地下室結構設計的常見問題探討

摘 要：建筑行業的發展，為人們帶來了生活上的便利。目前，高層建筑越來越多，城市建設中出現了大量的地下室及地下車庫，由于地下室位置重要，工程材料消耗大、建造周期長、施工難度大，所以如何設計好地下室結構以及其建設問題成為了焦點。本文就地下室結構設計中的一些常見問題與對應處理措施這一話題進行了簡單闡述，為優化地下室結構設計提供了參考性意見。

關鍵詞：地下室；結構設計；抗浮；防水；超長

地下室結構建設是現代化、商業化發展的必然結果，方便了人們的生活。在地下室結構設計中必須遵循安全、適用和合理的原則，合理地優化和處理地下室結構設計中問題，不斷地進行探索和創新，才能更加合理、更加有效地開發和利用地下空間。另外，地下室結構設計比較復雜，一些主要技術問題如地下室抗浮設計、地下室防水設計、超長地下室結構設計、地下室保護層厚度問題等等，現簡要論述地下室結構設計中經常遇到的幾個問題，與同行共同探討。

一 .地下室抗浮設計問題

近年來，由于土地資源的寶貴，地下室層數越來越多，不少地下室因為地下水的原因，在施工過程中出現整體上浮，造成梁、板、柱出現大量裂縫滲水等等，造成了重大的安全隱患和財產損失。因此地下室的抗浮設計的重要性可想而知，應引起足夠重視。地下室的抗浮設計基本上可分為三種情況考慮：

1. 地下室未施工完畢或地下室施工完畢便停止降水，這時即便地上結構層數較多，但因上部結構層還沒有施工，恒載還沒有施加，地下室的自重無法抵抗地下水的浮力。這種情況下應對地下室進行施工階段的抗浮驗算，并采取相關的抗浮措施。

2. 地下水位較高，且地下室埋深較大、地上結構層數較少。這種情況下，結構自重不足于抵抗地下水的浮力，需對整體結構進行抗浮驗算。

3. 結構自重可以抵抗地下水的浮力，但是地下室底板也需進行抗浮設計。

《建筑地基基礎設計規范》規定，巖土工程勘察報告應提供用于計算地下水浮力的設計水位。對重要工程抗浮設計水位的確定，應進行水文實驗，并經專家論證后確定。

地下室抗浮措施，一般有兩種方法“壓”和“拉”。“壓”即采取增加自重的方法來抗浮要求，一般有加厚地下室底板，增加地下室覆土厚度等，這種方法由于增加了地下室深度，經濟效益并不理想。“拉”即是采用抗拔樁、抗浮錨桿，抗拔樁是利用樁身摩擦力和樁自身重量來抵抗水浮力，樁型一般選擇灌注樁，抗拔力不大的情況下也可采用預制樁，除了驗算正向荷載的樁數外，還要驗算兼作抗拔的樁數，此處不再累述；抗浮錨桿是在底板和土層之間的拉桿，錨桿直徑一般150～200MM，錨桿樁局限性比較大，不適于底板下為淤泥、卵石及沙土層，當底板下有堅硬土層時，是一種比較簡單又經濟的抗浮措施。

二．地下室防水設計問題

地下工程防水是一項非常重要的系統性工程，它將涉及設計、施工、材料選擇等諸多方面內容。設計是地下工程防水的基礎，必須控制裂縫產生及限制裂縫的最大寬度，因此，對于結構防水的要求及所處環境，強化地下室結構自防水能力，并用動態的觀點從材料的耐久性、材料的適應性以及不同防水材料之間的相容性的全局選擇適用的防水材料，按照設計要求施工，才能有效提高地下結構防水的可靠性和耐久性。

1. 結構自防水設計。結構自防水是根本防線。當有防水要求時混凝土抗滲等級應根據地下水最大水頭與防水混凝土厚度的比值按規范確定，且不應小于0.6Mpa。近年來，許多地下工程采用補償收縮混凝土和纖維混凝土作地下室的結構自防水材料，進一步提高了地下結構的抗裂防滲功能。我國目前混凝土外加劑和高性能混凝土技術已基本普及，混凝土質量已大大提高，這是地下結構自防水的保證。

2. 附加防水層設計。地下工程中單獨采用結構自防水的做法是欠妥的，目前市場上過于夸大外加劑(如減水劑、早強劑、微膨脹劑等)的作用。在地下工程中，由于堿-骨料的反應、氯離子的侵蝕和混凝土凍融破壞等等，很難避免防水混凝土受到地下水的侵蝕、各種內外力的不利影響及混凝土結構產生有害裂縫而導致滲漏，并考慮混凝士的耐久性(如徐變、碳化因素)等，因此，對防潮、防水要求較高的地下室，即使地下水位不高，也應在混凝土結構的迎水面上設置附加防水層。附加防水層常用材料：防水砂漿、防水涂料、高分子防水卷材等。

