主裙楼建筑差异沉降控制技术研究

古婷婷

（甘肃第六建设集团股份有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

对于现代高层建筑来说，主裙楼之间的结构、载荷等都存在较大差异，所以为确保整个建筑的良好质量，建筑基础工程至关重要。在建筑基础工程设计施工过程中，不但要有效控制主裙楼各自的沉降量，同时也要严格控制主裙楼之间的沉降差，在进行差异沉降控制期间，还需要通过变调平的形式，降低差异沉降。基于此，本研究将以差异沉降控制作为根本目标，对于主裙楼建筑差异沉降的对应观念、技术手段予以说明，希望可以为建筑行业技术发展提供一些参考。

1 主裙楼差异沉降基本概述

正常情况下建筑中的钢筋混凝土构件都是具有裂缝的，在进行混凝土构件裂缝控制时会受到环境因素的影响，最大裂缝宽度限值和裂缝控制等级情况如表1所示。

在具体应用过程中要按照钢筋混凝土构件的实际环境条件，通过表1来确定混凝土构件的最大裂缝宽度。高层建筑的主裙楼一旦出现差异性沉降，那么两边的基础都会出现相对位移，若是这些位移较大就会造成基础底板混凝土产生开裂。特别是对于地下水位较高的工程来说，一旦出现较大裂缝就会造成底板渗水，对于建筑工程的应用功能造成较大影响［1］。因此，针对主裙楼建筑差异沉降进行有效控制具有非常重要的意义。

2 主裙楼建筑差异沉降计算

2.1 差异沉降所造成的底板弯矩计算

通过后浇带的浇筑使得主裙楼地下室底板连接成为整体，在对差异沉降所造成的板内附加弯矩计算时，可以参考无梁楼盖结构中板计算模型来对板进行结构划分，分为“柱上板带”以及“跨中板带”进行计算。弯矩在两种板带上顺着横向均匀分布，所以在进行计算时可以将柱端当作固定端，以板带1 m宽作为对象进行分析。

以结构力学为理论基础，在产生沉降差异情况下板端的弯矩如式（1）所示。

式中：L表示主裙楼的中心距，m；B表示板带的刚度，N/m；Δ表示沉降差异。

2.2 允许差异沉降计算

对于钢筋混凝土受弯构件来说，在长期载荷作用下会形成较大的裂缝，板端在受到极端弯矩情况下会造成底板混凝土产生较大的裂缝宽度，此种情况下会造成相应的差异沉降［2］。以高低层建筑主裙楼作为总体形式而言，相关人员需要根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）所规定的主裙楼间沉降差来完成工作，要求确保其限值低于0.1%跨度，针对主裙楼间的差异沉降，可以通过式（2）表示。

式中：s1表示主楼沉降量，mm；s2表示裙房沉降量，mm。在进行差异沉降控制过程中，要将变形控制和协调作为核心要素，通过地基和结构协同设计来确保差异沉降的有效控制。在设计施工过程中，最重要的是控制和降低主楼沉降量，避免裙房沉降量过小，同时需要对主裙楼的沉降量进行协调控制。

3 主裙楼建筑差异沉降控制技术分析

3.1 主裙楼地基方面控制

3.1.1 主楼地基的控制。要按照建筑的沉降控制要求，根据实际情况选择最为合适的地基类型。主要有以下两种方案。

①天然地基方案。若是采用天然的地基方案，那么要确保基础持力层属于较高压缩模量的中密以上砂土层或者卵石圆砾层，同时要确保力层的厚度≥4 m，并且不存在软弱的下卧层。例如北京丽泽首创中心、远洋锐中心主楼等高达200 m，均采取天然地基方案。长沙的北辰写字楼通过对软岩地基工程特性指标予以核验，同时在分析基础、地基协同效用后，排除了初期设定的桩基方案，而是采取了筏板基础天然地基设计预案，通过沉降实测不难看出，软岩天然地基方案相对比较科学，这就为软岩地基项目设计提供了参考。

