建筑工程地下室結構設計要點分析

鄧松志

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建筑工程地下室結構設計要點分析

鄧松志

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建筑物地下室結構設計作為工程建設的重要組成部分，該設計方式的應用不僅可以提升建筑工程的整體質量，更能縮短工期，降低成本。本文主要對新時期建筑物地下室的抗浮抗震設計、防水與無縫設計進行了分析與探究，以期為提升建筑工程整體質量提供可靠的保障。

建筑物；地下室；抗浮設計

1　抗浮設計

地下室抗浮設計可歸納為“一壓二拉”，“壓”即為配重法，增加永久荷載的結構自重，比如地下室頂板覆土、地下室底板的配重等來平衡地下水浮力；“拉”即為設置抗拔樁或抗拔錨桿，以抗浮構件提供的抗拔力平衡地下水浮力。在工程實際應用中，單獨運用一種方式抵抗地下室浮力往往事倍功半，耗材費力，通常采用兩者相結合的方式進行抗浮設計，以達到經(jīng)濟合理。

本工程在抗浮設計時即采用“拉”、“壓”相結合的方式，充分利用結構自身的條件，適當增加結構自重，合理設置抗拔構件，達到抗浮的目的，同時又保證工程的安全科學，經(jīng)濟合理。以下為本工程的方案對比：

方案一：車庫頂板覆土+車庫底板配重+結構樁基抗拔錨固+單純抗拔樁。

方案二：車庫頂板覆土+車庫底板配重+結構樁基抗拔錨固。

兩種抗浮方案，地下室底板所受荷載相同，均承受水浮力及結構自重及附加配重；差別在于是否單獨設置抗拔錨樁。通過程序計算，方案一在各個柱距跨中設置抗拔錨樁，增加了基礎連續(xù)梁跨數(shù)，減小基礎連續(xù)梁計算長度，基礎連續(xù)梁截面尺寸及配筋較為經(jīng)濟，對結構樁基的抗拔要求降低，但同時增加抗拔錨樁的成本。方案二取消單獨設置的抗拔錨樁，基礎連續(xù)梁計算長度較大導致內(nèi)力加大，使得基礎連續(xù)梁采用較大截面尺寸及較大的配筋量，對結構樁基的抗拔要求提高。由于地下室大部分位于高層塔樓之下，結構自重較大，且經(jīng)過建設成本測算，該地區(qū)實施抗拔錨樁成本較大，最終采用方案二進行地下室的抗浮設計。

2　抗震設計

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提升及現(xiàn)代化程度的逐步提高，城市人口大幅度提升，這就導致城市防災問題日漸凸顯。建筑物倒塌將阻礙救災進度，造成極大的經(jīng)濟損失。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，建筑物結構型式的合理性及較強的抗震能力將對震害的出現(xiàn)及破壞程度大大降低，為了確保現(xiàn)代化建筑具有良好的抗震性能，施工單位必須重視其地下室抗震設計，只有加大地下室結構抗震設計的力度，才能避免建筑物因地震因素出現(xiàn)損壞情況。

在高層建筑物地下室嵌固位置設計中，一般選用現(xiàn)澆梁板結構，其樓板厚度可控制在180毫米以上，混凝土強度等級則控制在C30以上，設計方式為雙層雙向配筋，每層每個方向配筋率可控制在0.25%以上。與梁板結構相比，無梁樓蓋結構平面具有較小剛度，不能滿足剛性樓板相關規(guī)定。基于此，作為上部結構嵌固部位地下室頂板，可選用現(xiàn)澆梁板結構作為主樓范圍、相連裙房地下室頂板范圍內(nèi)的結構。

3　地下室結構無縫設計

伸縮縫與沉降縫是地下室結構變形縫的主要形式，伸縮縫設置的目的是為了釋放溫差和混凝土收縮、徐變產(chǎn)生的應力，避免結構開裂滲水。后澆帶、誘導縫、摻加外加劑與預應力技術等都是代替伸縮縫的無縫設計方式。

（1）后澆帶。作為伸縮縫最常見的方式，后澆帶可以對混凝土早期應力問題進行有效處理，但無法處理后澆帶澆筑后混凝土徐變與溫差出現(xiàn)的溫度應力。同時在留設后澆帶與澆筑混凝土之間具有較長的時間，一般為幾個月。這種情況下，將嚴重影響到施工的進度。

（2）摻加外加劑。將相應膨脹劑添加到混凝土內(nèi)，可進行“化學預壓應力”的建立。這種方式施工簡便，對施工進度影響小，一般和其他方式一起應用。膨脹劑出現(xiàn)的補償收縮膨脹時間控制難度較大，如膨脹時間不同于混凝土收縮時間，將大大降低其抗裂性能，因此在選用摻加劑時，應確保其質量符合施工要求。

