地下空间结构若干关键问题的探讨与应用

翁和娟（广东省建筑设计研究院）

地下空间结构若干关键问题的探讨与应用

翁和娟
（广东省建筑设计研究院）

地下空间集商业、文娱、休闲等功能于一体，属超长、多层地下结构，且跨越地铁隧道、车站合建，存在较多结构设计技术难点。本文就开裂、漏水及地铁合建等问题进行探讨，通过结构设计计算与结构构造措施控制混凝土裂缝、改善渗水漏水问题，与市政工程相连时优先采用合建模式。

地下空间；控制裂缝；防水；合建模式

城市化进程的加快、人口数量的增加，使得我国各大城市都出现不同程度的用地紧张、建筑面积严重不足、交通拥挤等一系列问题，同时，在国际形势日渐复杂的形势下，人防工程成为必不可少的部分。因此，人们不再局限于对地上城市，地下空间逐渐得到有效开发利用，平面尺寸也越来越大。然而，超长地下空间结构容易出现混凝土开裂、漏水渗水、与周边市政工程的连接困难等问题，此类难题值得工程设计人员研究与探讨。

1　地下空间概述

开发利用地下空间，即能有效促进三维空间工程布局，又能使得城市规划更加合理。对于深层地下空间而言，具备诸多其独到的特点：①隔音效果好，环境温度湿度较为恒定，地下建筑能量消耗明显减少；②坚硬岩体具有自稳性良好的特性，工程成本将进一步降低，同时，对于避难防灾方面得到有效满足；③隐蔽性较好，在当前高科技局部战争背景下，因地制宜确认人防工程布局具有较大意义；④土地利用率得到提高，而且空间开挖有很大的灵活性，可以促进工程朝着直线化方向开展，工程长度有效缩短，也使得人们生活更加便利舒适。然而，地下空间资源方面来说，明显存在不可再生特点，因此在实际开发之前，力求加强性能科学评价。比如说，适宜性究竟如何，安全性能否满足，经济性是否合理等。

2　地下空间混凝土裂缝控制

混凝土结构开裂会产生地下空间的渗漏问题，会增加建设成本；降低结构刚度，影响建筑的使用功能；使钢筋锈蚀、混凝土碳化，影响混凝土的耐久性。地下空间结构多为地下混凝土侧壁、厚板等开裂，如图1～2所示。基础温度变化和混凝土收缩是导致混凝土结构开裂的主要原因。

图1　底板开裂

图2　墙体开裂

因此，结构设计应计算整体结构的温度应力，在此基础上设置结构永久缝、诱导缝、长期后浇带与短期后浇带；为更好地达到抗裂的效果，在混凝土中合理地配置分布钢筋，侧壁分布筋以小而密为原则；为避免结构突变（或断面突变）产生应力集中，在转角及孔洞处增设构造加强筋；采用混凝土外加剂如减水剂、膨胀剂[3]或抗渗防裂纤维，分段施工，加强养护等施工措施；加强建筑措施如顶板及外墙保温措施等。

近几年建设的超大地下空间工程中，“少分缝、少设带”是新的趋势。积极开发与推广新材料、新方法、新工艺、新技术加强对地下空间混凝土的裂缝控制。

3　地下空间防水措施

地下室漏水一般以局部渗水形式出现，通常只占地下室极小部分面积，但对地下室的使用和耐久性危害很大。究其原因可知，地下空间刚性自防水混凝土构件的开裂与由防水材料构成的整体柔性防水层的破坏，造成地下空间渗水漏水。

为减少地下空间渗水漏水问题，设计过程中应采用刚性防水方案，同时加强外围建筑柔性防水；提高底板，顶板及侧壁的构造配筋率，并在楼板、顶板、底板及侧壁中适当位置设短期后浇带[4]或加强带，关键节点进行防水处理；同时进行底板抗浮设计。

