某大學(xué)教師公寓大底盤地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題

甘　偉

摘要：高層建筑地下室工程龐大、工程投入資金大，另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容繁多，因此，無(wú)論是從技術(shù)還是從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講，都需要不斷地提高地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平。文章分析了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，并提出了解決措施。

關(guān)鍵詞：地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；大底盤；抗浮

中圖分類號(hào)：TU926文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009－2374(2009)12－0147－02

一、地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

某大學(xué)教師公寓地下室建筑面積41530m²，其中人防面積9852m²，大地盤上部有10棟18層的高層，地下室面積占總建筑面積達(dá)到18.9％。隨著人們對(duì)地下空間需求的不斷增長(zhǎng)，地下工程在整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中所占的比重越來(lái)越大。但是地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜，其中所涉及的技術(shù)問(wèn)題繁多，主要有：地基承載力及變形問(wèn)題、抗浮問(wèn)題、不均勻沉降問(wèn)題、結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)問(wèn)題基礎(chǔ)形式的選取和計(jì)算方法問(wèn)題、人防設(shè)計(jì)等等，本文重點(diǎn)對(duì)抗浮問(wèn)題、不均勻問(wèn)題及筏板基礎(chǔ)問(wèn)題進(jìn)行分析。

二、抗浮措施

(一)確定科學(xué)合理的抗浮設(shè)防水位

目前，地質(zhì)勘察單位提供的巖土工程勘察報(bào)告中對(duì)地下水水位提出了三個(gè)指標(biāo)：擬建場(chǎng)地歷史最高水位、勘察時(shí)的實(shí)測(cè)水位、靜止地下水位。以某廣場(chǎng)一期西區(qū)地下工程為例，巖土工程勘察報(bào)告中提供的地下水水位為：擬建場(chǎng)地多年以來(lái)歷史最高水位為11.000m，近3～5年最高水位為9.000m左右，某市勘察設(shè)計(jì)研究院根據(jù)所掌握的水文資料重新評(píng)估后的抗浮設(shè)防水位確定為8.500m，按此水位計(jì)算不需要進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)；而該地下工程相連的另一地下工程(外單位設(shè)計(jì))沒(méi)有進(jìn)行抗浮設(shè)防水位的重新評(píng)估，按地下水水位為9，500m進(jìn)行了抗浮設(shè)計(jì)，利用增加基礎(chǔ)配重來(lái)抵抗地下水浮力，因此，其基坑坑底標(biāo)高比西區(qū)低1.0m，兩者的直接經(jīng)濟(jì)效益差別顯而易見(jiàn)。由此可見(jiàn)，確定一個(gè)科學(xué)合理的抗浮設(shè)防水位對(duì)于地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是很重要的。

(二)在建筑允許的情況下，盡可能提高基坑坑底的設(shè)計(jì)標(biāo)高。間接降低抗浮設(shè)防水位

1采用平板式筏板基礎(chǔ)。一般而言，平板式筏板基礎(chǔ)的重量與“低板位”梁板式筏板基礎(chǔ)上填覆土的重量基本相當(dāng)，但后者的基礎(chǔ)高度一般要比前者高。以上述某大學(xué)教師公寓地下室工程為例，地下車庫(kù)底板若采用帶下翻式栓帽的平板式筏板基礎(chǔ)，板厚為600mm，而采用“低板位”梁板式筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)梁高為1100mm，僅因基礎(chǔ)高度一項(xiàng)，梁板式的基坑深度就比平板式基坑深0.5mm。

2樓蓋提倡使用寬扁梁或無(wú)梁樓蓋。一般寬扁梁的截面高度為跨度的1/6～1/22，寬扁梁的使用將有效地降低地下結(jié)構(gòu)的層高，從而相對(duì)降低了抗浮設(shè)防水位。該大學(xué)學(xué)教師公寓地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于地下室頂部有1.2m厚的覆土，荷載相對(duì)較大，因此，在該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，寬扁梁的截面高度取700mm，為跨度的1/11.5，如果不使用寬扁梁，截面高度估算在1100mm以上，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好。

(三)增加地下室的重量

1優(yōu)點(diǎn)。增加地下室的重量是解決地下室抗浮問(wèn)題的一個(gè)直接有效的方法，但這種方法還應(yīng)該結(jié)合地基土的承載力而定，不能顧此失彼；在對(duì)主體結(jié)構(gòu)的地基承載力進(jìn)行深度修正時(shí)，增加地下室的重量可以提高主體結(jié)構(gòu)的有效埋置深度，從而提高了主體結(jié)構(gòu)修正后的地基承載力特征值。

