地下室設(shè)計(jì)中存在的問題及預(yù)防措施

華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200070

如今隨著城市的不斷發(fā)展，建筑地下室的使用功能及體量規(guī)模也隨之發(fā)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(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性較高的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證結(jié)構(gòu)安全可靠的基礎(chǔ)上還需面對地下室滲漏、裂縫、浮力等問題，這也促使設(shè)計(jì)人員在地下室設(shè)計(jì)過程中需要考慮更為全面。

1 滲漏問題

1.1 滲漏問題產(chǎn)生的原因

常規(guī)的地下室結(jié)構(gòu)以混凝土框架結(jié)構(gòu)為主，主要材料為鋼筋混凝土，混凝土自身的材料特性使結(jié)構(gòu)通常帶裂縫工作，因而解決滲漏問題尤為重要。產(chǎn)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(shí)使其不出現(xiàn)蜂窩麻面的現(xiàn)象。

（2）施工養(yǎng)護(hù)原因?；炷猎谒^程中產(chǎn)生收縮應(yīng)力，并且由于內(nèi)外溫度變化引起溫度應(yīng)力，在施工養(yǎng)護(hù)過程中又難以保證其質(zhì)量。

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

1.2 滲漏問題的預(yù)防措施

（1）設(shè)置后澆帶。在施工過程中，后澆帶能釋放混凝土初期較短時(shí)期內(nèi)的約束力。

（2）設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶。由于地下室混凝土中一般會摻入膨脹劑，膨脹加強(qiáng)帶能補(bǔ)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(shè)水平溫度筋，例如地下室外墻內(nèi)亦可增設(shè)水平暗梁，從而抵抗拉力。

（4）采用防水混凝土。優(yōu)化混凝土配給方法或摻入大量外加劑或膨脹劑以增強(qiáng)混凝土的抗裂性和抗?jié)B性。

（5）采用柔性外防水。地下室的各個(gè)迎水面采用柔性外防水層設(shè)計(jì)，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(diào)配各個(gè)方法之間的組合應(yīng)用，例如工程量較小的工程可以采用側(cè)壁和底板用防水混凝土加柔性外防水組合，這種建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式在避免混凝土材料自身收縮開裂的同時(shí)，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(chǎn)生的原因

建筑規(guī)模越來越大，超長結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日趨常見，然而超長結(jié)構(gòu)所帶來的開裂問題也越發(fā)明顯。若結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，會嚴(yán)重影響建筑的使用與壽命，產(chǎn)生裂縫問題的原因如下所述。

（1）設(shè)計(jì)原因。平面布置尺寸超長不合理，不可設(shè)置伸縮縫等。

（2）施工原因?；炷磷陨硎湛s變形或者混凝土養(yǎng)護(hù)中的溫差過大。

2.2 裂縫問題的預(yù)防措施

（1）配筋設(shè)計(jì)。布置直徑小且間距小的分布鋼筋，并且在應(yīng)力集中處設(shè)置加強(qiáng)筋。

（2）設(shè)置后澆帶。每隔55m左右宜設(shè)置1條后澆帶，與常規(guī)后澆帶設(shè)置方法不同的是超長結(jié)構(gòu)的后澆帶鋼筋宜斷開，寬度應(yīng)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(shè)計(jì)需求。

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

（6）施工養(yǎng)護(hù)。混凝土施工養(yǎng)護(hù)始終是一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，控制好混凝土表面溫度并且做好測溫監(jiān)測工作，合理選擇養(yǎng)護(hù)方法，防止混凝土收縮開裂。

抗裂應(yīng)注意合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合理施工方法相結(jié)合，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上設(shè)置后澆帶和配筋設(shè)計(jì)，以及各類施工工藝，包括材料的選用以及施工養(yǎng)護(hù)的重視，才能有效解決裂縫問題，使結(jié)構(gòu)既不產(chǎn)生過大的變形，又不產(chǎn)生過大的應(yīng)力，確保結(jié)構(gòu)承載力和使用的需要。

3 浮力問題

大型地下室結(jié)構(gòu)上部一般存在一棟或者多棟獨(dú)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(qū)域或者純地下室區(qū)域便存在覆土及常規(guī)活荷載，故需要格外注重浮力問題。地下室各區(qū)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(gè)區(qū)域進(jìn)行受壓能力與抗浮能力計(jì)算。

3.1 減小建筑埋深，間接減小水浮力

（1）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。通常地下室底板采用倒樓蓋式筏板基礎(chǔ)或梁板式筏板基礎(chǔ)。梁板式筏板基礎(chǔ)一般采用低位板形式，即基礎(chǔ)上可以回填覆土從而增加整個(gè)基礎(chǔ)重量達(dá)到抗浮作用，但倒樓蓋式筏板基礎(chǔ)的優(yōu)勢是其基礎(chǔ)厚度比梁板式筏板基礎(chǔ)薄，從而可以減小建筑埋深，一般可優(yōu)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(jià)。

