工業建筑地坪設計概述

楊惲爽

（重慶大學建筑規劃設計研究總院有限公司，重慶 400044）

0 引言

工業建筑指供人民從事各類生產活動的建筑物和構筑物，一般以廠房為主體，配以辦公樓、宿舍樓等其他建筑物。工業革命在改變人們生活的同時，也把世界推向了一個新的維度，而隨之誕生的工業建筑成為人們生產生活中必不可少的一個部分，并一度成為一個國家綜合國力的代表。

1949年后，我國大力發展工業生產，工業建筑開始在全國范圍內大量建設，而改革開放以后各類生產企業相繼誕生，又出現了大批的工業建筑。這些工業建筑為中國經濟復蘇起到了非常重要的作用，例如，“一五”至“三五”期間建設的長春第一汽車制造廠、洛陽軸承廠、攀枝花鋼鐵廠等至今都是我國重要的工業生產基地。進入21世紀，我國的城市發生了巨大的變化，各類工業建筑也在不斷升級，這些工業建筑出現了許多問題，但從筆者接觸的各類企業來看，“地坪開裂”是關注度較高的一個問題，它直接影響企業的正常生產和使用，因此在工業建筑的設計中受到地坪設計師的關注。

1 地坪相關概念和地坪處理辦法

根據《建筑地面設計規范》（GB 50037—2013）中對地坪設計的基本要求[1]，地坪主要由以下5個層次構成：地基（素土夯實）、基層、墊層、附加層、面層。

但是隨著時代的進步，在當下的通用做法中一般地坪趨于簡潔化，基層和附加層基本不再采用，原則上只采用地基（素土夯實）、墊層、面層，因此本文只重點論述地基（素土夯實）、墊層和面層的相關做法及概念。

1.1 地基

地基就是指承受底層地面荷載的土層，地基承載力是地基所能承受的荷載能力，一般以kPa為單位，1 kPa=1 kN/m2，即1 t在1 m2上的壓力。從持力層土質提供的承載力特征值大小可以初步判斷土質的好壞，一般承載力特征值不小于180 kPa的為好土，低于180 kPa的可認為土質不好。回填土的承載力一般為60~80 kPa。

在地坪設計中首先要根據地勘報告，判斷出地基的承載力大小，根據地基的承載力大小和生產需求來綜合判斷地坪的設計處理辦法。

（1）對于深回填土地基處理方案一般采用分層碾壓和強夯處理，其他加強地基方式由結構專業出具。其中，分層碾壓夯實處理的每層厚度不超過300 mm，壓實系數大于93%；強夯處理要求達到標準，地基承載力超過130 kPa，壓縮模量超過10 MPa。

（2）判斷地基土質是新土還是老土，如果是老土（挖方區）則可以不配筋，而新土（填方區）則要考慮配筋，配下層雙向鋼筋。

（3）觀察原始地坪與設計地坪的正負零絕對標高之間的高差，如果在1 m以上，則需要配筋（或加鋼纖維），因為地坪厚度大約為500 mm，地坪以下的500 mm地基通過分層碾壓其壓實度基本可以達到90%，所以1 m以上高差需要配筋，否則有沉降風險。

（4）上層是否配筋則是根據地坪荷載來決定，例如，局部的荷載達到10 t/m2，那么局部的大荷載地面壓力較大，需要上層配筋。

（5）在資金允許的情況下，可以把地坪做成結構樓板。此方法基本可保證地坪萬無一失，但造價較高。

1.2 墊層設計

通常情況下，墊層的設計主要是考慮配筋和層的厚度。上層鋼筋主要承受彎拉力，控制表層開裂，屬于裂紋控制筋，鋼筋可以細一點、密一點，鋼筋直徑控制在6~8 mm。下層鋼筋主要防止沉降（土質不好的情況），屬于承載鋼筋。

建議根據基層土質情況以及荷載情況，結合結構專業進行設計。土質較差、荷載較大的地基可以考慮使用鋼纖維混凝土墊層。

1.3 面層設計

面層可根據企業不同的生產特性來做出選擇。例如，對地面平整度要求較高的裝配式、電子類企業可采用氧類（樹脂類）面層，如自流平環氧砂漿地坪、環氧砂漿地坪等；當對地坪承載力、面層的耐磨度要求較高時，可以選擇水泥類整體面層，如混凝土整體地坪、耐磨混凝土整體地坪、鋼纖維混凝土整體地坪、混凝土封固化劑整體地坪。當有防腐防油要求時，可以選擇防腐防油面層，如防油滲混凝土地坪、耐酸堿塊材（耐酸堿材料）混凝土地坪等；當對火花和靜電控制要求較高的生產要求時，可以選擇不發火、防靜面層，如不發火花砂漿（細石混凝土）地坪、NFJ防靜電不發火地坪等[2]。

2 地坪開裂的種類、成因及部分治理措施

地坪開裂的種類主要可以分為沉降性裂縫、溫度應力裂縫和表面裂縫三大類。

2.1 沉降性裂縫成因及治理措施

沉降性裂縫主要是因為在場地的回填區未按規范和設計要求進行分層碾壓和強夯，造成地坪下方出現太多的空虛孔洞，隨著時間的累計其下部空虛部位不斷沉降，造成地坪開裂。在實際的實施過程中通常采用以下3種解決辦法。

