地下室結構設計中的問題探討

寧波市市政前期辦公室 浙江寧波 315000

摘要：社會不斷發展，高層建筑越來越多，這種現象導致土地資源越發緊缺。于是城市的建筑和交通逐漸向地下發展。但是，在地下進行工程建設遠比地上要難的多，需要面臨的問題也會非常的多。例如：施工環境的特殊性、隱蔽性、安全性等都要考慮清楚后方可施工。本文總結設計中了相應的解決措施，以求真正做到技術與經濟同步，安全與適用協調。

關鍵詞：地下室；結構設計；問題探討

1 抗浮問題

對于具有大底盤地下室的高層建筑群，塔樓部分的地下室一般在使用階段不會存在抗浮不足的問題，但裙房及純地下室部分經常會有因為抗浮不滿足要求而出現底板被拉裂滲水的現象。在施工階段，何時停止降水才能借助帶地下室高層建筑自身的重量來平衡浮力，直接影響到建造成本和施工質量。所以，帶地下室的高層建筑設計中抗浮問題是不容忽視的。怎樣才能做好抗浮設計，以下幾個問題必須考慮：

1.1 確定合理的抗浮設防水位

地下水位及其變幅是地下室抗浮設計的重要依據，地質勘查單位提供的巖土工程勘察報告中就地下水位提供了三個指標：①擬建場地歷史最高水位；②近3～5 年最高水位；③勘查時的實測靜止地下水位。確定地下室抗浮設防水位時應根據設計規范中確定的原則，即防水要求嚴格的地下室，其設防水位可按歷年最高地下水位設計；對防水要求不嚴格的地下室其設防水位可參照近3～5 年最高水位及勘查時的實測靜止地下水位。科學地確定地下水位可以合理地選擇抗浮措施，降低建造成本，縮短施工周期。

1.2 降低抗浮設防水位的措施

在保證建筑使用凈高的前提下，減少地下室的總高度，提高基坑坑底的設計標高，可以間接降低抗浮設防水位。具體措施有以下幾種：

⑴采用平板式筏板基礎。一般而言，平板式筏板基礎的重量與“低板位”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。

⑵ 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1/16～1/22，寬扁梁的使用將有效地降低地下室頂板結構高度，從而相對降低了抗浮設防水位。

1.3 增加地下室的總量

增加地下室本身的重量有以下幾個方面的優點：①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，不能顧此失彼；②在對主體結構的地基承載力進行深度修正時，增加地下室的重量可以提高主體結構的有效埋置深度，從而提高主體結構修正后的地基承載力特征值。如果設計中決定采取增加地下室重量的方法來解決抗浮問題的話，可以采取以下兩種方法：

⑴ 增加基礎配重。此種方法大致又有以下幾種情況：增加基礎底板的厚度；增加基礎頂面覆土厚度；基礎頂面采用重度大且價格低廉的填料。這3 種方法的共同特點是：在增加基礎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。

⑵ 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，既有利于其他專業的使用又簡化了施工工序。但這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。

2.不均勻沉降問題

不均勻沉降問題對于大底盤高層建筑群而言是一個必須面對而且必須周詳解決的問題，除該建筑群直接坐落在豎硬的巖石地基上之外，通常解決此類問題大致可以采取以下幾種方法：

2.1 采用人工處理地基

首先按照上部結構的豎向荷載分布對沉降的影響確定基礎不同區域的地基處理程度，然后再根據地基處理程度不同，采取以下兩種措施：

⑴CFG 樁地基處理同時設置沉降后澆帶。此方法的出發點是：在CFG樁復合地基承載能力滿足設計要求的前提下均勻布樁，允許主體結構在施工期間有相對量的自由沉降，由此造成的沉降差靠主體結構和非主體結構之間的沉降后澆帶來解決。這種方法的優點是：降低地基處理的程度，進而減少CFG 樁的數量，降低建設成本，縮短施工周期。這種方法的缺點是：①由于沉降后澆帶一般是在主體結構封頂后1～2 個月封閉，這樣將使施工期間的基坑降水時間加長，增加了降水費用；②后澆帶放置時間過長質量難以保證，而且相應位置底板還要加厚；③由于沉降后澆帶的存在使得主體結構在施工期間長時間不能處于四邊嵌固的狀態，對結構在施工期間的整體穩定性也不利。如果能采取有效措施避免由于設置沉降后澆帶所帶來的問題的話，這種方法還是相當經濟實用的。

