大型商業(yè)建筑超長(zhǎng)無縫抗浮地下室的設(shè)計(jì)

鄒正高宇程

（1、美國(guó)SCA國(guó)際設(shè)計(jì)集團(tuán)四川海辰工程設(shè)計(jì)研究有限公司，四川 綿陽(yáng) 621000 2、中山市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，廣東 中山 528400）

一、工程概況

廣東中山長(zhǎng)堤路-鳳鳴路片區(qū)改造工程二期B區(qū)，總建筑面積88002m2，為大底盤、多層結(jié)構(gòu)。其中地下室建筑面積34726m2，結(jié)構(gòu)最大長(zhǎng)約310m，最大寬約64m，無伸縮縫。地下室分為二個(gè)區(qū):B1區(qū)結(jié)構(gòu)最大長(zhǎng)約190m，最大寬約48m，B2區(qū)結(jié)構(gòu)最大長(zhǎng)約148m，最大寬約64m。地下室為兩層，無人防設(shè)計(jì)，負(fù)1層板厚0.12m，頂板厚0.22m，側(cè)墻厚0.45~0.80m。筏板厚度1.0m~1.5m。地下室混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C35，防水等級(jí)為二級(jí)，筏板、頂板填土部分和負(fù)1層地下室外墻混凝土抗?jié)B等級(jí)為P6，負(fù)2層地下室外墻混凝土抗?jié)B等級(jí)為P8。按照設(shè)計(jì)規(guī)范，本工程地下室結(jié)構(gòu)屬于超長(zhǎng)大面積混凝土結(jié)構(gòu)工程，所以針對(duì)實(shí)際情況，采取多種技術(shù)措施來防止由于結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)引起的裂縫?；A(chǔ)部分則是采用天然筏板基礎(chǔ)，并使用CFG樁處理地基防止基底不均勻沉降，整個(gè)建筑的抗浮除自重抵消的部分外，均由設(shè)置于筏板底的抗浮錨桿承擔(dān)。

二、超長(zhǎng)地下室無縫設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于混凝土材料的力學(xué)特性，抗拉強(qiáng)度低，韌性差，以及在結(jié)硬過程中產(chǎn)生自身收縮，理論和實(shí)踐均證明，如不采取措施，則難以滿足混凝土規(guī)范中對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫寬度的要求。因此，為防止出現(xiàn)這樣的情況，該超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取如以下措施。

1.設(shè)置后澆帶

(1)間距。結(jié)合本工程建筑物長(zhǎng)度、以及中山的氣候環(huán)境特點(diǎn)綜合考慮，后澆帶間距一般控制在40～50m左右。

(2)位置。小跨梁開間或受力較小的部位，一般設(shè)置在梁跨1/2處。根據(jù)結(jié)構(gòu)模型設(shè)置情況可沿平面曲折通過。

(3)寬度。綜合考慮，本工程后澆帶寬度取為1000mm。

(4)鋼筋。后澆帶部位的構(gòu)件鋼筋不截?cái)?，并增設(shè)不少于原配鋼筋20%配筋量的附加鋼筋,深入后澆帶兩側(cè)各1000mm，這樣可避免梁鋼筋全部截?cái)嗪笤斐傻匿摻畲?、焊接困難。

( 5)澆筑時(shí)間。為最大限度減少混凝土施工過程的溫度及收縮應(yīng)力，后澆帶的保留時(shí)間應(yīng)不少于兩個(gè)月，且澆筑時(shí)的溫度宜低于主體混凝土澆筑時(shí)的溫度。

(6)混凝土。采用強(qiáng)度等級(jí)與兩側(cè)混凝土較高者相同的補(bǔ)償收縮的混凝土澆筑。

(7)斷面形式。一般避免留直縫，對(duì)于板可留斜縫;對(duì)于梁及基礎(chǔ)，可留企口縫。

(8)地下室有防水要求，在新老混凝土之間設(shè)置鋼板止水帶，以防止?jié)B漏。

2.采用低水化熱的水泥配置混凝土并適量加入粉煤灰

混凝土內(nèi)外部溫差過大會(huì)產(chǎn)生裂縫，主要是由水泥水化熱引起的。地下室超長(zhǎng)大體積混凝土基礎(chǔ)中，混凝土強(qiáng)度級(jí)別較高，水泥用量大，因此混凝土在初凝過程中會(huì)有大量水化熱產(chǎn)生。混凝土是熱的不良導(dǎo)體，又由于地下室底板及筏板幾何尺寸巨大，這些熱量不易及時(shí)排出而積聚，導(dǎo)致了其內(nèi)部溫度迅速升高(最高時(shí)可達(dá)70～80℃);相反，在構(gòu)件表面由于散熱條件良好，溫度保持較低水平。這樣就出現(xiàn)了內(nèi)外溫差,這種相對(duì)的"內(nèi)脹外縮"使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)它超過混凝土拉伸極限時(shí)，裂縫就產(chǎn)生了。