（1）控制好回填區的回填土質，嚴格對回填土實施分層碾壓，壓實度不得低于93%。

（2）認真分析地勘報告，如果地基土質較差、荷載較大可以考慮鋼纖維混凝土墊層或墊層配筋，在墊層配筋做法中，將配筋分為上下兩層鋼筋。上層鋼筋主要承受彎拉力，控制表層開裂，屬于裂紋控制筋，鋼筋可以細一點、密一點，鋼筋間距控制在250 mm、200 mm或者150 mm，鋼筋直徑控制在6~8 mm。下層鋼筋主要防止沉降（土質不好的情況），屬于承載鋼筋，需要檢查地基彈性模量和受力能否滿足荷載要求。實際上防止沉降最好的辦法是把基層的土質處理好，如果強夯可以落實好，那么地基的承載力就可以得到保證，承載鋼筋也只是輔助，并不能保證沒有沉降。

（3）如果土質非常不好，或者生產企業對地坪裂縫控制有很高的要求，需要會同結構專業考慮做結構樓板。

2.2 溫度應力裂縫成因及治理措施

溫度應力裂縫主要是因為地坪面層在設計和實施過程中未做溫度縫，或溫度縫的實施不到位造成的，主要解決辦法還是要嚴格按照規范或者圖集嚴格實施地坪溫度縫。

切縫：地坪切縫應按伸縫（真縫）、縮縫（假縫）與沉降縫（真縫）分別設置，一般的室內地坪都是縮縫。

伸縫：防止混凝土墊層在氣溫升高時在縮縫邊緣產生擠碎或拱起而設置的坪縫。室內地面一般可不設置伸縫，室外地坪采用混凝土墊層時應設置伸縫，間距為20 m。

縮縫：防止混凝土墊層在氣溫降低時產生不規則裂縫而設置的收縮縫。

切縫的具體方法如下。

縱向縮縫：平行于施工方向的縮縫（與跨度相平行的是施工方向）。間距3~6 m，切到地坪面層設計厚度的2/3厚度處。當混凝土墊層厚度小于150 mm時，宜采用平頭縫；當混凝土墊層厚度大于150 mm時，可采用企口縫。

橫向縮縫：垂直于施工方向的縮縫。間距6~12 m，切到地坪面層設計厚度的1/3處。混凝土墊層縮縫平面布置如圖1所示。

圖1 混凝土墊層縮縫平面布置

2.3 面層裂縫成因及治理措施

面層裂縫出現主要原因是混凝土的配合比不正確，切縫的時間和方法掌握不好，若混凝土已經凝固再進行切縫會產生開裂。當前工程中出現的裂紋90%為面層裂縫。

根據設計圖紙配合比的具體要求選擇合適的水泥品種、等級，采用符合規范要求的粗細骨料，粗細材料要在使用前對含泥量、含水率、有機雜質等進行檢測。宜優先選用中粗砂和粒徑合格的中小石子，中粗砂含泥量小于3%，中小石子含泥量小于1%。同時，對石料強度進行堅固性試驗，保證強度不低于60 MPa，對泥土含量超標的粗細骨料進行沖洗，檢驗達標后方可作為混凝土原材料。外加劑在使用前應經過混凝土配合比試驗，確定其摻加比例[3]。同時，優化混凝土配合比組分，進而降低混凝土水化熱。

3 地坪設計中應注意的其他幾個要點

（1）地坪配筋位置：上層配筋在面層下3 cm左右，下層配筋在墊層中偏下一點。如果下層配筋直徑過大，切縫則會受到影響。

（2）查看地勘報告的剖面圖，原始地坪與設計正負零的絕對標高之間的高差在1 m以上，則需要考慮回填，此過程涉及壓實，當前有很多種壓實手段都可以滿足設計要求；如果高差在1 m左右，則不需要考慮回填，若高差在1 m以下，正常施工的時候，可能還會向下開挖一點。因此需要計算地坪的整體厚度[4]。

（3）機加工車間，機床很多并且局部（有機車的地方）荷載較大，地坪墊層需要考慮到位，通常業主不考慮獨立基礎，因此可以加厚墊層，例如，墊層厚度可加厚至300~350 mm，配雙層雙向鋼筋。

（4）裝配車間通常是一條裝配線流水作業，對平整度、沉降都有較高的要求，需要把各方面細節考慮到位。

（5）下料車間通常是滿載、大面積密集堆料，對墊層的要求更高，特別引起重視。一般地坪荷載是10 t/m2，地基受力通常設計為20 t/m2。所以各類車間在考慮地坪設計時需要先落實工藝設計，結合地勘以及結構專業的意見進行綜合考慮。地坪的造價占工程造價的25%以上。

（6）地基土質：地下水對密實后沙性土的影響不大，承載力很好，荷載較輕，可以不配筋。

（7）地基半固化層：在一些特殊區域，如黏質土、彈簧土等區域，其地基素土夯實很難達到壓實系數要求的情況下，需要在地基素土夯實和墊層之間增加一層地基半固化層（圖2），通常采用灰土、碎石加強層或水穩層。

圖2 地基半固化層

關于地基半固化層，首先需要確定子項地基屬于挖方區還是填方區、地下水位高還是地下水位低、彈簧土還是黏質土等；根本的處理是原始基層能夠夯實，但是原始基層為黏質土或彈簧土時，強夯很難達到效果，可以采用表1中的方法處理；造價要看地區的差異，若當地的混凝土、鋼筋便宜，石頭貴，則不用碎石。地基半固化層的類型、做法及適用情況如表1所示。

表1 地基半固化層的類型、做法及適用情況

4 結語

與一般的建筑相比，工業建筑更多應用于工業生產活動，因此對其結構要求更高。因此，在設計工業建筑時要對其科學、合理地進行設計，從而保障工程的質量。地坪設計一直以來都是工業建筑中關注度較高的話題，希望通過上述討論，能為此類工程帶來一定的參考。