另外，当地下空间结构基底为天然隔水层时，可利用该隔水层进行防水[5]。防水原理如图3所示。围闭且进入不透水层的混凝土侧墙或地下连续墙，隔断地下空间外部地下水的迳流。少量的渗水可通过设于地下室底板之下的疏排水层集中后抽去。控制地下水位在地下室底板以下，底板可不进行抗浮设计。该法类似于基坑降水的方案。

图3　混凝土侧墙+疏排水层的防水原理

当需要做支护的时候，混凝土侧墙就是地下连续墙，如果采用放坡开挖基坑，则该侧墙就是普通的混凝土外墙，施工质量也相对容易保证。

影响此防水措施能否成立的主要因素有：

（1）地下连续墙或混凝土侧墙是否已进入隔水层；

（2）各土层的渗透系数；

（3）场区的渗流分析；

（4）出让地块的临时措施；

（5）成本分担。

4　地下空间与市政工程的连接处理

当前越来越多的地下空间与市政隧道、地铁区间共同开发建设，市政工程与地下空间主体之间的关系可分为合建模式[6]及分建模式。合建模式即下方地铁结构（车站）与上方的地下空间结构结合建设——先后施工、形成整体、共同受力。分建方式即下方地铁结构（区间）与上方的地下空间结构分离建设——先后施工、各为整体。合建和分建模式各有优缺点，合建方案具有受力合理、节省投资、施工方便、缩短工期、不影响建筑净高要求等方面的优势，但不利于地下空间降噪减振；分建方式相互之间影响较小，且可以极大程度降低噪声对地下空间正常使用的影响，但工期长、造价高。

目前地下空间采用较多的为合建模式，如图4。该模式实施过程中存在几个关键要素：建筑设计上，将针对下方地铁隧道区间、车站的墙柱布置而调整上方地下空间的柱网，并将相关资料提交相关设计院确认；结构设计上，由设计院先完成与地铁相关的地下空间局部结构电算，再将地铁结构上方的墙柱内力提交给相关设计院，作为其设计条件；施工过程中，在地铁周边与地下空间交接的合适部位设施工缝，并预留甩筋、止水钢板等合理的连接措施；采用主动隔振，即对空气声主要采用合理设置构件厚度进行隔离，固体声则主要通过合理专门隔振橡胶垫进行降低。

图4　合建模式

5　结语

地下空间工程是集商业、文娱、休闲等功能于一体的城市综合体，属超长、多层地下结构，且跨越地铁隧道、车站合建，本文仅就开裂、漏水及地铁合建等问题进行探讨，除此之外还存在较多结构设计技术难点，如果设计不完善，势必造成工程造价的浪费，为建设节约型社会节约投资、为保证能在预期时间内本项目的顺利竣工、为以后类似工程提供可靠的设计依据和经验，应多对地下空间结构进行分析研究，提出科学的计算方法、设计准则、施工措施等新技术，以达到运用先进技术、节约工程造价和施工工期以及结构设计最优的有机结合。

[1]郝宏伟.地下空间技术在住宅小区的应用探讨[J].中外建筑，2010（8）：138～139.

[2]姬永红，王敏，朱忠隆，等.城市地下空间现行建设标准的梳理和分析[J].地下空间与工程学报，2010（4）：682～687.

[3]宋少民，贾博雅.膨胀剂对大掺量粉煤灰混凝土强度与碳化的影响[J].建筑技术，2012，43（8）：755.

[4]冯健，吕志涛，吴志彬，韩重庆，周广如.超长混凝土结构的研究与应用［J］.建筑结构学报，2001，22（6）.

[5]俞建强.深大基础工程中的新技术—静力释放层的应用[J].建筑施工，1999，21（2）19～21.

[6]肖桂元，韦红亮，王志驹，龙进彬.地铁列车引起与地铁合建建筑结构环境振动特性现场测试分析[J].铁道学报，2015，05.

TU93

A

1673-0038（2015）51-0072-02

2015-11-20

翁和娟（1989-），女，助理工程师，硕士，主要从事结构设计工作。