大型商業(yè)建筑超長無縫抗浮地下室的設計

鄒正高宇程

（1、美國SCA國際設計集團四川海辰工程設計研究有限公司，四川 綿陽 621000 2、中山市規(guī)劃設計院，廣東 中山 528400）

一、工程概況

廣東中山長堤路-鳳鳴路片區(qū)改造工程二期B區(qū)，總建筑面積88002m2，為大底盤、多層結構。其中地下室建筑面積34726m2，結構最大長約310m，最大寬約64m，無伸縮縫。地下室分為二個區(qū):B1區(qū)結構最大長約190m，最大寬約48m，B2區(qū)結構最大長約148m，最大寬約64m。地下室為兩層，無人防設計，負1層板厚0.12m，頂板厚0.22m，側墻厚0.45~0.80m。筏板厚度1.0m~1.5m。地下室混凝土設計強度等級為C35，防水等級為二級，筏板、頂板填土部分和負1層地下室外墻混凝土抗?jié)B等級為P6，負2層地下室外墻混凝土抗?jié)B等級為P8。按照設計規(guī)范，本工程地下室結構屬于超長大面積混凝土結構工程，所以針對實際情況，采取多種技術措施來防止由于結構超長引起的裂縫。基礎部分則是采用天然筏板基礎，并使用CFG樁處理地基防止基底不均勻沉降，整個建筑的抗浮除自重抵消的部分外，均由設置于筏板底的抗浮錨桿承擔。

二、超長地下室無縫設計要點

由于混凝土材料的力學特性，抗拉強度低，韌性差，以及在結硬過程中產(chǎn)生自身收縮，理論和實踐均證明，如不采取措施，則難以滿足混凝土規(guī)范中對結構裂縫寬度的要求。因此，為防止出現(xiàn)這樣的情況，該超長地下室結構設計采取如以下措施。

1.設置后澆帶

(1)間距。結合本工程建筑物長度、以及中山的氣候環(huán)境特點綜合考慮，后澆帶間距一般控制在40～50m左右。

(2)位置。小跨梁開間或受力較小的部位，一般設置在梁跨1/2處。根據(jù)結構模型設置情況可沿平面曲折通過。

(3)寬度。綜合考慮，本工程后澆帶寬度取為1000mm。

(4)鋼筋。后澆帶部位的構件鋼筋不截斷，并增設不少于原配鋼筋20%配筋量的附加鋼筋,深入后澆帶兩側各1000mm，這樣可避免梁鋼筋全部截斷后造成的鋼筋搭、焊接困難。

( 5)澆筑時間。為最大限度減少混凝土施工過程的溫度及收縮應力，后澆帶的保留時間應不少于兩個月，且澆筑時的溫度宜低于主體混凝土澆筑時的溫度。

(6)混凝土。采用強度等級與兩側混凝土較高者相同的補償收縮的混凝土澆筑。

(7)斷面形式。一般避免留直縫，對于板可留斜縫;對于梁及基礎，可留企口縫。

(8)地下室有防水要求，在新老混凝土之間設置鋼板止水帶，以防止?jié)B漏。

2.采用低水化熱的水泥配置混凝土并適量加入粉煤灰

混凝土內外部溫差過大會產(chǎn)生裂縫，主要是由水泥水化熱引起的。地下室超長大體積混凝土基礎中，混凝土強度級別較高，水泥用量大，因此混凝土在初凝過程中會有大量水化熱產(chǎn)生。混凝土是熱的不良導體，又由于地下室底板及筏板幾何尺寸巨大，這些熱量不易及時排出而積聚，導致了其內部溫度迅速升高(最高時可達70～80℃);相反，在構件表面由于散熱條件良好，溫度保持較低水平。這樣就出現(xiàn)了內外溫差,這種相對的"內脹外縮"使混凝土表面產(chǎn)生拉應力，當它超過混凝土拉伸極限時，裂縫就產(chǎn)生了。

粉煤灰水泥系在硅酸鹽水泥中摻入占水泥重量20%～40%的粉煤灰組合而成。其有如下特性：早期強度較低，后期強度增長較快；水化熱較小；耐凍性差；耐硫酸鹽腐蝕及耐水性較好；抗炭化能力差；抗?jié)B性較好；干縮性較小；抗裂性較好。

選擇粉煤灰水泥在技術上有兩點好處：一是減少內部水化熱的產(chǎn)生 (因為減少了水泥用量)；二是減少混凝土的"干縮"量，這樣從整體上對裂縫的產(chǎn)生和擴展起到了預防和抑制作用。

3.加大碎石骨料用量

碎石骨料表面粗糙與水泥的膠結良好，同樣配比的混凝土其強度較卵石混凝土高，并可降低水化熱，收縮變形小，從而裂縫也小。在滿足施工泵送要求的情況下，加大碎石骨料用量,降低水泥用量，減小混凝土的水化熱，能更好地保證混凝土的質量。