三． 地下室結構超長問題

隨著建筑物高度和數量的不斷增加，地下室的層數、長度和寬度也隨之增加，帶多塔結構超長地下室數量也越來越多。地下結構雖然受溫度變化的影響較地上

結構小， 但周邊的約束作用較強，結構超長問題的重要性仍然不容忽視。為了減少裂縫，要達到抗滲目的，一般可采取以下措施：

1．后澆帶。后澆帶作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術措施，在基礎底板、墻、梁相應位置留設臨時施工縫，將結構暫時劃分為若干部分，經過構件內部收縮，在若干時間后再澆搗該施工縫混凝土，將結構連成整體，對防止較長久性變形縫已有很大的改進并廣泛應用。地下結構一般在結構長度大于40～60m時宜設置一道伸縮后澆帶， 主樓與裙房或純地下室宜設置沉降后澆帶。普通的伸縮后澆帶寬度不宜小于800mm，宜設置在柱距三等分的中間范圍，后澆帶處梁、板宜設附加鋼筋，面積宜為原鋼筋的20%。補澆時應采用高一級的混凝土，且宜采用早強、補償收縮的混凝土。地下室底板和地梁鋼筋連續貫通后澆帶；側板的鋼筋在后澆帶全部斷開，補澆時采用搭接或焊接；地下室頂板板的鋼筋在后澆帶全部斷開，補澆時采用搭接或焊接；地下室頂板梁的鋼筋則梁底鋼筋連續貫通后澆帶，梁頂負筋和梁側腰筋在后澆帶全部斷開，補澆時采用搭接或焊接。用于釋放溫度和收縮應力的后澆帶最好在兩側砼澆筑二個月后補澆，用于調節沉降差的的后澆帶應在主樓結頂一個月后補澆。在有防水要求的部位設置后澆帶，應考慮止水帶構造。

2．膨脹帶。膨脹帶簡單說就是加了膨脹劑的混凝土帶狀區域，自身可以膨脹以補償混凝土的收縮。原理是帶內混凝土通過水泥水化產物與膨脹劑的化學反應，使混凝土產生適量膨脹，在鋼筋和帶邊混凝土的約束作用下，在混凝土中產生一定的預壓應力，使結構的收縮拉應力得到適當的補償，從而達到防止混凝土結構開裂破壞的目的。根據一些工程實踐，一般超過60m設置膨脹加強帶，設置位置位于結構的中間部位即混凝土收縮應力最大的地方。膨脹加強帶優點是取消外防水措施、施工方便、降低成本、縮短工期。

3．補償收縮混凝土。補償收縮混凝土是指在混凝土中摻入適量膨脹劑或用膨脹水泥配制的混凝土。膨脹混凝土在限制條件下，在混凝土中建立一定的預應力，改善了混凝土的內部應力狀態，從而提高了它們的抗裂能力；同時在水泥硬化過程中，膨脹結晶體(如鈣礬石)起到填充、切斷毛細孔縫作用，使大孔變小孔，總孔隙率減少，從而改善了混凝土的孔結構，提高了它們的抗滲透性和力學性能。設計要求的具體摻量應根據實際采用的材料通過配合比試驗確定。同時最好要求摻入抗裂纖維，抗裂纖維因其具備獨特的抗拉強度和分散性，能夠立體的分布在砂漿、水泥混凝土中，對砂漿、水泥混凝土起著良好的拉附作用。同伴纖維每立方混凝土摻量在0.9-1.8Kg之間，主要品種有聚丙烯和聚丙烯晴。

4．提高鋼筋混凝土的抗拉能力。混凝土應考慮增加抗變形鋼筋，如側壁增加鋼筋網片，在混凝土面層起強化作用；側壁受到底板和頂板的約束，混凝土收縮膨脹不一致，一些工程在地下室外墻體中部設一道水平暗梁抵抗拉力；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。

5．新技術的應用。如預應力技術的應用。在工程結構構件承受外荷載之前，對受拉模塊中的鋼筋，施加預壓應力， 使混凝土截面受到某種量值與分布的內壓力， 以部分或全部抵消使用荷載產生的拉應力，提高構件的剛度，推遲裂縫出現的時間，增加構件的耐久性。

同時，在采取以上技術措施時，施工單位應要注意施工質量及加強混凝土的養護。

四． 地下室保護層厚度問題

地下室保護層厚度的設計是非常值得探討的問題。保護層最小厚度的規定是為了使混凝土結構構件滿足的耐久性要求和對受力鋼筋有效錨固的要求。《地下工程防水技術規范》（GB50108-2008）中規定，結構厚度不應小于250mm；裂縫寬度不得大于0.2mm，并不得貫通；迎水面鋼筋保護層厚度不應小于50mm。防水混凝土結構底板混凝土墊層，強度等級不應小于C15，厚度不小于100mm，在軟弱土層中不應小于150mm等一系列的規定。混凝土構件的最小保護層厚度，能保證鋼筋與混凝土之間的粘結錨固及保護鋼筋免受銹蝕，直接影響到結構的承載能力及混凝土的耐久性。

結束語：

地下室結構設計是一個非常復雜的程序，如何優化地下室結構設計問題，內容非常廣泛，本文只粗淺的分析了地下室結構設計中的幾個常見問題及地下室結構設計的優化措施，希望與結構同仁共同探討。

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