2方法。(1)增加基礎(chǔ)配重。此種方法大致又有以下幾種情況：1)增加基礎(chǔ)底板的厚度；2)增加基礎(chǔ)頂面覆土厚度；3)基礎(chǔ)頂面采用重度大且價(jià)格低廉的填料。這三種方法的共同特點(diǎn)是：在增加基礎(chǔ)配重用以解決抗浮問(wèn)題的同時(shí)又不可避免的增加了基礎(chǔ)的埋置深度，從而相對(duì)地提高了地下室抗浮設(shè)防水位的高度，因此，它不是一種效率最高的方法，通過(guò)與第2種方法比較，其經(jīng)濟(jì)效果較差。(2)增加地下室頂板的厚度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：在不增加基坑坑底標(biāo)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(shè)置次梁，既有利于其他專業(yè)的使用，又簡(jiǎn)化了施工工序；但此種方法的缺點(diǎn)是會(huì)略增加地下室頂板框架梁的負(fù)荷，而且由于板厚有限，這種方法解決抗浮問(wèn)題的效果也是有限的。該廣場(chǎng)就采用了這種大板結(jié)構(gòu)，整體使用效果較佳。

(四)設(shè)置抗浮樁

表面上看這是一種解決抗浮問(wèn)題行之有效的方法，但仔細(xì)分析，這種方法也有一定的局限性，且不說(shuō)設(shè)置抗浮樁的造價(jià)如何，單從結(jié)構(gòu)受力方面講，由于地下室的抗浮設(shè)防水位是根據(jù)擬建場(chǎng)地歷年最高水位結(jié)合近幾年的水位變化情況提出來(lái)的，即使是經(jīng)過(guò)重新評(píng)估后確定的抗浮設(shè)防水位，也是按一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律得出的結(jié)論，很顯然，這種方法確定的地下水位在一般的情況下是很難達(dá)到的，加之設(shè)計(jì)計(jì)算的不精確性也使得抗浮樁都具有一定的安全儲(chǔ)備，因此“抗浮樁”，實(shí)際上長(zhǎng)期起著“抗壓樁”的作用，這種“反作用”將阻礙有抗浮要求的地下室的合理沉降，而這種變化將會(huì)使不設(shè)縫的大底盤地下室在主體結(jié)構(gòu)和裙房之間產(chǎn)生更大的不均勻沉陷差，這正是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中想極力避免的；同時(shí)設(shè)置抗浮樁后，計(jì)算基礎(chǔ)底板內(nèi)力及配筋時(shí)應(yīng)考慮地下水壓力，這樣也會(huì)增加基礎(chǔ)底板的荷載。另外一方面，如果地下水位長(zhǎng)期處于一種較高的水平之上，設(shè)置抗浮樁也不乏是一種有效的方式。因此，抗浮樁是一把雙刃劍，使用時(shí)需仔細(xì)考慮。

三、解決不均勻沉降問(wèn)題的方法

(一)采用人工處理地基

1CFG樁地基處理+設(shè)置沉降后澆帶。此方法的出發(fā)點(diǎn)是：在CFG樁復(fù)合地基承載能力滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，允許主體結(jié)構(gòu)在施工期間有相對(duì)量的沉降，由此造成的沉降差靠主體結(jié)構(gòu)和非主體結(jié)構(gòu)之間的沉降后澆帶來(lái)解決。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：降低地基處理的程度，進(jìn)而減少CFG樁的數(shù)量，降低建設(shè)成本，減少施工周期。缺點(diǎn)是：(1)由于沉降后澆帶一般是在主體結(jié)構(gòu)封項(xiàng)后1～2個(gè)月封閉，這樣將使施工期間的基坑降水時(shí)間加長(zhǎng)，增加了降水費(fèi)用；(2)后澆帶放置時(shí)問(wèn)過(guò)長(zhǎng)質(zhì)量難以保證，而且相應(yīng)位置底板還要加厚；(3)由于沉降后澆帶的存在使得主體結(jié)構(gòu)在施工期間長(zhǎng)時(shí)間不能處于四邊嵌固的狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)在施工期間的整體穩(wěn)定性也不利。如果能采取有效措施避免由于設(shè)置沉降后澆帶所帶來(lái)的問(wèn)題，這種方法還是很經(jīng)濟(jì)適用的，該學(xué)校教學(xué)樓等多數(shù)項(xiàng)目都采取了這種方法，實(shí)踐證實(shí)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果都不錯(cuò)。

2CFG樁地基處理+不設(shè)置沉降后澆帶。這種方法要求在CFG樁復(fù)合地基承載能力滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，嚴(yán)格控制主體結(jié)構(gòu)的最終沉降，這樣做的優(yōu)缺點(diǎn)正好和方法1相反。某科技大樓由于施工順利等各方面的原因，采用了此種方法，從技術(shù)角度講沒(méi)有任何問(wèn)題，但經(jīng)濟(jì)效果欠佳。

