超長深地下室結構設計若干問題和對策

吳邦照 （安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 工程概況

本項目位于安徽省某市，包括主塔樓、裙房部分和地下室。主塔樓地上共60層，結構高度201.800m，其中1～7層為商業用房，7層以上為住宅，平面呈L形，屬于平面布置復雜的超B級高度高層建筑。裙房部分為5層商業，結構高度27.850m，裙房地上部分與主塔樓通過設縫分開。地下室共5層，建筑面積約4.2萬m2，地下5層底板頂標高為-23.200m，（本文中標高均為相對標高），室外地面標高為-1.450m～-0.100m，其中地下 3、4、5 層為停車庫和機房，地下1、2層為農貿市場。地下室結構x方向長度約80m，y方向最長處約118m，屬于超長深地下室結構，主塔樓及裙房部分±0.000標高相當于絕對標高+18.800（黃海高程），根據勘察報告確定抗浮設防水位12.000（黃海高程）。地下工程結構平面布置如圖1。

2 設計主要技術指標

本工程設計使用年限50年，抗震設防烈度6度，設計基本地震加速度0.05g，設計地震分組第一組，場地類別II類，場地特征周期0.38s，地下室抗震設防類別為重點設防類。主塔樓（包括相應地下室部分）采用含有少量框架柱的剪力墻結構體系，裙房部分及地下室采用框架結構體系。地上主塔樓1層～7層抗震等級一級，8層以上抗震等級二級，地上裙房商業部分抗震等級二級，結構整體計算嵌固部位為地下室頂，地下工程抗震等級如下表所示：

圖1 地下工程結構平面布置圖

樓層 -5～-2層 -1層樓層標高 基礎頂～-6.050 -6.050～-0.080抗震等級裙房及純地庫部分剪力墻、框架 框架 剪力墻、框架 框架二級 三級 一級 二級高層塔樓部分裙房及純地庫部分高層塔樓部分

3 結構設計中的幾個問題和解決措施

3.1 超長地下室措施

為滿足建筑布局的同時保證地下室結構防水，本地下室設計采取不設縫處理，由于結構長度遠超《混規》要求的設縫間距，故需采取必要措施解決超長結構混凝土在硬化過程及溫度變化時形成收縮裂縫的問題，本工程采取的主要措施如下。

①通過合理設置沉降及伸縮后澆帶，可有效減小混凝土在硬化過程中的收縮應力，減少約束，釋放大部分變形，是防止地下室混凝土墻板產生收縮裂縫的有效措施。各層樓板配筋均為雙層雙向拉通（后澆帶內板筋不斷開），后澆帶采用高一等級的填充用膨脹混凝土澆筑，要求后澆帶混凝土14d水中限制膨脹率≥0.030%，限制干縮率≤0.020%。

②地下室各層樓板、屋面頂板均采用摻微膨脹劑的補償收縮混凝土澆筑，補償收縮混凝土的限制膨脹率（水中養護14d）≥0.020%，限制干縮率（水中養護14d，空氣中養護28d）≤0.03%。

③混凝土配合比應按高性能混凝土進行設計，混凝土配制除摻入優質膨脹劑外，應采用42.5級普通硅酸鹽水泥和優質骨料，并摻入優質活性細摻料（Ⅰ級粉煤灰）和多功能復合減水劑。施工時應提前進行混凝土配合比的設計，并通過有關的性能試驗后確定，試配應采用本工程使用的原材料，檢測條件應與施工條件相同。

④加強混凝土施工管控，做好后期養護工作。

3.2 地下室樓板及外墻厚度取值

地下1層頂板厚度室內不少于180mm，室外不少于250mm，室外主要為無次梁大板。

經計算，每延米地下室外墻剪力設計值如圖2所示。

圖2 地下室外墻剪力設計值

由圖2可知，地下室側壁對地下5層頂板水平推力設計值每米可達1004kN，樓板混凝土強度等級為C35（fc=16.7N/mm2），樓板設計厚度為 140mm，水平力設計值與樓板的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比 u=N/（A×fc）=1004×103/（140×1000×16.7）=0.429，樓板貫通配筋10@200雙層雙向，另外在有框架梁的有利作用下，可保證側壁水平推力下樓板鋼筋混凝土的安全。地下4層～地下2層設計板厚均為120mm，貫通筋8@200雙層雙向，樓板計算配筋不足處另附加。

地下室外墻設計厚度：-5層～-4層厚600mm，-3層～-2層厚600mm，-1層厚400mm。

3.3 樓板開洞周邊側壁加強措施

因設備間風井不可避免在側壁附近樓板開洞，導致洞口處側壁在樓層標高無樓板支撐，設計中通過增設橫向臥梁來加強洞口周邊側壁的側向支撐。對于深地下室樓板開洞跨度較大時僅靠橫向臥梁無法提供足夠的承載力，需另在洞口中部增設支撐梁，作為橫向臥梁支撐。

圖3 橫向臥梁平面布置及大樣

3.4 環形汽車坡道側壁加強措施

地庫南側環形汽車坡道自地下5層上至室外，采用梁板式結構，中部坡道井尺寸11.300×2.700m，設置8個500×700mm的框架柱，由于坡道井的存在造成側壁推力無法通過樓板連續傳遞，設計中采取以下兩項措施：

①加厚汽車坡道板至300mm，使其形成類似于深梁，側壁水平推力通過兩端坡道板向樓層板傳遞，如圖4所示。

②另在坡道井內加設截面尺寸600×600mm混凝土斜撐，將水平推力通過斜撐傳遞至另一側坡道板，如圖5所示。

圖4 地下室南側環形汽車坡道平面圖

圖5 汽車坡道斜撐剖面圖

3.5 泄水孔設置

①在負二層-10.0標高處裙樓周邊側壁設置足量泄水孔，地下水位超過這一標高即向室內集水坑排水，保證地下水位不超高。

②基坑內或地下室內設地下水位觀測井或裝置，可觀測可排水。

4 結語

①本工程地下部分及裙房部分已土建結頂，經實踐檢驗，采取的各項加強措施是合適的。

②超長深地下室無縫設計時，應注意合理設置沉降及伸縮后澆帶，混凝土采用合適的外加劑并加強施工質量控制和養護。

③深地下室設計尤其要注意側壁在樓層位置樓板的水平支撐作用，樓板作為側壁的支座應適當加強，靠近側壁的樓板開洞（比如風井、樓梯、汽車坡道等）應引起足夠重視，采取相應抵抗措施并確保其能作為側壁的支座。

④注意觀測地下水位并設置泄水孔，如超過設計水位，應及時排水。