粉煤灰水泥系在硅酸鹽水泥中摻入占水泥重量20%～40%的粉煤灰組合而成。其有如下特性：早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快；水化熱較??；耐凍性差；耐硫酸鹽腐蝕及耐水性較好；抗炭化能力差；抗?jié)B性較好；干縮性較??；抗裂性較好。

選擇粉煤灰水泥在技術(shù)上有兩點(diǎn)好處：一是減少內(nèi)部水化熱的產(chǎn)生 (因?yàn)闇p少了水泥用量)；二是減少混凝土的"干縮"量，這樣從整體上對(duì)裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展起到了預(yù)防和抑制作用。

3.加大碎石骨料用量

碎石骨料表面粗糙與水泥的膠結(jié)良好，同樣配比的混凝土其強(qiáng)度較卵石混凝土高，并可降低水化熱，收縮變形小，從而裂縫也小。在滿足施工泵送要求的情況下，加大碎石骨料用量,降低水泥用量，減小混凝土的水化熱，能更好地保證混凝土的質(zhì)量。

4.降低水灰比

確定設(shè)計(jì)配合比階段,采取降低水灰比的措施。采取該措施的目的在于減少用水量，降低混凝土的收縮。同時(shí)建議施工單位在混凝土澆筑階段，采用二次振搗的工藝，即在混凝土初凝前進(jìn)行二次振搗，避免混凝土因沉降收縮而引起的裂縫。

5.摻加膨脹劑

本工程地下室所有混凝土均添加SY-G類高抗裂膨脹劑，并要求保證水中養(yǎng)護(hù)14天的混凝土限制膨脹率大于等于0.025%。膨脹劑通過水化反應(yīng)，使混凝土產(chǎn)生適量膨脹，在鋼筋和鄰位的限制下，在混凝土中建立0.3～0.5MPa的預(yù)壓應(yīng)力，可大致抵消混凝土干縮及溫度收縮時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防止混凝土開裂。同時(shí)膨脹劑水化時(shí)生成的膨脹結(jié)晶使混凝土的抗?jié)B能力大大提高，從而實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)抗裂與抗?jié)B的目的，提高了結(jié)構(gòu)的整體抗裂性能和抗?jié)B標(biāo)號(hào)。

6.設(shè)水平暗梁

由于墻體受施工和環(huán)境溫度、濕度等因素影響較大，容易出現(xiàn)豎向收縮裂縫，混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，開裂幾率越大。本工程設(shè)計(jì)時(shí)在計(jì)算滿足的前提下適當(dāng)提高了較薄弱墻體中的水平鋼筋配筋率，水平鋼筋的間距小于等于150mm，即采取細(xì)而密的配筋原則。由于墻體受底板或頂板的約束較大，混凝土脹縮不一致，所以設(shè)計(jì)圖紙中在較薄弱墻體中部及端部各設(shè)一道水平暗梁，用來控制墻體有害裂縫的出現(xiàn)。

7.增設(shè)構(gòu)造鋼筋

由于墻與柱的配筋率相差較大，混凝土脹縮變形與限制條件有關(guān)，又由于應(yīng)力集中原因，在離柱子1～2m的墻體上易出現(xiàn)豎向收縮裂縫。設(shè)計(jì)要求在墻柱連接處設(shè)水平附加筋，附加筋的長(zhǎng)度為2000mm，插入柱子中 200mm，插入墻體中1800mm，該處配筋率相應(yīng)提高10%～15%。這樣，有利于分散墻柱間的應(yīng)力集中，避免豎向裂縫的出現(xiàn)。

8.加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

摻SY-G混凝土的養(yǎng)護(hù)是保證工程質(zhì)量的最重要的措施之一，要派專人負(fù)責(zé)養(yǎng)護(hù)工作，混凝土終凝后2小時(shí)即開始養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不少于14天。