（2）樓蓋設(shè)計(jì)?？梢圆捎脽o梁樓蓋或者寬扁梁，有效利用縱下埋深空間，盡可能減小結(jié)構(gòu)高度以滿足建筑及設(shè)備需求。根據(jù)工程方案比較經(jīng)驗(yàn)，采用寬扁梁較采用常規(guī)梁板設(shè)計(jì)可優(yōu)化200mm左右的結(jié)構(gòu)高度，采用無梁樓蓋較采用寬扁梁又可優(yōu)化400mm左右的結(jié)構(gòu)高度（跨中區(qū)域，不含柱帽），從而減小建筑埋深，提高整體經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

3.2 增加結(jié)構(gòu)自重，直接抵抗水浮力

（1）增加基礎(chǔ)自重。通常采取增加底板厚度以及基礎(chǔ)頂面覆土厚度，從而增加結(jié)構(gòu)自重，但基礎(chǔ)增厚的同時(shí)，會導(dǎo)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(yīng)厚度所產(chǎn)生的水浮力，故此方法理論可行，實(shí)際工程中可適當(dāng)應(yīng)用。

（2）增加樓蓋自重。樓蓋采用大板設(shè)計(jì)，一方面可以增加結(jié)構(gòu)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(fù)擔(dān)較大，可優(yōu)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(shí)際工程可以適當(dāng)考慮。

3.3 設(shè)置抗拔樁，直接抵抗水浮力

采用設(shè)置抗拔樁設(shè)計(jì)是較為常規(guī)且行之有效的抗浮措施?？垢≡O(shè)計(jì)時(shí)需注意以下要點(diǎn)。

（1）抗拔樁不宜在柱下設(shè)置，因?yàn)橹准谐袎汉奢d較大，與抗拔樁的抗浮反力共同作用下易對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的沖切破壞。

（2）抗浮設(shè)計(jì)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(tài)下抗拔樁處于高低起伏的變化中，其自身性質(zhì)從抗拔樁轉(zhuǎn)變?yōu)槌袎簶叮@種情況下會產(chǎn)生不均勻沉降。該現(xiàn)象在不斷縫的主體結(jié)構(gòu)與裙房交界處的大底板基礎(chǔ)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(yán)重后果，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)中應(yīng)注重手算驗(yàn)算，復(fù)核驗(yàn)算結(jié)果，并且根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(chǎn)生不均勻沉降的問題。嚴(yán)重的不均勻沉降會使上部建筑傾斜，產(chǎn)生地下室頂板開裂、破壞地下室防水等嚴(yán)重后果。文章根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了2個(gè)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(jié)構(gòu)與地庫之間設(shè)置沉降后澆帶，該方法較為常見且實(shí)用，通常情況下，即沉降差不大且對鋼筋產(chǎn)生的應(yīng)力較小的情況下，一般鋼筋不采用斷開處理。一般主體結(jié)構(gòu)封頂后，其沉降已經(jīng)得到大部分的釋放，再澆筑沉降后澆帶。該方法旨在優(yōu)先釋放主體結(jié)構(gòu)沉降量，使得主體結(jié)構(gòu)與周邊結(jié)構(gòu)沉降差減小，以解決不均勻沉降問題。但是該方法的缺點(diǎn)也是顯而易見的，首先，由于沉降后澆帶一般在主體結(jié)構(gòu)封頂后一至兩個(gè)月左右封閉，且需要確定主體結(jié)構(gòu)的沉降已經(jīng)穩(wěn)定后，這使得施工工期延長。其次，沉降后澆帶暴露時(shí)間較長，質(zhì)量難以得到保障。最后，主體結(jié)構(gòu)在施工期間長期處于無嵌固狀態(tài)，難以保證整體穩(wěn)定性。

4.2 約束沉降，減小沉降差

（1）采用端承樁，主體結(jié)構(gòu)與周邊地下室結(jié)構(gòu)均設(shè)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(chǔ)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(chǔ)上，有顯著且經(jīng)濟(jì)的效果。

（2）采用地基處理調(diào)整地基反力，提高主體結(jié)構(gòu)與周邊地下室結(jié)構(gòu)下的地基反力，加強(qiáng)土層的承載能力，使沉降量得到有效控制。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)情況與地基土層條件，采用合適的方法，并在計(jì)算上考慮基礎(chǔ)的補(bǔ)償作用和適當(dāng)考慮基坑開挖后的坑底反彈位移。

5 結(jié)束語

文章詳細(xì)闡述并解析在地下室設(shè)計(jì)中應(yīng)重視的幾個(gè)常見問題，但隨著時(shí)代的發(fā)展，未來建筑物將會面對更多更難的問題，當(dāng)建筑物追求高度的同時(shí)，其深度勢必也會不斷加深，這同時(shí)也預(yù)示著地下室設(shè)計(jì)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(xué)的優(yōu)化、合理的設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)通過簡便且經(jīng)濟(jì)的方法解決問題，是每個(gè)設(shè)計(jì)工作者的責(zé)任和義務(wù)。