高層混凝土結(jié)構(gòu)地下室和樓板抗裂設(shè)計(jì)探析

【關(guān)鍵詞】高層混凝土結(jié)構(gòu)；地下室；樓板；抗裂 

　　1.工程概況 

　　某高層住宅共建設(shè)25層高層住宅6棟，10層小高層住宅5棟，建筑總面積36萬(wàn)m2，在高層住宅底部建通廊的地下車(chē)庫(kù)，總長(zhǎng)約160m，地下室底板厚35cm，用C30混凝土，底板考慮抗浮地下水位-2.8m，計(jì)算裂縫控制0.3mm。 

　　從現(xiàn)場(chǎng)看，地下室底板滲水嚴(yán)重，即有明顯的裂縫滲水，在裂縫之間也有面滲，說(shuō)明混凝土中有空鼓等現(xiàn)象致使混凝土結(jié)構(gòu)不密實(shí)；底板雖做了找坡層，但滲水狀況還是很清晰，從現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)槽的滲水部位可看出這些部位的底板滲水嚴(yán)重，如車(chē)道口等部位因底板混凝土碎裂導(dǎo)致的滲水現(xiàn)象異常嚴(yán)重。究其成因，根據(jù)建設(shè)單位的介紹和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，成因大致如下：底板大量碎裂可能的成因主要是：底板厚度及混凝土的強(qiáng)度可能不夠，施工時(shí)可能存在振搗不均勻或漏振現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土收縮等。側(cè)墻及頂板開(kāi)裂滲水，成因主要是振搗不均勻或漏振、墻面養(yǎng)護(hù)不夠等，即現(xiàn)場(chǎng)操作不到位致使底板裂縫嚴(yán)重，實(shí)測(cè)裂縫共32處，裂縫寬度從0.3～1.4mm，裂縫總長(zhǎng)度達(dá)1350m。 

　　2.高層混凝土結(jié)構(gòu)地下室和樓板設(shè)計(jì)不合理 

　�。�1）墻體配筋不合理。許多地下室外墻鋼筋直徑過(guò)粗、間距過(guò)大，減小了對(duì)混凝土收縮的約束，造成了墻體裂縫。如某工程地下室外墻配筋為雙層雙向聲20@200，其外墻每隔5～6m就出現(xiàn)1道豎向裂縫。 

　�。�2）“后澆帶”設(shè)計(jì)不合理。未根據(jù)地基對(duì)底板的約束情況確定合理的后澆帶間距。某地下室最大邊長(zhǎng)200m，中間僅設(shè)2道后澆帶（其最大間距達(dá)70m），且底板設(shè)有大量的抗浮錨桿，加大了對(duì)底板的約束作用，限制了混凝土的收縮變形，導(dǎo)致了地下室多處開(kāi)裂和滲漏。另外，因后澆帶部位清理困難，若后澆帶設(shè)置過(guò)多，會(huì)形成較多的滲漏隱患。在底板后澆帶中采用鋼板止水帶，由于止水鋼板下部難以清理且混凝土不密實(shí)，易出現(xiàn)滲漏[1]。 

　�。�3）混凝土強(qiáng)度等級(jí)過(guò)高。某工程地下室外墻采用C50混現(xiàn)了裂縫。 

　�。�4）防水材料選擇不合理。由于地下工程的作業(yè)面潮濕、操作環(huán)境差，要求防水材料有較好的適應(yīng)性。因此，一些工程盡管選擇了三元乙丙等高檔防水卷材，但其外防水效果卻很差。 

　　3.高層混凝土結(jié)構(gòu)地下室和樓板的抗裂設(shè)計(jì) 

　　通過(guò)優(yōu)化混凝土配合比，澆筑時(shí)有序地組織施工，即時(shí)進(jìn)行二次振搗和壓抹消除結(jié)構(gòu)淺表的早期塑性裂縫；按照信息化施工的原則進(jìn)行保濕蓄熱養(yǎng)護(hù)，控制混凝土的內(nèi)外溫差和降溫速率，使混凝土在溫度相對(duì)平穩(wěn)、濕度較大的小氣候條件下硬化，可以有效地減少混凝土的溫度收縮變形，從而降低混凝土結(jié)構(gòu)的溫度收縮應(yīng)力，使大體積混凝土的裂縫得到有效的控制[2]。 

　　有地下室的單體高層建筑和多塔高層建筑，地下室周邊的鋼筋混凝土外墻及墻外側(cè)土體對(duì)地下室都有一定的約束，從而在一定程度上限制了地下室的側(cè)向位移�？紤]這一約束條件并對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的剛度和承載力進(jìn)行加強(qiáng)調(diào)整，地震作用下高層建筑的塑性鉸就可能在地下室的頂板上部出現(xiàn)，從而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可將地下室頂板作為嵌固部位考慮。 

　　3.1地基基礎(chǔ)的補(bǔ)償性設(shè)計(jì) 

　　在軟弱地基上建造采用淺基礎(chǔ)的高層建筑時(shí)，常常會(huì)遇到地基承載力或地基沉降不滿足要求的情況。采用補(bǔ)償性基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是解決這一問(wèn)題的有效途徑之一。 

