地下室外墻回填土回填時(shí)間分析研究

沈忠明

(華信郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州 310014)

1 工程概況

中國(guó)電信云計(jì)算內(nèi)蒙古信息園A1綜合樓項(xiàng)目，總建筑面積41 765 m2(其中地上33 611 m2，地下8 154 m2)，南北兩側(cè)純地下室，東側(cè)裙房。為控制沉降差，沿主樓周邊設(shè)置U形沉降后澆帶一道(見(jiàn)圖1)。

2 工程現(xiàn)狀

當(dāng)前南北純地下室頂板已經(jīng)澆筑完畢(見(jiàn)圖2);東側(cè)裙房已經(jīng)結(jié)頂;主樓區(qū)域基礎(chǔ)混凝土正在澆筑(見(jiàn)圖3)。地下室外墻外側(cè)尚未回填，外墻外側(cè)與基坑邊緣間距約2.5 m(見(jiàn)圖4)。

3 施工現(xiàn)場(chǎng)描述

為地下室外墻場(chǎng)地美觀、便于施工等因素，甲方、施工單位要求盡早回填。

4 地下室外墻內(nèi)力計(jì)算

1)計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5。

2)計(jì)算結(jié)果:每米外墻對(duì)頂板簡(jiǎn)支端水平力標(biāo)準(zhǔn)值:2.2+8.8+11.2=22.2 kN。每米外墻對(duì)底板固支端水平力標(biāo)準(zhǔn)值:3.7+14.6+44.9=63.2 kN。

圖1 基礎(chǔ)平面布置圖

圖2 南側(cè)純地下室1跨半（至沉降后澆帶邊緣）施工完成圖

圖3 南北兩側(cè)純地下室施工完畢，東側(cè)2層裙房結(jié)頂圖

圖4 地下室外墻外側(cè)尚未回填圖

圖5 地下室外墻填土計(jì)算簡(jiǎn)圖

5 回填土?xí)r間分析

由于原地下室外墻計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)，按上部簡(jiǎn)支，下部固支計(jì)算，土側(cè)壓力對(duì)外墻有水平作用通過(guò)頂板、底板水平傳遞。頂、底板需要有水平方向的可靠支撐(平面內(nèi))，或者建筑單體有足夠的水平抗剪能力，才能抵抗外墻對(duì)頂板的水平力。

下面按各區(qū)段，不同支撐情況下區(qū)別分析:

1)東側(cè)裙房南北兩側(cè)外墻。東側(cè)裙房已經(jīng)施工完畢，且南北外墻通過(guò)頂板互相支撐，當(dāng)前即可回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2)東側(cè)裙房地上2層框架對(duì)應(yīng)東側(cè)外墻(采用豎向構(gòu)件抗震承載力換算原則判別)。根據(jù)SATWE地震力輸出，地下1層X(jué)向地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值6 657 kN;裙房區(qū)域外墻總長(zhǎng)25.8 m，對(duì)頂板總水平力設(shè)計(jì)值為:

承載力滿足，當(dāng)前即可回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3)東側(cè)裙房南北純地下室對(duì)應(yīng)東側(cè)外墻+主樓南北純地下室對(duì)應(yīng)西側(cè)外墻。外墻水平力方向有多個(gè)框架柱，且有純地下室南北兩側(cè)外墻作平面外支撐，具有足夠的側(cè)向剛度，當(dāng)前即可回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4)主樓高層區(qū)域?qū)?yīng)西側(cè)外墻。主樓為框剪結(jié)構(gòu)，具有足夠的側(cè)向剛度，但須等主樓地下室頂板澆筑并養(yǎng)護(hù)完畢且強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后回填。

5)主樓高層區(qū)域南北兩側(cè)純地下室對(duì)應(yīng)南、北外墻。由于該區(qū)域當(dāng)前僅有1.5跨施工完，見(jiàn)圖2，若當(dāng)前回填，外墻頂傳遞的側(cè)向力由邊跨中柱承擔(dān)。

以單柱為計(jì)算對(duì)象，單柱軸力設(shè)計(jì)值取2 300 kN，外墻頂部水平力產(chǎn)生的彎矩設(shè)計(jì)值為:

剪力設(shè)計(jì)值為:

柱截面600×600，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，經(jīng)計(jì)算對(duì)應(yīng)彎矩方向每側(cè)需配筋12D22，原配筋4D22，柱抗彎強(qiáng)度不滿足，當(dāng)前無(wú)法回填至－0.950標(biāo)高。