4.降低水灰比

確定設計配合比階段,采取降低水灰比的措施。采取該措施的目的在于減少用水量，降低混凝土的收縮。同時建議施工單位在混凝土澆筑階段，采用二次振搗的工藝，即在混凝土初凝前進行二次振搗，避免混凝土因沉降收縮而引起的裂縫。

5.摻加膨脹劑

本工程地下室所有混凝土均添加SY-G類高抗裂膨脹劑，并要求保證水中養(yǎng)護14天的混凝土限制膨脹率大于等于0.025%。膨脹劑通過水化反應，使混凝土產(chǎn)生適量膨脹，在鋼筋和鄰位的限制下，在混凝土中建立0.3～0.5MPa的預壓應力，可大致抵消混凝土干縮及溫度收縮時產(chǎn)生的拉應力，防止混凝土開裂。同時膨脹劑水化時生成的膨脹結晶使混凝土的抗?jié)B能力大大提高，從而實現(xiàn)混凝土結構抗裂與抗?jié)B的目的，提高了結構的整體抗裂性能和抗?jié)B標號。

6.設水平暗梁

由于墻體受施工和環(huán)境溫度、濕度等因素影響較大，容易出現(xiàn)豎向收縮裂縫，混凝土強度等級越高，開裂幾率越大。本工程設計時在計算滿足的前提下適當提高了較薄弱墻體中的水平鋼筋配筋率，水平鋼筋的間距小于等于150mm，即采取細而密的配筋原則。由于墻體受底板或頂板的約束較大，混凝土脹縮不一致，所以設計圖紙中在較薄弱墻體中部及端部各設一道水平暗梁，用來控制墻體有害裂縫的出現(xiàn)。

7.增設構造鋼筋

由于墻與柱的配筋率相差較大，混凝土脹縮變形與限制條件有關，又由于應力集中原因，在離柱子1～2m的墻體上易出現(xiàn)豎向收縮裂縫。設計要求在墻柱連接處設水平附加筋，附加筋的長度為2000mm，插入柱子中 200mm，插入墻體中1800mm，該處配筋率相應提高10%～15%。這樣，有利于分散墻柱間的應力集中，避免豎向裂縫的出現(xiàn)。

8.加強混凝土養(yǎng)護

摻SY-G混凝土的養(yǎng)護是保證工程質量的最重要的措施之一，要派專人負責養(yǎng)護工作，混凝土終凝后2小時即開始養(yǎng)護，養(yǎng)護期不少于14天。

三、兩層地下室錨桿抗浮設計特點及防水措施

本工程位于中山岐江河的河畔，臨江而建，地下室的頂板面標高幾乎與平常河面一致，而河底的地基除開表面松軟的淤泥層，就直接進入了風化巖層，加上上部僅為多層結構，在自重較小的情況下，這對于兩層高度的地下室抗浮設計又增加了新的難度。采用錨桿抗浮，對建筑基底筏板的整體受力均衡相當有利，而且相比增加結構自重或采用灌注樁抗拔的兩種方案來說不但成本較低，在施工難度上也有大幅度的降低，本工程的錨桿設計同施工中制定如下細則：

1.設計原則

設計錨固體直徑150mm，灌注純水泥漿體并加微膨脹劑，二次高壓注漿工藝。注漿材料：采用普通硅酸鹽水泥,強度等級42.5R,水灰比0.45～0.50；采用二次注漿工藝，第二次注漿摻入水泥用量10%的微膨脹劑。錨固體強度等級為≥M30。單根錨桿抗拔力特征值530kN，錨桿錨固段進入中風化巖長度為≥4.70m。錨桿鋼筋錨入底板均為40d。錨桿錨側土層摩阻力安全系數(shù)取2.0，自墊層面算起長度約為8.5米~21.5米。

2.施工技術要求

1 ）、錨桿桿體制作與安裝

（a）桿體不宜焊接。（b）清除鋼筋表面的油污和鐵銹，按設計要求綁扎鋼筋籠；將2根注漿管與鋼筋綁扎在一起。對用于二次注漿的高壓注漿管出漿孔和端頭應封口。

2）、錨桿成孔

（a）采用地質鉆孔機或專用錨桿機成孔。（b）孔位誤差不宜大于300mm。（c）錨孔垂直度偏差≤1%。（d）孔深大于設計錨固深度500mm以上。

3）、洗孔：采用壓力清水洗孔，將孔中的泥漿沖洗干凈，盡量排出沉渣，確保漿體與巖土層充分膠結。

4）、注漿：二次注漿工藝。第一次注漿壓力0.5～0.8MPa，從孔底開始，注至孔口反漿，一次注漿管必須拔除；一次注漿后宜在80～120分鐘內（兩次注漿間隔可根據(jù)現(xiàn)場實際情況調整）采用高壓注漿泵進行二次注漿，壓力2.5～4.5MPa。由于漿體凝結收縮，應在孔口處隨時補漿。

