地下空間結構若干關鍵問題的探討與應用

翁和娟（廣東省建筑設計研究院）

地下空間結構若干關鍵問題的探討與應用

翁和娟
（廣東省建筑設計研究院）

地下空間集商業(yè)、文娛、休閑等功能于一體，屬超長、多層地下結構，且跨越地鐵隧道、車站合建，存在較多結構設計技術難點。本文就開裂、漏水及地鐵合建等問題進行探討，通過結構設計計算與結構構造措施控制混凝土裂縫、改善滲水漏水問題，與市政工程相連時優(yōu)先采用合建模式。

地下空間；控制裂縫；防水；合建模式

城市化進程的加快、人口數(shù)量的增加，使得我國各大城市都出現(xiàn)不同程度的用地緊張、建筑面積嚴重不足、交通擁擠等一系列問題，同時，在國際形勢日漸復雜的形勢下，人防工程成為必不可少的部分。因此，人們不再局限于對地上城市，地下空間逐漸得到有效開發(fā)利用，平面尺寸也越來越大。然而，超長地下空間結構容易出現(xiàn)混凝土開裂、漏水滲水、與周邊市政工程的連接困難等問題，此類難題值得工程設計人員研究與探討。

1　地下空間概述

開發(fā)利用地下空間，即能有效促進三維空間工程布局，又能使得城市規(guī)劃更加合理。對于深層地下空間而言，具備諸多其獨到的特點：①隔音效果好，環(huán)境溫度濕度較為恒定，地下建筑能量消耗明顯減少；②堅硬巖體具有自穩(wěn)性良好的特性，工程成本將進一步降低，同時，對于避難防災方面得到有效滿足；③隱蔽性較好，在當前高科技局部戰(zhàn)爭背景下，因地制宜確認人防工程布局具有較大意義；④土地利用率得到提高，而且空間開挖有很大的靈活性，可以促進工程朝著直線化方向開展，工程長度有效縮短，也使得人們生活更加便利舒適。然而，地下空間資源方面來說，明顯存在不可再生特點，因此在實際開發(fā)之前，力求加強性能科學評價。比如說，適宜性究竟如何，安全性能否滿足，經(jīng)濟性是否合理等。

2　地下空間混凝土裂縫控制

混凝土結構開裂會產(chǎn)生地下空間的滲漏問題，會增加建設成本；降低結構剛度，影響建筑的使用功能；使鋼筋銹蝕、混凝土碳化，影響混凝土的耐久性。地下空間結構多為地下混凝土側壁、厚板等開裂，如圖1～2所示?；A溫度變化和混凝土收縮是導致混凝土結構開裂的主要原因。

圖1　底板開裂

圖2　墻體開裂

因此，結構設計應計算整體結構的溫度應力，在此基礎上設置結構永久縫、誘導縫、長期后澆帶與短期后澆帶；為更好地達到抗裂的效果，在混凝土中合理地配置分布鋼筋，側壁分布筋以小而密為原則；為避免結構突變（或斷面突變）產(chǎn)生應力集中，在轉角及孔洞處增設構造加強筋；采用混凝土外加劑如減水劑、膨脹劑[3]或抗?jié)B防裂纖維，分段施工，加強養(yǎng)護等施工措施；加強建筑措施如頂板及外墻保溫措施等。

近幾年建設的超大地下空間工程中，“少分縫、少設帶”是新的趨勢。積極開發(fā)與推廣新材料、新方法、新工藝、新技術加強對地下空間混凝土的裂縫控制。

3　地下空間防水措施

地下室漏水一般以局部滲水形式出現(xiàn)，通常只占地下室極小部分面積，但對地下室的使用和耐久性危害很大。究其原因可知，地下空間剛性自防水混凝土構件的開裂與由防水材料構成的整體柔性防水層的破壞，造成地下空間滲水漏水。

為減少地下空間滲水漏水問題，設計過程中應采用剛性防水方案，同時加強外圍建筑柔性防水；提高底板，頂板及側壁的構造配筋率，并在樓板、頂板、底板及側壁中適當位置設短期后澆帶[4]或加強帶，關鍵節(jié)點進行防水處理；同時進行底板抗浮設計。

