地下室底板取消沉降后浇带的技术分析与应用

范荣辉 李鑫奎 谭英辉

1. 上海建工七建集团有限公司 上海 200050；2. 上海建工集团股份有限公司 上海 200080

通常，由于主楼和裙房或者主楼与主楼之间的荷载和刚度有较大差异，导致基础的内力和基底的反力产生较大变化，进而引起基础发生不均匀沉降，造成底板开裂漏水甚至出现更严重的后果。为解决上述问题，在设计与施工中会在主楼与裙房或主楼与主楼之间设置沉降后浇带。但是，留设的后浇带施工涉及到后期施工的二次作业，给工程质量、进度、安全等带来很多不利的影响并造成施工成本的增加[1-2]。解决后浇带问题最彻底的办法就是在满足各方面条件的前提下取消后浇带[3]，这在上海董家渡金融城工程项目中进行了成功的应用，并取得了良好的社会效益和经济效益。

1 工程实例计算分析

1.1 工程概况

上海董家渡金融城工程项目311B-03地块（A地块），东邻中山南路，南贴东江阴街，北近王家码头路，西靠外仓桥街南仓街，占地总面积为167 510 m2，总建筑面积约1 137 000 m2。

董家渡路将基地分为南北2个地块（图1），本次项目为二标段的A地块，含2座塔楼A1、A2。A1楼为14层＋屋顶（标高74.2 m），A2楼为9层＋屋顶（标高50.5 m）。地下室均为3层（19 m）。A1核心区底板厚度1.5 m，A2核心区底板厚度1.3 m，其余区域底板厚度1.0 m。沉降后浇带宽为1 000 mm（图2）。

图1 董家渡项目地块分布

1.2 计算目的及方法

图2 项目沉降后浇带底板基础

对比分析设置后浇带、取消后浇带2种混凝土浇筑方法的区别，同时考虑在基础底板混凝土收缩徐变及结构自重影响下，采用有限元方法分析对比2种浇筑方法在不同的施工过程中对基础底板沉降变形及结构应力的影响程度。

采用有限元方法对A1施工至14层、A2施工至9层后基础沉降施工过程进行仿真分析，计算时采用土基床系数反算方法。先依据设计院提供的土质勘察数据及变形情况，通过荷载与变形的关系反算出土弹簧系数K值（约6 500 kN/m3），再通过该K值模拟分析设置后浇带与设置施工缝2种情况下施工过程中的结构受力、底板沉降变形情况。

1.3 计算假定及计算工况

1）混凝土材料收缩函数、徐变函数、弹性模量、抗拉强度随龄期变化规律按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》取用。

2）基础底板结构按照设置后浇带和取消后浇带（改施工缝），根据分块浇筑方案设置不同的施工工况。

3）不考虑混凝土水化热温升作用。

4）板梁结构施工时，柱已达到强度设计值，不考虑柱收缩及徐变因素。

5）忽略楼梯以及楼板洞口影响。

6）忽略钢筋对提高混凝土极限拉伸的影响。

1.4 后浇带设置及施工缝划分

针对设置后浇带和施工缝2种情况，考虑混凝土的收缩徐变和结构自重影响，计算上部结构封顶后底板混凝土应力情况。计算时考虑后浇带封闭时间为60 d，采用施工缝情况下每块底板间隔12 d浇筑。后浇带设置布置及施工缝划分如图3、图4所示。

1.5 计算模型

利用Midas Gen软件对其结构（梁、板、柱、基础底板）进行建模（图5）。

1.5.1 材料属性

根据计算假定，不考虑柱的收缩、徐变及其强度变化特性，依据结构设计图纸，上部结构各构件混凝土材料等级在C30～C60之间不等。其中基础底板混凝土为C35P8，后浇带施工提高一个等级混凝土，计算取C40微膨胀混凝土。采用欧洲规范（1990CEB-FIP模式规范）混凝土抗压强度发展函数来模拟混凝土抗压强度，混凝土收缩应变曲线亦采用1990CEB-FIP模式规范的有关规定。

图3 后浇带设置布置

图4 施工缝划分布置

图5 整体有限元模型

1.5.2 单元属性

结构有限元计算模型共计10 672个节点、20 739个单元，其中梁单元10 250个，板单元6 249个，实体单元4 240个。梁、柱采用梁单元模拟，楼板、剪力墙采用板单元模拟，基础底板采用实体单元模拟。

