地下空間結(jié)構(gòu)若干關(guān)鍵問題的探討與應(yīng)用

翁和娟（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院）

地下空間結(jié)構(gòu)若干關(guān)鍵問題的探討與應(yīng)用

翁和娟
（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院）

地下空間集商業(yè)、文娛、休閑等功能于一體，屬超長、多層地下結(jié)構(gòu)，且跨越地鐵隧道、車站合建，存在較多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)。本文就開裂、漏水及地鐵合建等問題進(jìn)行探討，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施控制混凝土裂縫、改善滲水漏水問題，與市政工程相連時(shí)優(yōu)先采用合建模式。

地下空間；控制裂縫；防水；合建模式

城市化進(jìn)程的加快、人口數(shù)量的增加，使得我國各大城市都出現(xiàn)不同程度的用地緊張、建筑面積嚴(yán)重不足、交通擁擠等一系列問題，同時(shí)，在國際形勢日漸復(fù)雜的形勢下，人防工程成為必不可少的部分。因此，人們不再局限于對地上城市，地下空間逐漸得到有效開發(fā)利用，平面尺寸也越來越大。然而，超長地下空間結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)混凝土開裂、漏水滲水、與周邊市政工程的連接困難等問題，此類難題值得工程設(shè)計(jì)人員研究與探討。

1　地下空間概述

開發(fā)利用地下空間，即能有效促進(jìn)三維空間工程布局，又能使得城市規(guī)劃更加合理。對于深層地下空間而言，具備諸多其獨(dú)到的特點(diǎn)：①隔音效果好，環(huán)境溫度濕度較為恒定，地下建筑能量消耗明顯減少；②堅(jiān)硬巖體具有自穩(wěn)性良好的特性，工程成本將進(jìn)一步降低，同時(shí)，對于避難防災(zāi)方面得到有效滿足；③隱蔽性較好，在當(dāng)前高科技局部戰(zhàn)爭背景下，因地制宜確認(rèn)人防工程布局具有較大意義；④土地利用率得到提高，而且空間開挖有很大的靈活性，可以促進(jìn)工程朝著直線化方向開展，工程長度有效縮短，也使得人們生活更加便利舒適。然而，地下空間資源方面來說，明顯存在不可再生特點(diǎn)，因此在實(shí)際開發(fā)之前，力求加強(qiáng)性能科學(xué)評價(jià)。比如說，適宜性究竟如何，安全性能否滿足，經(jīng)濟(jì)性是否合理等。

2　地下空間混凝土裂縫控制

混凝土結(jié)構(gòu)開裂會產(chǎn)生地下空間的滲漏問題，會增加建設(shè)成本；降低結(jié)構(gòu)剛度，影響建筑的使用功能；使鋼筋銹蝕、混凝土碳化，影響混凝土的耐久性。地下空間結(jié)構(gòu)多為地下混凝土側(cè)壁、厚板等開裂，如圖1～2所示?；A(chǔ)溫度變化和混凝土收縮是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂的主要原因。

圖1　底板開裂

圖2　墻體開裂

因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)計(jì)算整體結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力，在此基礎(chǔ)上設(shè)置結(jié)構(gòu)永久縫、誘導(dǎo)縫、長期后澆帶與短期后澆帶；為更好地達(dá)到抗裂的效果，在混凝土中合理地配置分布鋼筋，側(cè)壁分布筋以小而密為原則；為避免結(jié)構(gòu)突變（或斷面突變）產(chǎn)生應(yīng)力集中，在轉(zhuǎn)角及孔洞處增設(shè)構(gòu)造加強(qiáng)筋；采用混凝土外加劑如減水劑、膨脹劑[3]或抗?jié)B防裂纖維，分段施工，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等施工措施；加強(qiáng)建筑措施如頂板及外墻保溫措施等。

近幾年建設(shè)的超大地下空間工程中，“少分縫、少設(shè)帶”是新的趨勢。積極開發(fā)與推廣新材料、新方法、新工藝、新技術(shù)加強(qiáng)對地下空間混凝土的裂縫控制。

3　地下空間防水措施

地下室漏水一般以局部滲水形式出現(xiàn)，通常只占地下室極小部分面積，但對地下室的使用和耐久性危害很大。究其原因可知，地下空間剛性自防水混凝土構(gòu)件的開裂與由防水材料構(gòu)成的整體柔性防水層的破壞，造成地下空間滲水漏水。

為減少地下空間滲水漏水問題，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)采用剛性防水方案，同時(shí)加強(qiáng)外圍建筑柔性防水；提高底板，頂板及側(cè)壁的構(gòu)造配筋率，并在樓板、頂板、底板及側(cè)壁中適當(dāng)位置設(shè)短期后澆帶[4]或加強(qiáng)帶，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行防水處理；同時(shí)進(jìn)行底板抗浮設(shè)計(jì)。