(二)主體結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)

這樣既能保證主體結(jié)構(gòu)具有較小的最終沉降量，也不存在地基的承載能力問(wèn)題，而且可以避免設(shè)置沉降后澆帶后所

帶來(lái)的一些問(wèn)題。但此種方法造價(jià)較高。一般適用于超高層建筑或地基條件較差的情況。

(三)主體結(jié)構(gòu)部分采用整體基礎(chǔ)，裙房及地下室部分采用獨(dú)立基礎(chǔ)外加防水板

這種處理方法充分發(fā)揮了各種不同基礎(chǔ)形式的優(yōu)點(diǎn)且造價(jià)低廉，但施工工序復(fù)雜，目前在實(shí)際工程中應(yīng)用較少。

(四)計(jì)算措施

計(jì)算措施應(yīng)結(jié)合以上相應(yīng)方法，在一定程度上準(zhǔn)確確定不均勻沉降量，具體措施有：(1)計(jì)算主體結(jié)構(gòu)的沉降量時(shí)應(yīng)考慮基礎(chǔ)的補(bǔ)償作用；(2)考慮基坑開挖后基坑坑底的土反彈量。

四、筏板基礎(chǔ)問(wèn)題

1平板式筏板基礎(chǔ)和梁板式筏板基礎(chǔ)的適用范圍。相鄰柱間距及柱荷載差別較小時(shí)適用平板式筏板基礎(chǔ)，反之則宜采用梁板式筏板基礎(chǔ)，在材料用量相當(dāng)?shù)那闆r下，梁板式筏板基礎(chǔ)的剛度較平板式筏板基礎(chǔ)大，底板標(biāo)高變化較多時(shí)宜采憑平板式筏板基礎(chǔ)。

2梁高、板厚的選取及計(jì)算方法問(wèn)題。目前計(jì)算筏板基礎(chǔ)時(shí)，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(tǒng)方法，按該法進(jìn)行垂礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，基礎(chǔ)內(nèi)力按基底反力直線分布進(jìn)行計(jì)算。按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2002)的要求，基礎(chǔ)內(nèi)力按基底反力直線分布進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要求地基土比較均勻、上部結(jié)構(gòu)剛度較好、荷載分布比較均勻、梁板式筏板基礎(chǔ)梁的高跨比或平板式筏板基礎(chǔ)的厚跨比不小于1/6，當(dāng)不滿足上述要求時(shí)應(yīng)按彈性地基梁板計(jì)算?！耙?guī)范”對(duì)基礎(chǔ)梁高跨比和板厚跨比的要求，其本質(zhì)是要保證基礎(chǔ)具有一定的剛度，但筆者認(rèn)為基礎(chǔ)剛度應(yīng)與基底反力的大小相匹配，對(duì)于層數(shù)較多的高層建筑而言，該要求很容易滿足，但對(duì)于層數(shù)較少的高層建筑而言，該條要求就顯得偏嚴(yán)。根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于層數(shù)較少的高層建筑當(dāng)其平板式筏板基礎(chǔ)的厚跨比小于1/6。荷載較均勻時(shí)，按彈性地基板計(jì)算(JCCAD計(jì)算)所得的基底反力仍然很均勻，其數(shù)值比按基底反力直線分布計(jì)算的基底反力還要小。

3基礎(chǔ)底板抗沖切驗(yàn)算及抗剪切計(jì)算問(wèn)題。按建筑地驀基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)第8.4.5條規(guī)定，梁板式筏基底板應(yīng)滿足受沖切承載力和受剪切承載力的要求，通過(guò)對(duì)跨度從6～10m、長(zhǎng)寬比從1～3、板厚從400～1000mm變化的梁板式筏基底板的計(jì)算來(lái)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(jìn)行底板受剪切承載力的驗(yàn)算。對(duì)于平板式筏基而言，底板的柱下及核心簡(jiǎn)邊的抗沖切驗(yàn)算則必不可少，且應(yīng)考慮不平衡彎矩的作用，尤其是邊柱和角柱。

4采用平板式筏板基礎(chǔ)時(shí)，宜設(shè)置平面尺寸較大的柱帽。當(dāng)有條件時(shí)設(shè)置上翻式柱帽，沒(méi)條件時(shí)設(shè)置下翻式柱帽。設(shè)置柱帽有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)解決底板抗沖切問(wèn)題；(2)減小底板的計(jì)算跨度；(3)減小支座負(fù)筋。

參考文獻(xiàn)

[1]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)[s]

[2]巖土工程勘查規(guī)范(CB50021-2001)[s]

[3]建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2002)[S]

作者簡(jiǎn)介：甘偉(1981－)，男，安徽全椒人，安徽省人防建筑設(shè)計(jì)研究院助理工程師，研究方向：人防地下室。