某高层建筑超长地下室基础及底板设计

刘君（广东省建筑设计研究院　广东广州　510000）

某高层建筑超长地下室基础及底板设计

刘君
（广东省建筑设计研究院广东广州510000）

本文通过实例讨论了高层建筑超长地下室基础的选型以及底板设计中应该注意的几个问题，以及地下室抗浮设计中采用抗拔锚杆进行抗浮设计的内容和原则，为同类工程设计提供借鉴，具有一定的实际指导意义。

结构抗浮；抗拔锚杆；地下室；底板

1　工程概况

某工程位于广州天河区，项目总建筑面积约319666m2。本工程地下室共3层，功能为车库、设备用房，战时部分为核（常）六级人防地下室。地面以上共有12栋30~33层的高层住宅，建筑总高度约为99.8m，局部有1~2层低层商铺；1栋3层幼儿园，建筑总高度约为18.0m，此建筑物不在地下室范围内。地下室长约为290m，宽约为122m。地下三层建筑平面图如图1所示。

图1　地下三层建筑平面图

2　地质概况

本项目场地地面较平坦，自然地面标高为6.42~9.10m，根据场地地质钻孔资料，场地岩土层按成因类型，自上而下分别为：

（1）第四系人工填土层，该层主要为杂填土，局部为素填土，主要由粉质粘土、砂土或碎石等建筑垃圾回填而成。

（2）冲击土层，场地内冲积土层按土性不同可分为淤泥或淤泥质土、粉质粘土、粉砂或淤泥质粉砂。

（3）残积土层，该层主要为粉质粘土，粘性较好，遇水易软化。

（4）白垩系基岩，按风化程度的不痛，可分为全风化、强风化和微风化四个岩层。

场地地下水对混凝土结构具强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。场地土对混凝土结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。各土层参数如表1所示。

3　地下室设计

3.1基础设计

基础的选型要根据上部荷载和场地土的地质条件来综合决定。合理的选择基础类型不仅能够降低造价，而且可以缩短工期。本工程共3层地下室，底板处大部分为强分化岩层，局部为中风化及微风化岩层。本工程塔楼范围建筑物荷载较大，对沉降要求较高，不宜采用天然浅基础，根据地基土质、上部结构体系及施工条件等资料，经技术和经济对比优化，本工程塔楼基础采用钻（冲）孔灌注桩基础，桩端持力层为微风化泥质粉砂岩层，桩端进入持力层3~5m（按桩径不同），桩端岩层饱和单轴抗压强度标准值为9MPa。综合本工程基础岩层的有利条件，非塔楼范围基础采用天然基础，地基持力层为强风化泥质粉砂岩层，地基承载力特征值为500kPa，天然基础的底面积由墙柱轴力以及岩层承载力共同决定。

表1　各岩土层参数

3.2抗浮设计

本工程地下室抗浮设防水位标高取室外设计地坪标高，相对标高为-0.030m，地下室底板面标高为-14.700m，底板厚度为700mm。根据广东省《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）5.2.1条，地下室抗浮稳定性验算应满足下式要求：

W/F≥1.05

式中：W——地下室自重及其上作用的永久荷载标准值的总和；

F——地下水浮力。依据规范要求，本工程抗浮设计水头高度达15.400m，纯地下室范围只有3层，塔楼范围之外均应进行抗浮设计。常用的地下室抗浮方式有“压”和“拉”两种，“压”就是增加结构自重的方式，比如在地板上回填素混凝土以及顶板上回填覆土来平衡地下室水的总浮力。“拉”的做法，是采用抗拔锚杆或者抗拔桩来平衡地下室的水浮力。综合考虑本工程的实际情况，采用抗拔锚杆进行抗浮。纯地下室范围以及塔楼范围内大跨度板的中间采用抗拔锚杆抗浮，底板由地下室侧墙外伸500mm，利用回填土重量平衡四周侧墙部位的水浮力。

抗拔锚杆成孔直径150mm，锚筋采用4根直径28mm的HRB400钢筋，锚杆抗拔承载力特征值为450kN，考虑到地下水对混凝土结构具有强腐蚀性，锚杆承载力特征值应折减，实际取380kN。锚杆的设计和布置尽量做到规律，使每根锚杆的受力接近，避免由于锚杆布局出现薄弱部位而产生破坏性的连锁反应，且应尽量布置在板跨中间部位，可以有效减小底板的配筋并且方便施工。本工程共布置锚杆5740根，锚杆间距为1.6m×1.6m，经过计算，锚杆受力基本为360kN左右，满足承载力的要求。