另外，當(dāng)?shù)叵驴臻g結(jié)構(gòu)基底為天然隔水層時(shí)，可利用該隔水層進(jìn)行防水[5]。防水原理如圖3所示。圍閉且進(jìn)入不透水層的混凝土側(cè)墻或地下連續(xù)墻，隔斷地下空間外部地下水的逕流。少量的滲水可通過設(shè)于地下室底板之下的疏排水層集中后抽去。控制地下水位在地下室底板以下，底板可不進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。該法類似于基坑降水的方案。

圖3　混凝土側(cè)墻+疏排水層的防水原理

當(dāng)需要做支護(hù)的時(shí)候，混凝土側(cè)墻就是地下連續(xù)墻，如果采用放坡開挖基坑，則該側(cè)墻就是普通的混凝土外墻，施工質(zhì)量也相對容易保證。

影響此防水措施能否成立的主要因素有：

（1）地下連續(xù)墻或混凝土側(cè)墻是否已進(jìn)入隔水層；

（2）各土層的滲透系數(shù)；

（3）場區(qū)的滲流分析；

（4）出讓地塊的臨時(shí)措施；

（5）成本分擔(dān)。

4　地下空間與市政工程的連接處理

當(dāng)前越來越多的地下空間與市政隧道、地鐵區(qū)間共同開發(fā)建設(shè)，市政工程與地下空間主體之間的關(guān)系可分為合建模式[6]及分建模式。合建模式即下方地鐵結(jié)構(gòu)（車站）與上方的地下空間結(jié)構(gòu)結(jié)合建設(shè)——先后施工、形成整體、共同受力。分建方式即下方地鐵結(jié)構(gòu)（區(qū)間）與上方的地下空間結(jié)構(gòu)分離建設(shè)——先后施工、各為整體。合建和分建模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，合建方案具有受力合理、節(jié)省投資、施工方便、縮短工期、不影響建筑凈高要求等方面的優(yōu)勢，但不利于地下空間降噪減振；分建方式相互之間影響較小，且可以極大程度降低噪聲對地下空間正常使用的影響，但工期長、造價(jià)高。

目前地下空間采用較多的為合建模式，如圖4。該模式實(shí)施過程中存在幾個關(guān)鍵要素：建筑設(shè)計(jì)上，將針對下方地鐵隧道區(qū)間、車站的墻柱布置而調(diào)整上方地下空間的柱網(wǎng)，并將相關(guān)資料提交相關(guān)設(shè)計(jì)院確認(rèn)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，由設(shè)計(jì)院先完成與地鐵相關(guān)的地下空間局部結(jié)構(gòu)電算，再將地鐵結(jié)構(gòu)上方的墻柱內(nèi)力提交給相關(guān)設(shè)計(jì)院，作為其設(shè)計(jì)條件；施工過程中，在地鐵周邊與地下空間交接的合適部位設(shè)施工縫，并預(yù)留甩筋、止水鋼板等合理的連接措施；采用主動隔振，即對空氣聲主要采用合理設(shè)置構(gòu)件厚度進(jìn)行隔離，固體聲則主要通過合理專門隔振橡膠墊進(jìn)行降低。

圖4　合建模式

5　結(jié)語

地下空間工程是集商業(yè)、文娛、休閑等功能于一體的城市綜合體，屬超長、多層地下結(jié)構(gòu)，且跨越地鐵隧道、車站合建，本文僅就開裂、漏水及地鐵合建等問題進(jìn)行探討，除此之外還存在較多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)，如果設(shè)計(jì)不完善，勢必造成工程造價(jià)的浪費(fèi)，為建設(shè)節(jié)約型社會節(jié)約投資、為保證能在預(yù)期時(shí)間內(nèi)本項(xiàng)目的順利竣工、為以后類似工程提供可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)多對地下空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，提出科學(xué)的計(jì)算方法、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、施工措施等新技術(shù)，以達(dá)到運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)、節(jié)約工程造價(jià)和施工工期以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最優(yōu)的有機(jī)結(jié)合。

[1]郝宏偉.地下空間技術(shù)在住宅小區(qū)的應(yīng)用探討[J].中外建筑，2010（8）：138～139.

[2]姬永紅，王敏，朱忠隆，等.城市地下空間現(xiàn)行建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的梳理和分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010（4）：682～687.

[3]宋少民，賈博雅.膨脹劑對大摻量粉煤灰混凝土強(qiáng)度與碳化的影響[J].建筑技術(shù)，2012，43（8）：755.

[4]馮健，呂志濤，吳志彬，韓重慶，周廣如.超長混凝土結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2001，22（6）.

[5]俞建強(qiáng).深大基礎(chǔ)工程中的新技術(shù)—靜力釋放層的應(yīng)用[J].建筑施工，1999，21（2）19～21.

[6]肖桂元，韋紅亮，王志駒，龍進(jìn)彬.地鐵列車引起與地鐵合建建筑結(jié)構(gòu)環(huán)境振動特性現(xiàn)場測試分析[J].鐵道學(xué)報(bào)，2015，05.

TU93

A

1673-0038（2015）51-0072-02

2015-11-20

翁和娟（1989-），女，助理工程師，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。