地下室设计中存在的问题及预防措施

华东建筑设计研究院有限公司，上海 200070

如今随着城市的不断发展，建筑地下室的使用功能及体量规模也随之发生改变，对于地下室的安全性、耐久性以及适用性的要求越来越高，然而地下室设计是一项综合性较高的结构设计，在保证结构安全可靠的基础上还需面对地下室渗漏、裂缝、浮力等问题，这也促使设计人员在地下室设计过程中需要考虑更为全面。

1 渗漏问题

1.1 渗漏问题产生的原因

常规的地下室结构以混凝土框架结构为主，主要材料为钢筋混凝土，混凝土自身的材料特性使结构通常带裂缝工作，因而解决渗漏问题尤为重要。产生渗漏问题的主要原因如下所述。

（1）施工过程原因。施工过程中，由于地下室混凝土体量较大，施工单位难以保证混凝土振捣密实使其不出现蜂窝麻面的现象。

（2）施工养护原因。混凝土在水化过程中产生收缩应力，并且由于内外温度变化引起温度应力，在施工养护过程中又难以保证其质量。

（3）混凝土材料特性。混凝土本身是多孔体，非匀质材料，内部为大小不一的细微孔缝，普通混凝土一般都会渗水。

1.2 渗漏问题的预防措施

（1）设置后浇带。在施工过程中，后浇带能释放混凝土初期较短时期内的约束力。

（2）设置膨胀加强带。由于地下室混凝土中一般会掺入膨胀剂，膨胀加强带能补偿收缩混凝土早期变形。

（3）增加钢筋。对于约束变形薄弱部位增设水平温度筋，例如地下室外墙内亦可增设水平暗梁，从而抵抗拉力。

（4）采用防水混凝土。优化混凝土配给方法或掺入大量外加剂或膨胀剂以增强混凝土的抗裂性和抗渗性。

（5）采用柔性外防水。地下室的各个迎水面采用柔性外防水层设计，通常以防水涂料为主，但会使得成本提高。

综合采用以上措施，能有效解决渗漏问题。灵活调配各个方法之间的组合应用，例如工程量较小的工程可以采用侧壁和底板用防水混凝土加柔性外防水组合，这种建筑设计和结构设计相结合的方式在避免混凝土材料自身收缩开裂的同时，柔性外防水还能制约地下水对迎水面混凝土的侵蚀，降低开裂的概率，从而降低渗水概率。

2 裂缝问题

2.1 裂缝问题产生的原因

建筑规模越来越大，超长结构设计日趋常见，然而超长结构所带来的开裂问题也越发明显。若结构出现裂缝，会严重影响建筑的使用与寿命，产生裂缝问题的原因如下所述。

（1）设计原因。平面布置尺寸超长不合理，不可设置伸缩缝等。

（2）施工原因。混凝土自身收缩变形或者混凝土养护中的温差过大。

2.2 裂缝问题的预防措施

（1）配筋设计。布置直径小且间距小的分布钢筋，并且在应力集中处设置加强筋。

（2）设置后浇带。每隔55m左右宜设置1条后浇带，与常规后浇带设置方法不同的是超长结构的后浇带钢筋宜断开，宽度应按所需的最小尺寸以及施工空间条件确定。

（3）水泥品种。为较好控制混凝土水化热过程的温度，宜选用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥。

（4）砂石级配。同等水灰比情况下，粗骨料和中粗砂可以有效降低水泥用量，并满足设计需求。

（5）外加剂与外参料。随着施工技术与化工科技的高速发展，越来越多的新品种外加剂和外参料进入市场，但是要注意的是其使用前均应先做试验，以确定各种外加剂与外参料之间不会产生不良反应。

（6）施工养护。混凝土施工养护始终是一项重要环节，控制好混凝土表面温度并且做好测温监测工作，合理选择养护方法，防止混凝土收缩开裂。

抗裂应注意合理结构设计与合理施工方法相结合，通过结构设计上设置后浇带和配筋设计，以及各类施工工艺，包括材料的选用以及施工养护的重视，才能有效解决裂缝问题，使结构既不产生过大的变形，又不产生过大的应力，确保结构承载力和使用的需要。

3 浮力问题

大型地下室结构上部一般存在一栋或者多栋独立塔楼，塔楼部分由于上部荷载较大，故不存在浮力问题，但是楼宇之间的区域或者纯地下室区域便存在覆土及常规活荷载，故需要格外注重浮力问题。地下室各区域受上部荷载差异较大，因此底板的抗浮能力也有较大差异，需要分别对地下室各个区域进行受压能力与抗浮能力计算。