另外，當?shù)叵驴臻g結構基底為天然隔水層時，可利用該隔水層進行防水[5]。防水原理如圖3所示。圍閉且進入不透水層的混凝土側墻或地下連續(xù)墻，隔斷地下空間外部地下水的逕流。少量的滲水可通過設于地下室底板之下的疏排水層集中后抽去?？刂频叵滤辉诘叵率业装逡韵?，底板可不進行抗浮設計。該法類似于基坑降水的方案。

圖3　混凝土側墻+疏排水層的防水原理

當需要做支護的時候，混凝土側墻就是地下連續(xù)墻，如果采用放坡開挖基坑，則該側墻就是普通的混凝土外墻，施工質量也相對容易保證。

影響此防水措施能否成立的主要因素有：

（1）地下連續(xù)墻或混凝土側墻是否已進入隔水層；

（2）各土層的滲透系數(shù)；

（3）場區(qū)的滲流分析；

（4）出讓地塊的臨時措施；

（5）成本分擔。

4　地下空間與市政工程的連接處理

當前越來越多的地下空間與市政隧道、地鐵區(qū)間共同開發(fā)建設，市政工程與地下空間主體之間的關系可分為合建模式[6]及分建模式。合建模式即下方地鐵結構（車站）與上方的地下空間結構結合建設——先后施工、形成整體、共同受力。分建方式即下方地鐵結構（區(qū)間）與上方的地下空間結構分離建設——先后施工、各為整體。合建和分建模式各有優(yōu)缺點，合建方案具有受力合理、節(jié)省投資、施工方便、縮短工期、不影響建筑凈高要求等方面的優(yōu)勢，但不利于地下空間降噪減振；分建方式相互之間影響較小，且可以極大程度降低噪聲對地下空間正常使用的影響，但工期長、造價高。

目前地下空間采用較多的為合建模式，如圖4。該模式實施過程中存在幾個關鍵要素：建筑設計上，將針對下方地鐵隧道區(qū)間、車站的墻柱布置而調整上方地下空間的柱網(wǎng)，并將相關資料提交相關設計院確認；結構設計上，由設計院先完成與地鐵相關的地下空間局部結構電算，再將地鐵結構上方的墻柱內(nèi)力提交給相關設計院，作為其設計條件；施工過程中，在地鐵周邊與地下空間交接的合適部位設施工縫，并預留甩筋、止水鋼板等合理的連接措施；采用主動隔振，即對空氣聲主要采用合理設置構件厚度進行隔離，固體聲則主要通過合理專門隔振橡膠墊進行降低。

圖4　合建模式

5　結語

地下空間工程是集商業(yè)、文娛、休閑等功能于一體的城市綜合體，屬超長、多層地下結構，且跨越地鐵隧道、車站合建，本文僅就開裂、漏水及地鐵合建等問題進行探討，除此之外還存在較多結構設計技術難點，如果設計不完善，勢必造成工程造價的浪費，為建設節(jié)約型社會節(jié)約投資、為保證能在預期時間內(nèi)本項目的順利竣工、為以后類似工程提供可靠的設計依據(jù)和經(jīng)驗，應多對地下空間結構進行分析研究，提出科學的計算方法、設計準則、施工措施等新技術，以達到運用先進技術、節(jié)約工程造價和施工工期以及結構設計最優(yōu)的有機結合。

[1]郝宏偉.地下空間技術在住宅小區(qū)的應用探討[J].中外建筑，2010（8）：138～139.

[2]姬永紅，王敏，朱忠隆，等.城市地下空間現(xiàn)行建設標準的梳理和分析[J].地下空間與工程學報，2010（4）：682～687.

[3]宋少民，賈博雅.膨脹劑對大摻量粉煤灰混凝土強度與碳化的影響[J].建筑技術，2012，43（8）：755.

[4]馮健，呂志濤，吳志彬，韓重慶，周廣如.超長混凝土結構的研究與應用［J］.建筑結構學報，2001，22（6）.

[5]俞建強.深大基礎工程中的新技術—靜力釋放層的應用[J].建筑施工，1999，21（2）19～21.

[6]肖桂元，韋紅亮，王志駒，龍進彬.地鐵列車引起與地鐵合建建筑結構環(huán)境振動特性現(xiàn)場測試分析[J].鐵道學報，2015，05.

TU93

A

1673-0038（2015）51-0072-02

2015-11-20

翁和娟（1989-），女，助理工程師，碩士，主要從事結構設計工作。