②人工地基方案。人工地基的类型也较多，施工工序复杂，较为特殊的是桩基，因为属于人工调整地基刚度，所以也可以将其作为人工地基处理。人工地基处理时需要经过换填地基、预压地基、强夯地基等工序，采取何种方式需要进行必要的技术、经济对比分析。例如上海中心大厦主要采取的是大直径超长钻孔灌注桩，将粉细砂层当作持力层，具有承载力高、土质均匀、土性较好等特点。但是在钻孔过程中会受到较厚粉土以及砂层的影响，所以需要通过完善的试验来确定最终的成孔能力以及钻孔桩的质量［3］。其需要通过现场试验来确定成桩的承载力，在试验桩上施加极限载荷，通过分布式光纤对桩身应变进行检测。通过试验可以得到有关软土区域大直径超长灌注桩承载特性以及载荷传递机理相应数据，为类似灌注桩施工提供参考和指导。

3.1.2 裙房沉降的控制方法。裙房地基基础方案设定不科学，在很大程度上使得裙房出现沉降，进而引发各个层之间沉降差异变大，所以，保证裙房沉降控制在合理范围内是降低不同层之间沉降差的重要方式。可以采取以下措施来控制裙房的沉降量。

①对于裙房基础的埋置深度进行必要调整，将具有更好压缩性能的土层当作裙房的基础持力层。例如采取砂土或者碎石土作为高层基础持力层时，可以一定程度增加裙房基础底面的标高，从而使得基底可以处于黏性土或粉土层的上部。例如，北京西苑饭店建筑就是让主楼基础处在-12.00 m的砂卵石层，配置三层地下室。而裙房的基础是在-7.55～9.50 m区间的粉细砂层中，配置两层地下室。

②在确定裙房基础类型时，最好采取单独柱基或者条形基础，针对部分有防水需求的项目，相关人员需要采用“单独柱基或条形基础+防水板”的形式。为了确保良好的防水性以及施工质量，需要在防水板下设置相应厚度的易压缩材料。例如北京嘉里中心工程采取泡沫板当作基础软垫，能够大大降低基础以及土的接触规模，加大基础荷载，这就能够有效地提高低层方面的沉降规模，从而减少主裙楼之间的不均匀沉降。若是裙房基础采用单独的柱基或者条形基础，那么需要尽可能提高地基容许承载力，最大程度降低基底规模。

伴随着我国建筑地下室层数的逐步增多，基坑深度愈来愈深，裙房基础大多处于超补偿状况，因此，在设计建筑地基过程中，相关人员要合理采取抗浮举措。

3.2 抗浮兼顾沉降控制

在设计建筑工程的过程中，相关人员一定要参照差异沉降控制标准。现如今，伴随我国建筑地下室逐步加深，裙房以及地下车库的基础抗浮设防问题愈来愈显著，同时这也给大底盘主裙楼高低层建筑地基基础设计工作带来了诸多问题，如果裙房、地下车库采取抗拔桩，就会在很大程度上遏制沉降量，尽管裙房沉降量s2偏小，这无助于调控及协调主楼裙房间沉降差额，通过估算不难看出，这就是为了能够让沉降差Δs控制在标准范畴中，需要科学地约束高层主楼的沉降量s1，如此一来就会增加高层主楼地基基础项目投资规模。对于这项难题，相关人员务必要开展针对性的水文地质勘察工作，确保其高效地明确场地地下水抗浮设计水位。