5）、養(yǎng)護：錨桿養(yǎng)護期間，不得隨意碰撞。

3.上浮量長期監(jiān)測

在場地至少布設32個上浮位移監(jiān)測點，具體詳觀察點布置圖。當停止降排水后的第一周內應每天觀測一次，以后每月監(jiān)測一次，一年后的監(jiān)測頻率率可按有關沉降量監(jiān)測要求執(zhí)行。國家對地下室防水制定了較為系統(tǒng)、全面的《地下工程防水技術規(guī)范》(以下簡稱"規(guī)范")以及相應的國標圖集，規(guī)范中對于不同防水材料、不同部位的防水構造做法均有較為系統(tǒng)、細致的交代與規(guī)定，這對于保證、促進我國的地下防水設計、施工，提高防水質量起到了很大的積極作用。

但在實際工程設計中，總會出現(xiàn)各種各樣的規(guī)范中難以全面涵蓋的新問題、新情況，導致設計者無規(guī)范和標準可依，這種情況只能憑設計者的經(jīng)驗進行設計，往往難以保證設計、施工質量，抗浮錨桿的防水設計也屬于此類情況。

本工程的抗浮錨桿一般按照2.8米間距成網(wǎng)格狀布置并伸入結構筏板內，直徑150以下，相當于將本來完整的地下室底板防水層戳了大量的洞口，破壞了防水層的完整性，產(chǎn)生大量的漏水點，這對防水設計來講是最大的忌諱，由此產(chǎn)生了一系列的問題：

1、無相應的防水設計規(guī)范依據(jù)。

設計者在做施工圖時，細部構造節(jié)點往往習慣直接選用標準圖集或根據(jù)規(guī)范中相應的要求進行設計，但現(xiàn)行"規(guī)范"對于抗浮錨桿的防水構造設計要求只字未提，有人建議按照規(guī)范中關于樁頭防水構造進行設計施工，但是筆者通過與施工單位溝通，此方法根本行不通，原因是樁頭直徑一般在500以上，斷面尺寸大，而抗浮錨桿直徑在150以下，斷面尺寸很小，而且還有三根直徑分別為36左右的鋼筋，基本沒有水平操作面，很難按照樁頭防水構造進行設計施工。

2、設計、施工互相推諉。

由于無規(guī)范設計依據(jù)，設計者為避免設計責任(主要是擔心一旦產(chǎn)生漏水，建設方追究設計單位的責任)，經(jīng)常讓施工企業(yè)自行按照經(jīng)驗施工，設計者不再出具關于此部分的防水構造節(jié)點詳圖，但因為房屋漏水、滲水問題產(chǎn)生的糾紛較多，施工單位也深知其中的責任較大，故堅持強調必須有施工圖紙，否則不予施工，至此設計、施工雙方形成僵持局面。

3、設計、施工缺乏經(jīng)驗。

產(chǎn)生以上問題的根源在于設計、施工雙方均無此方面的成熟經(jīng)驗，又沒有規(guī)范設計依據(jù)，所以心中沒底，沒有把握能確保設計、施工的質量。

解決措施詳述如下：

1）防水設計原理。

①根據(jù)“規(guī)范”的有關防水原則，凡是在防水薄弱部位均做加強層。②錨桿在底板居中左右處做止水鋼板，目的是改變并延長可能滲透的毛細水路徑，阻止毛細水沿錨桿鋼筋長驅直入，使其不易穿透底板。

2）防水措施。

根據(jù)以上原理，在每個錨桿四周均做防水加強層，為確保防水效果，加強層做2道，一道水泥基滲透結晶型防水涂料，一道卷材防水，其中卷材在錨桿處環(huán)繞鋼筋熱熔包裹，上卷高度是自墊層向上至鋼筋砼筏板底，這樣卷材形成筒狀，內有鋼筋，卷材做完后向筒內灌注防水密封膏，必須與卷材相容，以免起化學反應破壞防水。加強層做完后再做普通防水層即可；止水鋼板應與錨桿鋼筋滿焊。

結語。超長大地下室混凝土在實際設計、施工過程中，應把混凝土的裂縫控制看作一個系統(tǒng)工程。不應該片面強調材料等單一因素的作用，而應把合理的材料選擇與嚴密的設計方案、科學的混凝土配合比、嚴格施工組織和完善的工藝措施相結合，才能確保混凝土的施工質量，達到混凝土結構抗裂防水的目的。而在抗浮設計中，除了要結合工程本身的設計需求、現(xiàn)場情況同工程造價之外，還要對所選方案本身做出多方面的考慮，以保證方案的合理性及方便實施的原則。

[1]建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準GB50068-2001.

[2]建筑結構荷載規(guī)范GB50009-2001（06版）.

[3]混凝土結構設計規(guī)范GB50010-2002.

[4]建筑抗震設計規(guī)范GB50011-2008.

[5]建筑地基基礎設計規(guī)范GB50007-2002.