.030m，地下室底板面標(biāo)高為-14.700m，底板厚度為700mm。根據(jù)廣東省《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ15-31-2003）5.2.1條，地下室抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)滿足下式要求：

W/F≥1.05

式中：W——地下室自重及其上作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的總和；

F——地下水浮力。依據(jù)規(guī)范要求，本工程抗浮設(shè)計(jì)水頭高度達(dá)15.400m，純地下室范圍只有3層，塔樓范圍之外均應(yīng)進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。常用的地下室抗浮方式有“壓”和“拉”兩種，“壓”就是增加結(jié)構(gòu)自重的方式，比如在地板上回填素混凝土以及頂板上回填覆土來平衡地下室水的總浮力。“拉”的做法，是采用抗拔錨桿或者抗拔樁來平衡地下室的水浮力。綜合考慮本工程的實(shí)際情況，采用抗拔錨桿進(jìn)行抗浮。純地下室范圍以及塔樓范圍內(nèi)大跨度板的中間采用抗拔錨桿抗浮，底板由地下室側(cè)墻外伸500mm，利用回填土重量平衡四周側(cè)墻部位的水浮力。

抗拔錨桿成孔直徑150mm，錨筋采用4根直徑28mm的HRB400鋼筋，錨桿抗拔承載力特征值為450kN，考慮到地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)腐蝕性，錨桿承載力特征值應(yīng)折減，實(shí)際取380kN。錨桿的設(shè)計(jì)和布置盡量做到規(guī)律，使每根錨桿的受力接近，避免由于錨桿布局出現(xiàn)薄弱部位而產(chǎn)生破壞性的連鎖反應(yīng)，且應(yīng)盡量布置在板跨中間部位，可以有效減小底板的配筋并且方便施工。本工程共布置錨桿5740根，錨桿間距為1.6m×1.6m，經(jīng)過計(jì)算，錨桿受力基本為360kN左右，滿足承載力的要求。

3.3底板設(shè)計(jì)

底板的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮基礎(chǔ)形式、底板的受力狀態(tài)、抗?jié)B要求、施工的便利性以及造價(jià)等因素。綜合考慮，本工程地下室底板采用平板式鋼筋混凝土底板，板厚H=700mm。底板的荷載工況包括向下的荷載（底板恒載+活載），水反力作用（按水頭高度，不折減），對于人防地下室，僅取核爆等效靜荷載與水浮力之大者進(jìn)行分析計(jì)算。本工程地下3層部分為核六級人防區(qū)，此區(qū)域水浮力作用大于核爆等效靜荷載，因此，整個地下室的整體抗浮驗(yàn)算以及結(jié)構(gòu)底板的強(qiáng)度計(jì)算只需考慮水壓力作用。同時(shí)，應(yīng)對水浮力作用下底板裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算，控制裂縫計(jì)算寬度不大于0.2mm。

底板受力采用盈建科軟件按上述原則進(jìn)行有限元分析，底板在滿足強(qiáng)度、剛度、裂縫要求的前提下，受力均勻，由于錨桿抵消了大部分水浮力，底板基本按構(gòu)造要求進(jìn)行配筋。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）第8.5.1條受彎構(gòu)件最小配筋率的要求，最小配筋率為0.15%，考慮到本工程地下室為超長結(jié)構(gòu)，底板通常鋼筋配筋率不宜小于0.2%，間距不宜大于150mm。因此，底板配筋采用大面積雙層雙向拉通18@150，配筋率為0.242%，在局部彎矩較大的底板板面以及基礎(chǔ)底面周邊另加18@150的短筋。

3.4超長結(jié)構(gòu)控制措施

本工程的地下室平面長290m，寬為122m，屬于超長混凝土結(jié)構(gòu)，為避免溫度、收縮應(yīng)力使地下室開裂漏水，在本工程地下室中采取如下措施：

（1）從設(shè)計(jì)層面上控制，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮溫度應(yīng)力的影響，進(jìn)行定量計(jì)算。提高長方向的底板及樓板最小配筋率，底板及側(cè)壁設(shè)后澆帶，后澆帶采用微膨脹混凝土，并且盡量使后澆帶控制在40m以內(nèi)，后澆帶范圍內(nèi)鋼筋采用不斷開的形式，混凝土強(qiáng)度等級比兩側(cè)的混凝土強(qiáng)度等級提高一級。

（2）從材料上控制，采用低水化熱的礦渣水泥，不得使用收縮性大的火山灰水泥；混凝土中添加粉煤灰代替部分水泥用量，同時(shí)采用60d齡期強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

（3）施工中做好溫度控制，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)（建議采用蓄水養(yǎng)護(hù)）并延長養(yǎng)護(hù)期；加強(qiáng)樓面保護(hù)。地下室各層樓面不應(yīng)長期日曬雨淋，應(yīng)及時(shí)覆土或做保護(hù)面層；在地下室周邊未回填、頂板未覆土之時(shí)，采取臨時(shí)保護(hù)措施，防止地下室因溫度變化、日曬、干燥等產(chǎn)生裂縫。

（4）地下室混凝土建議添加抗裂防水劑。使用部位包括：承臺、地下室底板、側(cè)壁、地下室頂板，一般部位摻量為凝膠材料的8%。地下室底板樓板厚度較大，應(yīng)設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶分塊進(jìn)行澆筑，膨脹加強(qiáng)帶摻量為膠凝材料總量的12%，膨脹加強(qiáng)帶待施工組織方案完成后再確定具體位置。

4　結(jié)束語

地下室基礎(chǔ)的選型需要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)和工程建設(shè)場地地質(zhì)情況來決定，合理的選擇恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)形式在降低造價(jià)的同時(shí)，還能有效的縮短工期。地下室底板的設(shè)計(jì)，需要綜合考慮其所受荷載、結(jié)構(gòu)自防水、結(jié)構(gòu)剛度等因素，計(jì)算中要考慮水浮力作用下的底板裂縫計(jì)算以及強(qiáng)度計(jì)算，對于人防地下室，尚應(yīng)考慮人防荷載，取人防核爆等效靜荷載與水浮力較大者進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。利用抗浮錨桿進(jìn)行地下室抗浮設(shè)計(jì)，具有施工方便、布置靈活等特點(diǎn)，當(dāng)錨桿布置在底板下時(shí)，能顯著降低結(jié)構(gòu)底板的配筋。對于超長的地下室結(jié)構(gòu)，可以采取設(shè)置后澆帶、采用低水化熱的礦渣水泥，做好施工中的溫度控制等措施避免由于溫度、收縮應(yīng)力等導(dǎo)致的地下室開裂現(xiàn)象。

[1]《地下工程防水規(guī)范》（GB50108-2008）[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ15-31-2003）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[3]《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（CECS22：90）[S].

[4]曾國機(jī)，王賢能，胡岱文.抗浮技術(shù)措施應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].地下空間，2004，24（1）：108~109.

TU94

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2015-12-10