1.5.3 荷载边界情况

考虑结构自重、基础底板混凝土收缩、徐变的影响，不考虑混凝土水化热温升作用。基础结构周围约束x、y，允许竖向z变形，通过设置土弹簧单元来模拟结构沉降变形。

1.6 模型试算及沉降设计值对比

有限元计算采用土基床系数反算方法。试算A1施工至14层后结构底板变形（A1楼结构核心最大变形32.4 mm，A2楼结构核心最大变形22.6 mm），与设计所提供的该施工工况的沉降变形情况（A1沉降最值27 mm，A2沉降最值23 mm）较为接近，验证了本有限元模型反算的正确性。

然后以正确的模型在各种施工阶段分析模拟设置沉降后浇带与取消沉降后浇带（采用施工缝）2种不同浇筑方案对结构应力与基础沉降变形等的影响情况（图6）。

1.7 设置后浇带/施工缝的混凝土浇筑分块方案

根据董家渡项目A地块设置后浇带和取消后浇带（采用施工缝）的混凝土浇筑分块方案，在同时考虑基础底板混凝土的收缩徐变作用、结构自重等因素下对7种施工工况进行沉降计算分析。由于有限元边界约束较为复杂，结构边缘处容易出现应力集中，应力值可能会出现较大的数值，此数据不作整体结构应力评判分析，即数据分析时不考虑边界处畸形应力值。

图6 最后施工阶段完成时整体结构沉降变形及基础底板沉降变形

1.7.1 设置后浇带施工工况计算分析

在设置沉降后浇带下分块浇筑基础底板混凝土，同时考虑结构自重、收缩徐变等影响，在不同施工工况下对基础底板、后浇带等结构变形及应力进行分析（图7～图9）。

图7 设置后浇带浇筑方案A1/A2主楼施工完成底板结构应力云图

图8 A1/A2主楼施工完成后浇带应力

由图可知，A1、A2主楼全部梁板柱结构施工封顶完成时，基础底板结构最大拉应力为1.74 MPa，此时后浇带最大拉应力值为0.93 MPa，后浇带结构两侧z向变形最大值11 mm，两侧变形差值最大为2.54 mm，基本可认为是同步沉降变形。

1.7.2 设置施工缝施工工况计算分析

在不设置沉降后浇带（采用施工缝）下分块浇筑基础底板混凝土，同时考虑结构自重、收缩徐变等影响，在不同的施工工况下对基础底板、后浇带等结构变形及应力进行分析（图10）。由图可知，A1、A2主楼全部梁板柱结构施工封顶完成时，基础底板结构最大拉应力为2.06 MPa。

1.7.3 2种浇筑方案的混凝土受力对比

通过有限元方法对设置后浇带和采用施工缝2种混凝土浇筑方案进行仿真模拟，分析其对基础底板结构应力、沉降变形的差异对比，将各施工工况下基础底板结构对应的应力值汇总到表1。

图9 A1/A2主楼施工完成后浇带变形

图10 采用施工缝浇筑方案A1/A2 主楼施工完成底板结构应力云图

表1 2种浇筑方案下各施工阶段基础底板应力最值（单位：MPa）

由表1可知，通过有限元理论计算分析，在同时考虑结构自重、混凝土收缩徐变的影响下，设置沉降后浇带对基础底板产生的拉应力最值要比不设置沉降后浇带（采用施工缝施工）小，两者最值相差约10%，由于是理论计算分析，在忽略一些诸如混凝土结构内部钢筋对抵抗裂缝有利影响的前提下，本报告计算出的基础底板拉应力最值是有些偏大的。因此，通过计算数据定性对比分析设置沉降后浇带和改施工缝2种浇筑方案下的基础底板结构应力变化幅度趋势，能说明本工程如果不设置后浇带而改用施工缝浇筑基础底板也是可行的。