（3）誘導縫。誘導縫的應用可以將整個施工、使用過程中出現(xiàn)的混凝土拉應力進行有效釋放，并一次完成澆筑混凝土，施工過程中應確保其連續(xù)性。該方式的不足之處在于布設間距小、靈活性差。

（4）預應力施加。通過地下室混凝土拉應力的計算，可進行預應力鋼筋設置。預應力施加可以消除混凝土收縮出現(xiàn)的拉應力，進而起到伸縮縫減少與開裂控制的作用。伴隨張拉預應力與錨固技術水平的提升，大大降低了預應力施工的難度，擴大了預應力的應用范圍。

高層建筑主樓部分與裙樓部分具有極大的層數(shù)差，因而荷載、剛度之間也存在較大的差距，導致基礎沉降量的增加。通過沉降縫的設置，可對主樓和裙樓基礎之間的作用力降到最低，并能將沉降差產(chǎn)生的次應力進行釋放，防止裂縫等現(xiàn)象出現(xiàn)在地下室、裙房結構中。如不進行沉降縫設置，可選用“抗”、“調(diào)”、“導”等方式。首先，如基礎沉降量較小，可選用加強上部結構的方式，對不均勻沉降出現(xiàn)的結構內(nèi)力進行抵抗，進而提升基礎結構的安全性，這種方式就是“抗”。

其次，在條件允許的情況下，可選用樁基礎進行施工，通過分析樁長、樁徑與樁型等參數(shù)，在結構允許范圍調(diào)整沉降差，這種方式為“調(diào)”。

最后，兩者基礎通過后澆帶進行有效分離，澆筑作業(yè)應在基礎完成部分沉降后進行，并對主樓、裙樓、地下室交接點位置進行適當調(diào)節(jié)，對沉降差產(chǎn)生的結構內(nèi)力進行有效降低，這種方式為“導”。

4　防水設計

1、樁頂防水。在樁頂截斷鋼筋，做好附加防水層。高層建筑地下室防水設計中，要求選用聚合物水泥砂漿作為承臺固結樁頂?shù)姆浪牧稀＝?jīng)過相關試驗，確定其配合比后，應保證聚合物水泥砂漿抗?jié)B強度符合設計規(guī)定，并與抗壓強度規(guī)定值相一致。作為剛性防水層，在墊層交接位置樁頂防水層應選用密封材料與底板柔性附加水層連接。

2、墻體防水。澆灌時出現(xiàn)施工縫問題，其主要原因在于底板混凝土量大、厚度尺寸大，通常在建筑底板一端兩側出現(xiàn)。為避免施工縫的大量出現(xiàn)，必須在水泥初凝時間內(nèi)嚴格控制澆筑間隔時間，對面層混凝土收縮量進行有效減少，為此可選用二次振搗施工。

底板表面找平、抹實及壓光等作業(yè)應在振搗密實混凝土后進行，初凝后應將塑料薄膜鋪設在其上面，保溫養(yǎng)護時間應控制在14天以上，并有效控制防水混凝土拆模時間，15攝氏度以下為拆模時混凝土表面溫度和附近外界溫度，避免裂縫在混凝土干縮與溫差等情況下出現(xiàn)。先分層對地下室墻體進行澆筑施工，每層間隔時間必須控制在水泥初凝時間以下，遵循設計要求全部鋼筋都應進行高標號砂漿墊塊的設置，起到保護鋼筋的作用。如裂縫出現(xiàn)在外墻混凝土干縮與溫差情況下，應將草袋蓋在混凝土初凝后的墻頂上，外墻模板在養(yǎng)護14天以后拆除。

3、承臺底防水。將聚合物水泥基滲透結晶型防水涂料涂抹一層在樁頭，并進行遇水膨脹止水條的設置，確保完全封閉整個底板防水層，進而有效提升其防水效果。在混凝土結構內(nèi)部不斷滲入結晶型涂料，結晶不斷出現(xiàn)并對毛細孔起到堵塞作用，提高防水效果。

5　結束語

綜上所述，目前，建筑物地下室結構設計中還存在諸多問題，如地基承載力、變形、抗浮、不均勻沉降等，這些問題的大量存在直接影響著建筑工程的經(jīng)濟效益與質量，為此，施工單位必須重視地下室結構設計工作，提高設計水平，規(guī)范設計工序，為提升建筑工程整體質量提供可靠的保障。

［1］張同波，劉漢進.地下室抗浮失效的3種形態(tài)及其上浮特征［A］.第二屆全國地下、水下工程技術交流會論文集［C］.2011

［2］徐琛，戚承志，陳昊祥，李博寧.縱向剪切波作用下長型地下結構與Pasternak地基相互作用研究［J］.北京建筑大學學報.2015（01）