⑵ CFG 樁地基處理，不設置沉降后澆帶。這種方法要求在CFG 樁復合地基承載能力滿足設計要求的前提下不均勻布樁，在豎向荷載大的區域布間距稍小的密樁，在豎向荷載小的區域布置間距稍大的疏樁，以求獲得不同區域沉降基本一致的協調，同時嚴格控制主體結構的最終沉降量。這種方法的優缺點剛好與第一種方法相反。

2.2 主體結構的基礎采用樁基礎

主要以端承樁為主，通過灌注樁或預制樁把力直接傳遞到承載力很大且變形很小的巖層或圓礫層上，這樣可以保證主體結構具有較小的最終沉降量，也就不用再考慮天然淺層地基的承載能力問題了，而且可以避免設置沉降后澆帶后所帶來的一些問題。但此種方法造價較高，一般適用于超高層建筑或淺層地基條件較差的情況。

3.基礎形式的選取及計算分析方法的確定問題

現代高層建筑大部分都為大底盤多塔式建筑群，由于上部結構荷載在基礎平面上的分布差異巨大，通過基礎將荷載擴散出去的范圍有限，導致不同區域的基底反力相差很大，因此，對基礎而言，要根據不同的上部結構形式、上部結構荷載大小、地基的承載力及壓縮模量、是否對地下空間進行利用等條件，因地制宜地采用不同的基礎形式。目前高層建筑中比較成熟且常用的基礎形式有：筏板基礎、箱型基礎、樁筏和樁箱基礎等。

⑴梁高、板厚的選取及計算方法問題。目前計算筏板基礎時，常用的方法有“倒樓蓋”方法、彈性地基梁板方法和有限元分析方法，其中“倒樓蓋”方法是一種傳統方法，按該法進行基礎設計時，基礎內力按基底反力直線分布進行計算。按《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）的要求，基礎內力按基底反力直線分布進行計算時，要求地基土比較均勻、上部結構剛度較好、荷載分布比較均勻、梁板式筏板基礎梁的高跨比或平板式筏板基礎的厚跨比不小于1/6，當不滿足上述要求時應按彈性地基梁板計算。

⑵基礎底板抗沖切驗算及抗剪切計算問題。按《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）第8.4.11 條規定，梁板式筏基底板應滿足受沖切承載力及受剪切承載力的要求，通過對跨度6～10m、長寬比1～3、板厚400～1000mm 變化的梁板式筏基底板的計算來看，梁板式筏基底板都是受沖切承載力起控制作用，因此一般的梁板式筏基底板可以不進行底板受剪切承載力驗算。對于平板式筏基而言，底板的柱下及核心筒邊的抗沖切驗算則必不可少，且應考慮不平衡彎矩的作用，尤其是邊柱和角柱。

⑶采用平板式筏板基礎時，宜設置平面尺寸較大的柱帽。當有條件時設置上翻式柱帽，沒條件時設置下翻式柱帽。設置柱帽有以下優點：解決底板抗沖切問題；減小底板的計算跨度；減小支座負筋。

4 結束語

地下室結構設計是一個綜合性很強的問題，涉及到的內容繁多而復雜，有些問題至今尚未得到很好的解決。現代高層由于地下室工程龐大，建設工程在地下的投資已經接近或超過了地上。因此，無論從技術還是從經濟的角度考慮，都需要我們更深入地研究上部結構、基礎與地基三者之間的相互作用，協調變形機理，以解決地下室結構設計的技術問題，提高地下室結構設計水平，真正做到技術與經濟同步，安全與適用協調。

參考文獻：

[1]《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）