地下室外墻回填土回填時間分析研究

沈忠明

(華信郵電咨詢設計研究院有限公司，浙江杭州 310014)

1 工程概況

中國電信云計算內蒙古信息園A1綜合樓項目，總建筑面積41 765 m2(其中地上33 611 m2，地下8 154 m2)，南北兩側純地下室，東側裙房。為控制沉降差，沿主樓周邊設置U形沉降后澆帶一道(見圖1)。

2 工程現狀

當前南北純地下室頂板已經澆筑完畢(見圖2);東側裙房已經結頂;主樓區域基礎混凝土正在澆筑(見圖3)。地下室外墻外側尚未回填，外墻外側與基坑邊緣間距約2.5 m(見圖4)。

3 施工現場描述

為地下室外墻場地美觀、便于施工等因素，甲方、施工單位要求盡早回填。

4 地下室外墻內力計算

1)計算簡圖見圖5。

2)計算結果:每米外墻對頂板簡支端水平力標準值:2.2+8.8+11.2=22.2 kN。每米外墻對底板固支端水平力標準值:3.7+14.6+44.9=63.2 kN。

圖1 基礎平面布置圖

圖2 南側純地下室1跨半（至沉降后澆帶邊緣）施工完成圖

圖3 南北兩側純地下室施工完畢，東側2層裙房結頂圖

圖4 地下室外墻外側尚未回填圖

圖5 地下室外墻填土計算簡圖

5 回填土時間分析

由于原地下室外墻計算設計時，按上部簡支，下部固支計算，土側壓力對外墻有水平作用通過頂板、底板水平傳遞。頂、底板需要有水平方向的可靠支撐(平面內)，或者建筑單體有足夠的水平抗剪能力，才能抵抗外墻對頂板的水平力。

下面按各區段，不同支撐情況下區別分析:

1)東側裙房南北兩側外墻。東側裙房已經施工完畢，且南北外墻通過頂板互相支撐，當前即可回填至設計標高。

2)東側裙房地上2層框架對應東側外墻(采用豎向構件抗震承載力換算原則判別)。根據SATWE地震力輸出，地下1層X向地震剪力標準值6 657 kN;裙房區域外墻總長25.8 m，對頂板總水平力設計值為:

承載力滿足，當前即可回填至設計標高。

3)東側裙房南北純地下室對應東側外墻+主樓南北純地下室對應西側外墻。外墻水平力方向有多個框架柱，且有純地下室南北兩側外墻作平面外支撐，具有足夠的側向剛度，當前即可回填至設計標高。

4)主樓高層區域對應西側外墻。主樓為框剪結構，具有足夠的側向剛度，但須等主樓地下室頂板澆筑并養護完畢且強度達標后回填。

5)主樓高層區域南北兩側純地下室對應南、北外墻。由于該區域當前僅有1.5跨施工完，見圖2，若當前回填，外墻頂傳遞的側向力由邊跨中柱承擔。

以單柱為計算對象，單柱軸力設計值取2 300 kN，外墻頂部水平力產生的彎矩設計值為:

剪力設計值為:

柱截面600×600，混凝土強度等級C30，經計算對應彎矩方向每側需配筋12D22，原配筋4D22，柱抗彎強度不滿足，當前無法回填至－0.950標高。

根據結構配筋返算當前可回填高度如圖6所示。

圖6 當前可回填高度示意圖

6)以下計算當主樓頂板澆筑并養護完畢強度達標時若外墻回填，沉降后澆帶內的梁板鋼筋是否可作為支撐傳遞頂板水平力，選取其中1個主跨，即8.4 m范圍內進行計算。

a.判斷地下室頂板鋼筋。地下室頂板鋼筋為頂φ14@150;底φ12@150，沉降后澆帶寬1 000 mm。對直徑14 mm的圓鋼:

b.判斷框架梁鋼筋(鋼筋水平，軸心受壓)。框架梁鋼筋為頂4φ25，底11φ25，沉降后澆帶寬1 000 mm。對直徑25 mm的圓鋼:

長細比滿足，可以作為支撐。

鋼結構規范附錄C，a類截面查表:φ=0.203。

1根框架梁承擔8.4 m長外墻荷載(按恒載考慮分項系數)，單根鋼筋受到的軸壓力:

鋼結構規范 5.1.2:

滿足。

c.由于沉降后澆帶兩側施工期間可能因施工誤差或沉降差導致主梁鋼筋不水平，因此須考慮鋼筋偏心產生的彎矩，見圖7(設偏心為s，鋼筋按壓彎構件)。

單根鋼筋彎矩:

鋼結構規范 5.2.2:

圖7 后澆帶鋼筋受力模型圖

考慮鋼筋無橫向荷載作用，兩端固接，端彎矩M1=M2，鋼筋中部產生反彎點:

即理論計算，后澆帶兩側高差在13 mm范圍內是安全的。

d.為保證受力模型得以實施，對高差有如下建議:

第一外墻外側土回填時應保證后澆帶兩側高差在控制范圍內，此時主樓區域地下室頂板養護完畢時，預計施工到地上2層～3層樓面。一般施工到地下室頂板時沉降后澆帶兩側已找平，則頂板以上新增1層～2層的主體結構產生的沉降很小(地下室底板標高比開挖前天然地面標高低約4 m，為超補償狀態)，此時頂多為一部分回彈再壓縮的變形量(基底土的壓縮模量增大2倍～3倍)。根據施工圖階段的理論最終沉降計算值為62 mm，估算主樓沉降在5 mm之內。為保證回填安全，排除施工期間各種不利因素，依舊建議對后澆帶兩側高差按5 mm控制為宜。

第二外墻外側土回填后，由于主樓的繼續施工加載，沉降差會繼續增大，由于實際沉降的不確定性，建議對后澆帶兩側進行高差觀測，每天匯報設計，由設計根據實際高差發展的趨勢確定是否在后澆帶主梁位置增加支撐及確定增加支撐的時間點。假定已有高差為s1(mm)，每天觀測到的高差增加值為Δs(mm/d)，施工單位加工及設置支撐需要的時間為t(d)，控制公式為:

e.驗算獨立純地下室結構的抗傾覆，如圖8所示(以繞邊跨中柱底為轉軸的計算模型不利情況考慮)。

圖8 地下室結構傾覆模型圖

取一個柱跨8.4 m計算，土側壓力產生的彎矩為:

外墻對旋轉軸的抵抗彎矩為:

外墻下條基對旋轉軸的抵抗彎矩為:

抗傾覆滿足。

f.底板抗滑移驗算:

判斷底板鋼筋:

底板鋼筋為頂雙層雙向φ22@200;底雙層雙向φ22@200，對直徑22的圓鋼:

長細比滿足，可以作為支撐。

鋼結構規范附錄C，a類截面查表:φ=0.159。

1 m長底板對應1 m長外墻荷載(按恒載考慮)。

鋼結構規范 5.1.2:

滿足。

該值遠小于地下室頂框架梁鋼筋的受壓穩定應力168，即當框架梁不需要支撐時，底板亦不需要支撐。

g.小結:上述a.～f.的計算過程中，為方便計算忽略了部分構件的抗力和部分安全因素，如:a.中判斷地下室頂板是否可作為支撐時多而密的鋼筋實際存在的支撐作用;b.，c.中計算傳至頂板框架梁軸力時地下室外墻和純地下室邊跨中柱的實際抗彎、抗剪作用;c.中計算沉降后澆帶產生高差時框架梁鋼筋拉長產生能部分抵消壓應力的拉應力;d.中驗算純地下室結構抗傾覆時旋轉軸可能因底板的剛度移向后澆帶一側(有利方向)及部分底板和框架梁自重產生的抗傾覆彎矩;e.中計算底板抗滑移時底板與土的摩擦力等，上述因素都可作為安全儲備。

7)施工處理方案。

a.經過綜合考慮及施工方便原則，各區域回填示意圖見圖9。

圖9 外墻回填示意圖

b.實粗線段:當前即可回填。

c.虛粗線段:當前～主樓地下室頂板澆筑并養護完畢且強度達標前時間段內，按圖6回填;剩余部分待主樓地下室頂板澆筑并養護完畢且強度達標后回填;主樓南北兩側沉降后澆帶兩側，在灰色段外墻回填前觀測一次高差，高差不大于5 mm即可回填;在虛粗線段外墻回填后每天觀測高差(南北兩側后澆帶各3處，見圖中三角形)并將結果通知設計。

d.回填后，沉降后澆帶兩側地下室頂板懸挑區域下方支撐須能承受上部荷載。

e.汽車坡道與地下室交接區域(圖9中①處)若坡道未施工并養護完，當前回填土應向坡道兩側外墻向外側退一定的放坡距離，該距離應以回填土不影響進出坡道人員、設備安全為原則。坡道附近回填土宜待坡道施工并養護完畢后回填。

8)結論。地下室外墻回填土的回填時機應由設計進行確認，當施工期間地下室頂、底板因后澆帶等因素尚未完全封閉，應根據外墻頂和底不同的支撐方式進行復核以判斷回填土是否可回填，復核方法如下:

a.對多跨框架作為頂板支撐時，可通過簡化計算將框架柱抗震承載力換算成抗剪承載力判斷;

b.對沉降后澆帶離外墻較近，當前至主樓地下室頂板澆筑并養護完畢且強度達標前時間段內，通過外墻自身承載力判斷;

c.對沉降后澆帶離外墻較近，主樓地下室頂板澆筑并養護完畢且強度達標后至沉降后澆帶封閉并養護完畢前時間段內，通過對地下室頂梁板鋼筋按壓彎構件進行復核計算并結合后澆帶兩側的沉降差實時觀測值判斷。

通過對本項目施工期間的設計配合，較好的滿足了現場施工和管理的需要，保證了工程的順利進行。

［1］GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規范［S］.