三、兩層地下室錨桿抗浮設(shè)計(jì)特點(diǎn)及防水措施

本工程位于中山岐江河的河畔，臨江而建，地下室的頂板面標(biāo)高幾乎與平常河面一致，而河底的地基除開表面松軟的淤泥層，就直接進(jìn)入了風(fēng)化巖層，加上上部?jī)H為多層結(jié)構(gòu)，在自重較小的情況下，這對(duì)于兩層高度的地下室抗浮設(shè)計(jì)又增加了新的難度。采用錨桿抗浮，對(duì)建筑基底筏板的整體受力均衡相當(dāng)有利，而且相比增加結(jié)構(gòu)自重或采用灌注樁抗拔的兩種方案來說不但成本較低，在施工難度上也有大幅度的降低，本工程的錨桿設(shè)計(jì)同施工中制定如下細(xì)則：

1.設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)錨固體直徑150mm，灌注純水泥漿體并加微膨脹劑，二次高壓注漿工藝。注漿材料：采用普通硅酸鹽水泥,強(qiáng)度等級(jí)42.5R,水灰比0.45～0.50；采用二次注漿工藝，第二次注漿摻入水泥用量10%的微膨脹劑。錨固體強(qiáng)度等級(jí)為≥M30。單根錨桿抗拔力特征值530kN，錨桿錨固段進(jìn)入中風(fēng)化巖長(zhǎng)度為≥4.70m。錨桿鋼筋錨入底板均為40d。錨桿錨側(cè)土層摩阻力安全系數(shù)取2.0，自墊層面算起長(zhǎng)度約為8.5米~21.5米。

2.施工技術(shù)要求

1 ）、錨桿桿體制作與安裝

（a）桿體不宜焊接。（b）清除鋼筋表面的油污和鐵銹，按設(shè)計(jì)要求綁扎鋼筋籠；將2根注漿管與鋼筋綁扎在一起。對(duì)用于二次注漿的高壓注漿管出漿孔和端頭應(yīng)封口。

2）、錨桿成孔

（a）采用地質(zhì)鉆孔機(jī)或?qū)Ｓ缅^桿機(jī)成孔。（b）孔位誤差不宜大于300mm。（c）錨孔垂直度偏差≤1%。（d）孔深大于設(shè)計(jì)錨固深度500mm以上。

3）、洗孔：采用壓力清水洗孔，將孔中的泥漿沖洗干凈，盡量排出沉渣，確保漿體與巖土層充分膠結(jié)。

4）、注漿：二次注漿工藝。第一次注漿壓力0.5～0.8MPa，從孔底開始，注至孔口反漿，一次注漿管必須拔除；一次注漿后宜在80～120分鐘內(nèi)（兩次注漿間隔可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整）采用高壓注漿泵進(jìn)行二次注漿，壓力2.5～4.5MPa。由于漿體凝結(jié)收縮，應(yīng)在孔口處隨時(shí)補(bǔ)漿。

5）、養(yǎng)護(hù)：錨桿養(yǎng)護(hù)期間，不得隨意碰撞。

3.上浮量長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)

在場(chǎng)地至少布設(shè)32個(gè)上浮位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體詳觀察點(diǎn)布置圖。當(dāng)停止降排水后的第一周內(nèi)應(yīng)每天觀測(cè)一次，以后每月監(jiān)測(cè)一次，一年后的監(jiān)測(cè)頻率率可按有關(guān)沉降量監(jiān)測(cè)要求執(zhí)行。國(guó)家對(duì)地下室防水制定了較為系統(tǒng)、全面的《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱"規(guī)范")以及相應(yīng)的國(guó)標(biāo)圖集，規(guī)范中對(duì)于不同防水材料、不同部位的防水構(gòu)造做法均有較為系統(tǒng)、細(xì)致的交代與規(guī)定，這對(duì)于保證、促進(jìn)我國(guó)的地下防水設(shè)計(jì)、施工，提高防水質(zhì)量起到了很大的積極作用。

但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，總會(huì)出現(xiàn)各種各樣的規(guī)范中難以全面涵蓋的新問題、新情況，導(dǎo)致設(shè)計(jì)者無規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可依，這種情況只能憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，往往難以保證設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量，抗浮錨桿的防水設(shè)計(jì)也屬于此類情況。

本工程的抗浮錨桿一般按照2.8米間距成網(wǎng)格狀布置并伸入結(jié)構(gòu)筏板內(nèi)，直徑150以下，相當(dāng)于將本來完整的地下室底板防水層戳了大量的洞口，破壞了防水層的完整性，產(chǎn)生大量的漏水點(diǎn)，這對(duì)防水設(shè)計(jì)來講是最大的忌諱，由此產(chǎn)生了一系列的問題：

