地下室設計中存在的問題及預防措施

華東建筑設計研究院有限公司，上海 200070

如今隨著城市的不斷發展，建筑地下室的使用功能及體量規模也隨之發生改變，對于地下室的安全性、耐久性以及適用性的要求越來越高，然而地下室設計是一項綜合性較高的結構設計，在保證結構安全可靠的基礎上還需面對地下室滲漏、裂縫、浮力等問題，這也促使設計人員在地下室設計過程中需要考慮更為全面。

1 滲漏問題

1.1 滲漏問題產生的原因

常規的地下室結構以混凝土框架結構為主，主要材料為鋼筋混凝土，混凝土自身的材料特性使結構通常帶裂縫工作，因而解決滲漏問題尤為重要。產生滲漏問題的主要原因如下所述。

（1）施工過程原因。施工過程中，由于地下室混凝土體量較大，施工單位難以保證混凝土振搗密實使其不出現蜂窩麻面的現象。

（2）施工養護原因。混凝土在水化過程中產生收縮應力，并且由于內外溫度變化引起溫度應力，在施工養護過程中又難以保證其質量。

（3）混凝土材料特性。混凝土本身是多孔體，非勻質材料，內部為大小不一的細微孔縫，普通混凝土一般都會滲水。

1.2 滲漏問題的預防措施

（1）設置后澆帶。在施工過程中，后澆帶能釋放混凝土初期較短時期內的約束力。

（2）設置膨脹加強帶。由于地下室混凝土中一般會摻入膨脹劑，膨脹加強帶能補償收縮混凝土早期變形。

（3）增加鋼筋。對于約束變形薄弱部位增設水平溫度筋，例如地下室外墻內亦可增設水平暗梁，從而抵抗拉力。

（4）采用防水混凝土。優化混凝土配給方法或摻入大量外加劑或膨脹劑以增強混凝土的抗裂性和抗滲性。

（5）采用柔性外防水。地下室的各個迎水面采用柔性外防水層設計，通常以防水涂料為主，但會使得成本提高。

綜合采用以上措施，能有效解決滲漏問題。靈活調配各個方法之間的組合應用，例如工程量較小的工程可以采用側壁和底板用防水混凝土加柔性外防水組合，這種建筑設計和結構設計相結合的方式在避免混凝土材料自身收縮開裂的同時，柔性外防水還能制約地下水對迎水面混凝土的侵蝕，降低開裂的概率，從而降低滲水概率。

2 裂縫問題

2.1 裂縫問題產生的原因

建筑規模越來越大，超長結構設計日趨常見，然而超長結構所帶來的開裂問題也越發明顯。若結構出現裂縫，會嚴重影響建筑的使用與壽命，產生裂縫問題的原因如下所述。

（1）設計原因。平面布置尺寸超長不合理，不可設置伸縮縫等。

（2）施工原因。混凝土自身收縮變形或者混凝土養護中的溫差過大。

2.2 裂縫問題的預防措施

（1）配筋設計。布置直徑小且間距小的分布鋼筋，并且在應力集中處設置加強筋。

（2）設置后澆帶。每隔55m左右宜設置1條后澆帶，與常規后澆帶設置方法不同的是超長結構的后澆帶鋼筋宜斷開，寬度應按所需的最小尺寸以及施工空間條件確定。

（3）水泥品種。為較好控制混凝土水化熱過程的溫度，宜選用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥。

（4）砂石級配。同等水灰比情況下，粗骨料和中粗砂可以有效降低水泥用量，并滿足設計需求。

（5）外加劑與外參料。隨著施工技術與化工科技的高速發展，越來越多的新品種外加劑和外參料進入市場，但是要注意的是其使用前均應先做試驗，以確定各種外加劑與外參料之間不會產生不良反應。

（6）施工養護。混凝土施工養護始終是一項重要環節，控制好混凝土表面溫度并且做好測溫監測工作，合理選擇養護方法，防止混凝土收縮開裂。

抗裂應注意合理結構設計與合理施工方法相結合，通過結構設計上設置后澆帶和配筋設計，以及各類施工工藝，包括材料的選用以及施工養護的重視，才能有效解決裂縫問題，使結構既不產生過大的變形，又不產生過大的應力，確保結構承載力和使用的需要。

3 浮力問題

大型地下室結構上部一般存在一棟或者多棟獨立塔樓，塔樓部分由于上部荷載較大，故不存在浮力問題，但是樓宇之間的區域或者純地下室區域便存在覆土及常規活荷載，故需要格外注重浮力問題。地下室各區域受上部荷載差異較大，因此底板的抗浮能力也有較大差異，需要分別對地下室各個區域進行受壓能力與抗浮能力計算。