　　不妨將一艘航空母艦看成是一幢建筑物，我們會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)該建筑物竟然可以建造在毫無(wú)抗剪強(qiáng)度的海水之中。船體之所以不會(huì)沉沒(méi)，是因?yàn)榇�甲板以下有足夠的空�?wèn)，船體的重量被其所排開(kāi)的水的重量置換了。同樣地，只要把建筑物的基礎(chǔ)或地下部分做成中空、封閉的形式，那么被挖去的土重就可以用來(lái)補(bǔ)償上部結(jié)構(gòu)的部分甚至全部重量。這樣，即使地基極其軟弱，地基的穩(wěn)定性和沉降也都很容易得到保證。按照上述原理進(jìn)行的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，可稱(chēng)為補(bǔ)償性基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，這樣的基礎(chǔ)稱(chēng)為補(bǔ)償性基礎(chǔ)。當(dāng)基底實(shí)際平均壓力p（已扣除水的浮力）等于基底平面處土的自重應(yīng)力 時(shí)，稱(chēng)全補(bǔ)償性基礎(chǔ)；小于 ，稱(chēng)超補(bǔ)償?shù)�；大�?為欠補(bǔ)償?shù)�。箱形基礎(chǔ)和具有地下室的筏形基礎(chǔ)是常見(jiàn)的補(bǔ)償性基礎(chǔ)類(lèi)型。迄今為止，國(guó)外已成功地在深厚的軟土地基上采用補(bǔ)償性基礎(chǔ)建造了不少高層建筑。雖然補(bǔ)償性基礎(chǔ)設(shè)計(jì)使得基底附加壓力 大為減小，由 產(chǎn)生的地基沉降自然也大大減小甚至可以不予考慮，但基礎(chǔ)仍然存在沉降問(wèn)題，因?yàn)樵谏罨�坑開(kāi)挖過(guò)程中所產(chǎn)生的坑底回彈及隨后修筑基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的再加荷可能引起顯著的沉降�？梢哉f(shuō)，任何補(bǔ)償性基礎(chǔ)都不免有一定的沉降發(fā)生。 

　　坑底的回彈是在開(kāi)挖過(guò)程中連續(xù)、迅速發(fā)生的，因而無(wú)法完全避免，但如能減少應(yīng)力的解除量，亦即減少膨脹，則再加荷時(shí)的隨后沉降將顯著減小，因?yàn)闇p少應(yīng)力的解除，再壓縮曲線的滯后程度也將相應(yīng)減小。 

　　在第一階段，基坑只開(kāi)挖到預(yù)定總深度的一半左右，這樣可以減少坑底回彈，同時(shí)也有利于坑底土體的穩(wěn)定。為了進(jìn)一步減少應(yīng)力解除，還可以在基坑內(nèi)布置深井進(jìn)行抽水，以便大幅度降低地下水位，使地基中的有效自重壓力增加。 

　　第二階段的開(kāi)挖，采用重量逐步置換法。即按照箱基隔墻的位置逐個(gè)開(kāi)挖基槽，到達(dá)基底標(biāo)高后，在槽內(nèi)澆筑鋼筋混凝土隔墻，讓墻體的重量及時(shí)代替挖除的土重。接著建造一部分上部結(jié)構(gòu)，然后次第挖去墻間的土并澆搗底板，形成封閉空格后，立即充水加壓[3]。 

　　基坑開(kāi)挖時(shí)還需注意避免長(zhǎng)時(shí)間浸水，開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)修建基礎(chǔ)，因?yàn)閼?yīng)力的解除會(huì)導(dǎo)致土中粘土顆粒表面的結(jié)合水膜增厚，使土體體積膨脹、坑底隆起，結(jié)果將加劇基礎(chǔ)的沉降。 

　　3.2樓板強(qiáng)度驗(yàn)算 

　　地下室在施工期間，須確保其樓板在地下水浮力作用下具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并滿足抗裂要求。地下室樓板（這里特指筏基）在使用期間通常是按倒樓蓋法進(jìn)行內(nèi)力分析的，但在施工期間，由于上部結(jié)構(gòu)尚未建造，或上部結(jié)構(gòu)已建造但其剛度尚未形成，故樓板的內(nèi)力計(jì)算不能按倒樓蓋法進(jìn)行，應(yīng)結(jié)合具體情況選擇合適的計(jì)算簡(jiǎn)圖。如果樓板的截面尺寸過(guò)大或配筋過(guò)多，可考慮在樓板下設(shè)置抗拔錨桿或抗拔樁以改變樓板的受力狀態(tài)。 

　　結(jié)論 

　　為減少高層建筑主樓與裙房間的差異沉降，施工時(shí)通常在裙房一側(cè)設(shè)置后澆帶，后帶的位置宜設(shè)在距主樓邊柱的第二跨內(nèi)。這樣可以加大主樓基礎(chǔ)的底面積，減小基底力，同時(shí)基底壓力仍基本呈線性分布。后澆帶混凝土宜根據(jù)實(shí)測(cè)沉降值并在計(jì)算后期沉差能滿足設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行澆筑。后澆帶的處理方法與施工縫相同。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1]李黨義，李曦. 建筑施工過(guò)程中混凝土抗裂性問(wèn)題及解決策略[J]. 商品混凝土，2013，05：119-120. 

　　[2]孫紅偉. 水泥品質(zhì)對(duì)混凝土抗裂性影響[J]. 山西建筑，2011，04：110-111. 

　　[3]李軍，師瑞峰. 如何選擇混凝土抗裂措施的探討[J]. 內(nèi)蒙古石油化工，2011，02：33-34.