根據(jù)結(jié)構(gòu)配筋返算當(dāng)前可回填高度如圖6所示。

圖6 當(dāng)前可回填高度示意圖

6)以下計(jì)算當(dāng)主樓頂板澆筑并養(yǎng)護(hù)完畢強(qiáng)度達(dá)標(biāo)時(shí)若外墻回填，沉降后澆帶內(nèi)的梁板鋼筋是否可作為支撐傳遞頂板水平力，選取其中1個(gè)主跨，即8.4 m范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)算。

a.判斷地下室頂板鋼筋。地下室頂板鋼筋為頂φ14@150;底φ12@150，沉降后澆帶寬1 000 mm。對(duì)直徑14 mm的圓鋼:

b.判斷框架梁鋼筋(鋼筋水平，軸心受壓)?？蚣芰轰摻顬轫?φ25，底11φ25，沉降后澆帶寬1 000 mm。對(duì)直徑25 mm的圓鋼:

長(zhǎng)細(xì)比滿足，可以作為支撐。

鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄C，a類截面查表:φ=0.203。

1根框架梁承擔(dān)8.4 m長(zhǎng)外墻荷載(按恒載考慮分項(xiàng)系數(shù))，單根鋼筋受到的軸壓力:

鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范 5.1.2:

滿足。

c.由于沉降后澆帶兩側(cè)施工期間可能因施工誤差或沉降差導(dǎo)致主梁鋼筋不水平，因此須考慮鋼筋偏心產(chǎn)生的彎矩，見(jiàn)圖7(設(shè)偏心為s，鋼筋按壓彎構(gòu)件)。

單根鋼筋彎矩:

鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范 5.2.2:

圖7 后澆帶鋼筋受力模型圖

考慮鋼筋無(wú)橫向荷載作用，兩端固接，端彎矩M1=M2，鋼筋中部產(chǎn)生反彎點(diǎn):

即理論計(jì)算，后澆帶兩側(cè)高差在13 mm范圍內(nèi)是安全的。

d.為保證受力模型得以實(shí)施，對(duì)高差有如下建議:

第一外墻外側(cè)土回填時(shí)應(yīng)保證后澆帶兩側(cè)高差在控制范圍內(nèi)，此時(shí)主樓區(qū)域地下室頂板養(yǎng)護(hù)完畢時(shí)，預(yù)計(jì)施工到地上2層～3層樓面。一般施工到地下室頂板時(shí)沉降后澆帶兩側(cè)已找平，則頂板以上新增1層～2層的主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沉降很小(地下室底板標(biāo)高比開(kāi)挖前天然地面標(biāo)高低約4 m，為超補(bǔ)償狀態(tài))，此時(shí)頂多為一部分回彈再壓縮的變形量(基底土的壓縮模量增大2倍～3倍)。根據(jù)施工圖階段的理論最終沉降計(jì)算值為62 mm，估算主樓沉降在5 mm之內(nèi)。為保證回填安全，排除施工期間各種不利因素，依舊建議對(duì)后澆帶兩側(cè)高差按5 mm控制為宜。

第二外墻外側(cè)土回填后，由于主樓的繼續(xù)施工加載，沉降差會(huì)繼續(xù)增大，由于實(shí)際沉降的不確定性，建議對(duì)后澆帶兩側(cè)進(jìn)行高差觀測(cè)，每天匯報(bào)設(shè)計(jì)，由設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際高差發(fā)展的趨勢(shì)確定是否在后澆帶主梁位置增加支撐及確定增加支撐的時(shí)間點(diǎn)。假定已有高差為s1(mm)，每天觀測(cè)到的高差增加值為Δs(mm/d)，施工單位加工及設(shè)置支撐需要的時(shí)間為t(d)，控制公式為:

e.驗(yàn)算獨(dú)立純地下室結(jié)構(gòu)的抗傾覆，如圖8所示(以繞邊跨中柱底為轉(zhuǎn)軸的計(jì)算模型不利情況考慮)。

圖8 地下室結(jié)構(gòu)傾覆模型圖

取一個(gè)柱跨8.4 m計(jì)算，土側(cè)壓力產(chǎn)生的彎矩為:

外墻對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的抵抗彎矩為:

外墻下條基對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的抵抗彎矩為:

抗傾覆滿足。

f.底板抗滑移驗(yàn)算:

判斷底板鋼筋:

底板鋼筋為頂雙層雙向φ22@200;底雙層雙向φ22@200，對(duì)直徑22的圓鋼:

長(zhǎng)細(xì)比滿足，可以作為支撐。

鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄C，a類截面查表:φ=0.159。

1 m長(zhǎng)底板對(duì)應(yīng)1 m長(zhǎng)外墻荷載(按恒載考慮)。

鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范 5.1.2:

滿足。

該值遠(yuǎn)小于地下室頂框架梁鋼筋的受壓穩(wěn)定應(yīng)力168，即當(dāng)框架梁不需要支撐時(shí)，底板亦不需要支撐。

g.小結(jié):上述a.～f.的計(jì)算過(guò)程中，為方便計(jì)算忽略了部分構(gòu)件的抗力和部分安全因素，如:a.中判斷地下室頂板是否可作為支撐時(shí)多而密的鋼筋實(shí)際存在的支撐作用;b.，c.中計(jì)算傳至頂板框架梁軸力時(shí)地下室外墻和純地下室邊跨中柱的實(shí)際抗彎、抗剪作用;c.中計(jì)算沉降后澆帶產(chǎn)生高差時(shí)框架梁鋼筋拉長(zhǎng)產(chǎn)生能部分抵消壓應(yīng)力的拉應(yīng)力;d.中驗(yàn)算純地下室結(jié)構(gòu)抗傾覆時(shí)旋轉(zhuǎn)軸可能因底板的剛度移向后澆帶一側(cè)(有利方向)及部分底板和框架梁自重產(chǎn)生的抗傾覆彎矩;e.中計(jì)算底板抗滑移時(shí)底板與土的摩擦力等，上述因素都可作為安全儲(chǔ)備。

7)施工處理方案。

a.經(jīng)過(guò)綜合考慮及施工方便原則，各區(qū)域回填示意圖見(jiàn)圖9。

圖9 外墻回填示意圖

b.實(shí)粗線段:當(dāng)前即可回填。

c.虛粗線段:當(dāng)前～主樓地下室頂板澆筑并養(yǎng)護(hù)完畢且強(qiáng)度達(dá)標(biāo)前時(shí)間段內(nèi)，按圖6回填;剩余部分待主樓地下室頂板澆筑并養(yǎng)護(hù)完畢且強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后回填;主樓南北兩側(cè)沉降后澆帶兩側(cè)，在灰色段外墻回填前觀測(cè)一次高差，高差不大于5 mm即可回填;在虛粗線段外墻回填后每天觀測(cè)高差(南北兩側(cè)后澆帶各3處，見(jiàn)圖中三角形)并將結(jié)果通知設(shè)計(jì)。

d.回填后，沉降后澆帶兩側(cè)地下室頂板懸挑區(qū)域下方支撐須能承受上部荷載。

e.汽車(chē)坡道與地下室交接區(qū)域(圖9中①處)若坡道未施工并養(yǎng)護(hù)完，當(dāng)前回填土應(yīng)向坡道兩側(cè)外墻向外側(cè)退一定的放坡距離，該距離應(yīng)以回填土不影響進(jìn)出坡道人員、設(shè)備安全為原則。坡道附近回填土宜待坡道施工并養(yǎng)護(hù)完畢后回填。

8)結(jié)論。地下室外墻回填土的回填時(shí)機(jī)應(yīng)由設(shè)計(jì)進(jìn)行確認(rèn)，當(dāng)施工期間地下室頂、底板因后澆帶等因素尚未完全封閉，應(yīng)根據(jù)外墻頂和底不同的支撐方式進(jìn)行復(fù)核以判斷回填土是否可回填，復(fù)核方法如下:

a.對(duì)多跨框架作為頂板支撐時(shí)，可通過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算將框架柱抗震承載力換算成抗剪承載力判斷;

b.對(duì)沉降后澆帶離外墻較近，當(dāng)前至主樓地下室頂板澆筑并養(yǎng)護(hù)完畢且強(qiáng)度達(dá)標(biāo)前時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)外墻自身承載力判斷;

c.對(duì)沉降后澆帶離外墻較近，主樓地下室頂板澆筑并養(yǎng)護(hù)完畢且強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后至沉降后澆帶封閉并養(yǎng)護(hù)完畢前時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)對(duì)地下室頂梁板鋼筋按壓彎構(gòu)件進(jìn)行復(fù)核計(jì)算并結(jié)合后澆帶兩側(cè)的沉降差實(shí)時(shí)觀測(cè)值判斷。

通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目施工期間的設(shè)計(jì)配合，較好的滿足了現(xiàn)場(chǎng)施工和管理的需要，保證了工程的順利進(jìn)行。

［1］GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.