3.1 減小建筑埋深，間接減小水浮力

（1）基礎設計。通常地下室底板采用倒樓蓋式筏板基礎或梁板式筏板基礎。梁板式筏板基礎一般采用低位板形式，即基礎上可以回填覆土從而增加整個基礎重量達到抗浮作用，但倒樓蓋式筏板基礎的優勢是其基礎厚度比梁板式筏板基礎薄，從而可以減小建筑埋深，一般可優化0.4m左右的埋深，從而減小整體水浮力作用且可以減少開挖深度，降低工程造價。

（2）樓蓋設計。可以采用無梁樓蓋或者寬扁梁，有效利用縱下埋深空間，盡可能減小結構高度以滿足建筑及設備需求。根據工程方案比較經驗，采用寬扁梁較采用常規梁板設計可優化200mm左右的結構高度，采用無梁樓蓋較采用寬扁梁又可優化400mm左右的結構高度（跨中區域，不含柱帽），從而減小建筑埋深，提高整體經濟性指標。

3.2 增加結構自重，直接抵抗水浮力

（1）增加基礎自重。通常采取增加底板厚度以及基礎頂面覆土厚度，從而增加結構自重，但基礎增厚的同時，會導致埋深加深。由于增加混凝土和覆土厚度所增加的重力大于相應厚度所產生的水浮力，故此方法理論可行，實際工程中可適當應用。

（2）增加樓蓋自重。樓蓋采用大板設計，一方面可以增加結構自重，另一方面可以取消布置次梁，提高豎向空間利用度。但此方法對主框架梁的負擔較大，可優化程度需要以不影響建筑凈高為前提，因此抵抗水浮力的作用有限，實際工程可以適當考慮。

3.3 設置抗拔樁，直接抵抗水浮力

采用設置抗拔樁設計是較為常規且行之有效的抗浮措施。抗浮設計時需注意以下要點。

（1）抗拔樁不宜在柱下設置，因為柱底集中承壓荷載較大，與抗拔樁的抗浮反力共同作用下易對結構產生不利的沖切破壞。

（2）抗浮設計水位一般由歷年最高水位估算而得，因此在地下水位自然狀態下抗拔樁處于高低起伏的變化中，其自身性質從抗拔樁轉變為承壓樁，這種情況下會產生不均勻沉降。該現象在不斷縫的主體結構與裙房交界處的大底板基礎尤為明顯。

（3）地下室浮力問題易被忽視，從而造成不可挽回的嚴重后果，設計師在設計中應注重手算驗算，復核驗算結果，并且根據經驗取其大者，確保浮力問題得到有效控制。

4 不均勻沉降

大型地下室中包含較多高層塔樓便會產生不均勻沉降的問題。嚴重的不均勻沉降會使上部建筑傾斜，產生地下室頂板開裂、破壞地下室防水等嚴重后果。文章根據工程經驗總結了2個主要處理方向，以解決大型地下室不均勻沉降的問題。

4.1 釋放沉降，減小沉降差

主體結構與地庫之間設置沉降后澆帶，該方法較為常見且實用，通常情況下，即沉降差不大且對鋼筋產生的應力較小的情況下，一般鋼筋不采用斷開處理。一般主體結構封頂后，其沉降已經得到大部分的釋放，再澆筑沉降后澆帶。該方法旨在優先釋放主體結構沉降量，使得主體結構與周邊結構沉降差減小，以解決不均勻沉降問題。但是該方法的缺點也是顯而易見的，首先，由于沉降后澆帶一般在主體結構封頂后一至兩個月左右封閉，且需要確定主體結構的沉降已經穩定后，這使得施工工期延長。其次，沉降后澆帶暴露時間較長，質量難以得到保障。最后，主體結構在施工期間長期處于無嵌固狀態，難以保證整體穩定性。

4.2 約束沉降，減小沉降差

（1）采用端承樁，主體結構與周邊地下室結構均設置端承樁，使其受力處于同一持力土層上，有效減小沉降差。該方法基礎耗材較多，但在山地建筑或者地下土層較淺的基巖或者砂卵石層的基礎上，有顯著且經濟的效果。

（2）采用地基處理調整地基反力，提高主體結構與周邊地下室結構下的地基反力，加強土層的承載能力，使沉降量得到有效控制。結構設計過程中，應根據上部結構情況與地基土層條件，采用合適的方法，并在計算上考慮基礎的補償作用和適當考慮基坑開挖后的坑底反彈位移。

5 結束語

文章詳細闡述并解析在地下室設計中應重視的幾個常見問題，但隨著時代的發展，未來建筑物將會面對更多更難的問題，當建筑物追求高度的同時，其深度勢必也會不斷加深，這同時也預示著地下室設計難度不斷提升。但是滲漏、裂縫、浮力和不均勻沉降問題始終不可避免，通過科學的優化、合理的設計，確保設計質量的同時通過簡便且經濟的方法解決問題，是每個設計工作者的責任和義務。