1、無相應(yīng)的防水設(shè)計(jì)規(guī)范依據(jù)。

設(shè)計(jì)者在做施工圖時(shí)，細(xì)部構(gòu)造節(jié)點(diǎn)往往習(xí)慣直接選用標(biāo)準(zhǔn)圖集或根據(jù)規(guī)范中相應(yīng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，但現(xiàn)行"規(guī)范"對(duì)于抗浮錨桿的防水構(gòu)造設(shè)計(jì)要求只字未提，有人建議按照規(guī)范中關(guān)于樁頭防水構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，但是筆者通過與施工單位溝通，此方法根本行不通，原因是樁頭直徑一般在500以上，斷面尺寸大，而抗浮錨桿直徑在150以下，斷面尺寸很小，而且還有三根直徑分別為36左右的鋼筋，基本沒有水平操作面，很難按照樁頭防水構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。

2、設(shè)計(jì)、施工互相推諉。

由于無規(guī)范設(shè)計(jì)依據(jù)，設(shè)計(jì)者為避免設(shè)計(jì)責(zé)任(主要是擔(dān)心一旦產(chǎn)生漏水，建設(shè)方追究設(shè)計(jì)單位的責(zé)任)，經(jīng)常讓施工企業(yè)自行按照經(jīng)驗(yàn)施工，設(shè)計(jì)者不再出具關(guān)于此部分的防水構(gòu)造節(jié)點(diǎn)詳圖，但因?yàn)榉课萋┧?、滲水問題產(chǎn)生的糾紛較多，施工單位也深知其中的責(zé)任較大，故堅(jiān)持強(qiáng)調(diào)必須有施工圖紙，否則不予施工，至此設(shè)計(jì)、施工雙方形成僵持局面。

3、設(shè)計(jì)、施工缺乏經(jīng)驗(yàn)。

產(chǎn)生以上問題的根源在于設(shè)計(jì)、施工雙方均無此方面的成熟經(jīng)驗(yàn)，又沒有規(guī)范設(shè)計(jì)依據(jù)，所以心中沒底，沒有把握能確保設(shè)計(jì)、施工的質(zhì)量。

解決措施詳述如下：

1）防水設(shè)計(jì)原理。

①根據(jù)“規(guī)范”的有關(guān)防水原則，凡是在防水薄弱部位均做加強(qiáng)層。②錨桿在底板居中左右處做止水鋼板，目的是改變并延長(zhǎng)可能滲透的毛細(xì)水路徑，阻止毛細(xì)水沿錨桿鋼筋長(zhǎng)驅(qū)直入，使其不易穿透底板。

2）防水措施。

根據(jù)以上原理，在每個(gè)錨桿四周均做防水加強(qiáng)層，為確保防水效果，加強(qiáng)層做2道，一道水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，一道卷材防水，其中卷材在錨桿處環(huán)繞鋼筋熱熔包裹，上卷高度是自墊層向上至鋼筋砼筏板底，這樣卷材形成筒狀，內(nèi)有鋼筋，卷材做完后向筒內(nèi)灌注防水密封膏，必須與卷材相容，以免起化學(xué)反應(yīng)破壞防水。加強(qiáng)層做完后再做普通防水層即可；止水鋼板應(yīng)與錨桿鋼筋滿焊。

結(jié)語(yǔ)。超長(zhǎng)大地下室混凝土在實(shí)際設(shè)計(jì)、施工過程中，應(yīng)把混凝土的裂縫控制看作一個(gè)系統(tǒng)工程。不應(yīng)該片面強(qiáng)調(diào)材料等單一因素的作用，而應(yīng)把合理的材料選擇與嚴(yán)密的設(shè)計(jì)方案、科學(xué)的混凝土配合比、嚴(yán)格施工組織和完善的工藝措施相結(jié)合，才能確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量，達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)抗裂防水的目的。而在抗浮設(shè)計(jì)中，除了要結(jié)合工程本身的設(shè)計(jì)需求、現(xiàn)場(chǎng)情況同工程造價(jià)之外，還要對(duì)所選方案本身做出多方面的考慮，以保證方案的合理性及方便實(shí)施的原則。

[1]建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB50068-2001.

[2]建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001（06版）.

[3]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002.

[4]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2008.

[5]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002.