3.3底板设计

底板的设计应考虑基础形式、底板的受力状态、抗渗要求、施工的便利性以及造价等因素。综合考虑，本工程地下室底板采用平板式钢筋混凝土底板，板厚H=700mm。底板的荷载工况包括向下的荷载（底板恒载+活载），水反力作用（按水头高度，不折减），对于人防地下室，仅取核爆等效静荷载与水浮力之大者进行分析计算。本工程地下3层部分为核六级人防区，此区域水浮力作用大于核爆等效静荷载，因此，整个地下室的整体抗浮验算以及结构底板的强度计算只需考虑水压力作用。同时，应对水浮力作用下底板裂缝宽度进行验算，控制裂缝计算宽度不大于0.2mm。

底板受力采用盈建科软件按上述原则进行有限元分析，底板在满足强度、刚度、裂缝要求的前提下，受力均匀，由于锚杆抵消了大部分水浮力，底板基本按构造要求进行配筋。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第8.5.1条受弯构件最小配筋率的要求，最小配筋率为0.15%，考虑到本工程地下室为超长结构，底板通常钢筋配筋率不宜小于0.2%，间距不宜大于150mm。因此，底板配筋采用大面积双层双向拉通18@150，配筋率为0.242%，在局部弯矩较大的底板板面以及基础底面周边另加18@150的短筋。

3.4超长结构控制措施

本工程的地下室平面长290m，宽为122m，属于超长混凝土结构，为避免温度、收缩应力使地下室开裂漏水，在本工程地下室中采取如下措施：

（1）从设计层面上控制，结构设计中考虑温度应力的影响，进行定量计算。提高长方向的底板及楼板最小配筋率，底板及侧壁设后浇带，后浇带采用微膨胀混凝土，并且尽量使后浇带控制在40m以内，后浇带范围内钢筋采用不断开的形式，混凝土强度等级比两侧的混凝土强度等级提高一级。

（2）从材料上控制，采用低水化热的矿渣水泥，不得使用收缩性大的火山灰水泥；混凝土中添加粉煤灰代替部分水泥用量，同时采用60d龄期强度作为设计强度。

（3）施工中做好温度控制，加强养护（建议采用蓄水养护）并延长养护期；加强楼面保护。地下室各层楼面不应长期日晒雨淋，应及时覆土或做保护面层；在地下室周边未回填、顶板未覆土之时，采取临时保护措施，防止地下室因温度变化、日晒、干燥等产生裂缝。

（4）地下室混凝土建议添加抗裂防水剂。使用部位包括：承台、地下室底板、侧壁、地下室顶板，一般部位掺量为凝胶材料的8%。地下室底板楼板厚度较大，应设置膨胀加强带分块进行浇筑，膨胀加强带掺量为胶凝材料总量的12%，膨胀加强带待施工组织方案完成后再确定具体位置。

4　结束语

地下室基础的选型需要根据上部结构和工程建设场地地质情况来决定，合理的选择恰当的基础形式在降低造价的同时，还能有效的缩短工期。地下室底板的设计，需要综合考虑其所受荷载、结构自防水、结构刚度等因素，计算中要考虑水浮力作用下的底板裂缝计算以及强度计算，对于人防地下室，尚应考虑人防荷载，取人防核爆等效静荷载与水浮力较大者进行强度计算。利用抗浮锚杆进行地下室抗浮设计，具有施工方便、布置灵活等特点，当锚杆布置在底板下时，能显著降低结构底板的配筋。对于超长的地下室结构，可以采取设置后浇带、采用低水化热的矿渣水泥，做好施工中的温度控制等措施避免由于温度、收缩应力等导致的地下室开裂现象。

[1]《地下工程防水规范》（GB50108-2008）[S].北京：中国计划出版社，2009.

[2]《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3]《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22：90）[S].

[4]曾国机，王贤能，胡岱文.抗浮技术措施应用现状分析[J].地下空间，2004，24（1）：108~109.

TU94

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1673-0038（2015）52-0079-02

2015-12-10