1.7.4 B3/F1跨间结构沉降变形分析

在设置施工缝条件下，通过有限元计算，得出A1/A2主楼结构封顶施工后B3柱底、F1柱底跨间结构沉降变形数据（图11～图13）。

图11 A1/A2主楼结构封顶施工后B3柱底跨间沉降变形

由图可知，对于地下B3层柱底跨间沉降变形情况，施工单位计算底板最大沉降A1处为32.4 mm，A2处为22.6 mm；A1/A2核心筒四角沉降值小于各边中间沉降值，差值为2 mm，较设计院计算值小；A1塔楼四周与核心筒沉降差值为9 mm，与设计院11 mm相近；A2塔楼四周与核心筒沉降差值为7 mm，与设计院9 mm相近；A1塔楼四周沉降值存在偏差，外侧大于内侧；A2塔楼四周沉降值相差不大，较为均匀。与设计院计算结果不同之处在于，裙房底板设计院计算沉降为0 mm，本报告计算为7～8 mm。

图12 A1/A2主楼结构封顶施工后F1柱底跨间沉降变形

图13 设置施工缝A1/A2主楼结构封顶后底板沉降变形

对于地上A1楼与A2楼对应的F1层柱底跨间沉降变形情况，由于混凝土柱、墙在自重作用下的压缩，造成A1楼、A2楼地上1层竖向位移大于底板处相应位移，差值约为4 mm；塔楼外框架柱与核心筒内部最大沉降差值为6 mm；A1楼外围框架柱沉降较为协调，但存在外侧沉降大于内侧的现象，差值5 mm。A2楼外围框架柱变形较为协调，但四角位置沉降小于其他位置，与设计相符。

1.8 计算结果总结

通过采用有限元方法对本项目A地块在设置沉降后浇带与不设置后浇带（采用施工缝）的混凝土浇筑方案下不同施工过程的基础底板结构应力及沉降变形进行定性对比分析，得出以下结论：

1）采用土基床系数反算方法，依据设计提供的土质勘察数据及变形情况，通过荷载与变形的关系，反算出土弹簧系数K值（土体基床系数K=6 500 kN/m3），试算A1施工至14层后结构底板变形（A1楼结构核心最大变形32.4 mm，A2楼结构核心最大变形22.6 mm），与设计所提供的该施工工况的沉降变形情况（A1沉降最值27 mm，A2沉降最值23 mm）较为接近，验证了本有限元模型反算的正确性。

2）采用设置后浇带方案的底板最大拉应力为1.74 MPa，采用设置施工缝方案的底板最大拉应力为2.06 MPa，设置施工缝方案底板应力稍大于设置后浇带方案底板应力，2种方案底板拉应力均小于C35混凝土抗拉强度2.20 MPa。

2 取消后浇带后采取的施工措施

2.1 优化混凝土配合比

现在涉及诸如地下室底板等大体积混凝土浇筑的混凝土配制中一般会采用“双掺技术”[3]，即掺入粉煤灰与矿粉，利用二者的叠加效应，改善混凝土的性能，降低混凝土水化热及内外温差。本项目中根据底板概况以及取消沉降后浇带的工况，积极联系混凝土搅拌站，改变原有混凝土配比，并进行试验验证，达到了理想效果。

2.2 采用跳仓法施工

对于较大面积的底板浇筑，取消沉降后浇带后需合理划分施工分块，这样才能达到减少结构相互制约、释放收缩应力、节约工期的目的。本项目在兼顾工期与施工质量的基础上，比选不同划分分块方案，最终采用前文的划分方式。同时，跳仓法施工时相邻施工段的间隔至少为7 d。

2.3 合理规划混凝土搅拌车交通路线

大体积混凝土的浇筑必须要保证连续性。本项目策划阶段即充分考虑项目所在地的地面交通状况及交通高峰时间，先期与交警部门联系安排运输路线，并与混凝土搅拌站商定安排不同时段的混凝土搅拌车蓄车数量。

2.4 混凝土的养护

混凝土浇筑完成后，需及时进行养护，根据天气情况采取不同的养护措施。本项目养护采用覆盖1层塑料薄膜加1层麻袋的方式。

3 结语

计算结果及后期实际应用效果均表明，取消本项目2个塔楼之间的沉降后浇带（设置施工缝）是完全可行的，避免了设置后浇带给工程质量、进度、成本、安全等带来的不利影响，可为其他同类深基坑地下室底板施工提供有益的借鉴。