3.1 减小建筑埋深，间接减小水浮力

（1）基础设计。通常地下室底板采用倒楼盖式筏板基础或梁板式筏板基础。梁板式筏板基础一般采用低位板形式，即基础上可以回填覆土从而增加整个基础重量达到抗浮作用，但倒楼盖式筏板基础的优势是其基础厚度比梁板式筏板基础薄，从而可以减小建筑埋深，一般可优化0.4m左右的埋深，从而减小整体水浮力作用且可以减少开挖深度，降低工程造价。

（2）楼盖设计。可以采用无梁楼盖或者宽扁梁，有效利用纵下埋深空间，尽可能减小结构高度以满足建筑及设备需求。根据工程方案比较经验，采用宽扁梁较采用常规梁板设计可优化200mm左右的结构高度，采用无梁楼盖较采用宽扁梁又可优化400mm左右的结构高度（跨中区域，不含柱帽），从而减小建筑埋深，提高整体经济性指标。

3.2 增加结构自重，直接抵抗水浮力

（1）增加基础自重。通常采取增加底板厚度以及基础顶面覆土厚度，从而增加结构自重，但基础增厚的同时，会导致埋深加深。由于增加混凝土和覆土厚度所增加的重力大于相应厚度所产生的水浮力，故此方法理论可行，实际工程中可适当应用。

（2）增加楼盖自重。楼盖采用大板设计，一方面可以增加结构自重，另一方面可以取消布置次梁，提高竖向空间利用度。但此方法对主框架梁的负担较大，可优化程度需要以不影响建筑净高为前提，因此抵抗水浮力的作用有限，实际工程可以适当考虑。

3.3 设置抗拔桩，直接抵抗水浮力

采用设置抗拔桩设计是较为常规且行之有效的抗浮措施。抗浮设计时需注意以下要点。

（1）抗拔桩不宜在柱下设置，因为柱底集中承压荷载较大，与抗拔桩的抗浮反力共同作用下易对结构产生不利的冲切破坏。

（2）抗浮设计水位一般由历年最高水位估算而得，因此在地下水位自然状态下抗拔桩处于高低起伏的变化中，其自身性质从抗拔桩转变为承压桩，这种情况下会产生不均匀沉降。该现象在不断缝的主体结构与裙房交界处的大底板基础尤为明显。

（3）地下室浮力问题易被忽视，从而造成不可挽回的严重后果，设计师在设计中应注重手算验算，复核验算结果，并且根据经验取其大者，确保浮力问题得到有效控制。

4 不均匀沉降

大型地下室中包含较多高层塔楼便会产生不均匀沉降的问题。严重的不均匀沉降会使上部建筑倾斜，产生地下室顶板开裂、破坏地下室防水等严重后果。文章根据工程经验总结了2个主要处理方向，以解决大型地下室不均匀沉降的问题。

4.1 释放沉降，减小沉降差

主体结构与地库之间设置沉降后浇带，该方法较为常见且实用，通常情况下，即沉降差不大且对钢筋产生的应力较小的情况下，一般钢筋不采用断开处理。一般主体结构封顶后，其沉降已经得到大部分的释放，再浇筑沉降后浇带。该方法旨在优先释放主体结构沉降量，使得主体结构与周边结构沉降差减小，以解决不均匀沉降问题。但是该方法的缺点也是显而易见的，首先，由于沉降后浇带一般在主体结构封顶后一至两个月左右封闭，且需要确定主体结构的沉降已经稳定后，这使得施工工期延长。其次，沉降后浇带暴露时间较长，质量难以得到保障。最后，主体结构在施工期间长期处于无嵌固状态，难以保证整体稳定性。

4.2 约束沉降，减小沉降差

（1）采用端承桩，主体结构与周边地下室结构均设置端承桩，使其受力处于同一持力土层上，有效减小沉降差。该方法基础耗材较多，但在山地建筑或者地下土层较浅的基岩或者砂卵石层的基础上，有显著且经济的效果。

（2）采用地基处理调整地基反力，提高主体结构与周边地下室结构下的地基反力，加强土层的承载能力，使沉降量得到有效控制。结构设计过程中，应根据上部结构情况与地基土层条件，采用合适的方法，并在计算上考虑基础的补偿作用和适当考虑基坑开挖后的坑底反弹位移。

5 结束语

文章详细阐述并解析在地下室设计中应重视的几个常见问题，但随着时代的发展，未来建筑物将会面对更多更难的问题，当建筑物追求高度的同时，其深度势必也会不断加深，这同时也预示着地下室设计难度不断提升。但是渗漏、裂缝、浮力和不均匀沉降问题始终不可避免，通过科学的优化、合理的设计，确保设计质量的同时通过简便且经济的方法解决问题，是每个设计工作者的责任和义务。