某建筑的基础，其处在粉细砂层上，这30 m深度区域中存在3层地下水，其中1层、2层水是产生浮力的主要因素。为了能够明确地下水的变化情况，在所建工程区域内设置地下水观测孔，同时在地下埋设孔隙水压力计，以此来获取区域性水文地质资料以及地下水长时间的观测资料，能够对水压力变化、分布等情况进行分析。在充分考量自然因素、人为因素等影响条件的基础上，能够得知相对于传统方法来说，极限不利情况下水压分布有所降低。按照此原理设置的防水位，较之于原本的浮力值，减少了40 kPa，基础设计时可通过压重方案处理抗浮问题，尽量不采取抗浮桩的方式。另外，一定程度上增大配重也便于对差异沉降进行控制。在进行抗浮设计过程中要充分了解抗浮锚杆、抗浮桩等对于地基刚度以及沉降控制等方面的影响，需要进一步对抗浮锚杆类型以及布置方式对于沉降以及基础内力影响展开进一步研究。

3.3 沉降后浇带的改善

3.3.1 “有无”沉降后浇带。根据沉降后浇带的实际情况，相关人员需要将之划分成“从无到有”以及“从有到无”两个时期，所谓的“从无到有”即通过沉降后浇带，进一步替换永久沉降缝，而针对“从有到无”，即通过合理把控差异沉降情况，进一步把主裙楼的差异沉降维持在既定范畴中，而不要求安置沉降后浇带。

初期所采用沉降缝的处理措施无法进一步提升整个建筑结构的抗震属性，只要遭到地震等影响，就会因为彼此撞击而受损。不仅如此，在应用实际项目期间，相关人员采取沉降缝的形式，也难以处置差异沉降难题。某些工程会按照前期预判的差异沉降量对主楼室内地坪标高进行了增高，但还是无法从根本上解决沉降差的问题。因此，在后续的很多工程中往往采取主楼和裙房间不设沉降缝的设计方式，例如北京西苑饭店、长富宫中心等高层建筑的主楼以及裙房间，均没有采取永久沉降缝，促进了技术水平的提升。

在进行地基基础设计的过程中，相关人员务必要充分考量主楼载荷针对裙房地基所带来的影响，其中影响的重要因素为彼此裙房的数量、距离、刚度以及地基土质等。针对这些情况可以采取相应的结构措施，包括高层建筑和周边相邻一跨裙房的筏板保持同样厚度，但是裙房的筏板厚度则是从第2跨开始发生渐变，需要完全契合主裙楼基础总体性能，同时也需要满足基础板变形的标准。不仅如此，相关人员还应该对地基变形、基础内力等指标进行校核，在此过程中要判定地基和结构变形之间的关联性，同时制定针对性的防范措施来避免出现负面影响的差异沉降。通过上述方式予以设计，在保证主裙楼差异沉降维持在既定范畴之内，还应该改善沉降后浇带情况，比如，要求预先完成浇筑等工作。

3.3.2 提前浇筑。正常情况下需要在高层主体结构施工完成之后进行沉降后浇带的浇筑，如果想要提前进行沉降后浇带的浇筑，那么需要建立在对系统性沉降观测信息了解的前提之下，及时参照所获取的信息，不难看出，高层建筑的沉降情况达到了稳定状态，同时能够确定之后所发生的沉降差也是在允许标准范围内，达到这样的条件才能够进行提前浇筑。还要充分考量主裙楼间沉降差极易给建筑结构带来负面作用，做到及时验算。例如，北京LG大厦、北京新中关大厦等工程均将沉降观测信息作为主要标准，在相应的节点内及时完成浇筑工作。

3.3.3 避免设置后浇带。如果高层建筑和所搭载的裙房间差异沉降契合限定值的需求，那么就要求搭载主楼的裙房一旁，不需要安置后浇带［4］。具体的限定标准要求为：第一，高层主楼和所连接的裙房，相关人员可以优先采取总体筏形基础的方式，隔壁裙房柱间的沉降差不可以低于0.1%跨度；第二，针对高层主楼与所搭载的裙房柱，相关人员要通过独立方式，而且主楼与隔壁裙房柱间的沉降差不可低于0.15%跨度。例如，北京首创中心工程采取“变刚度调平设计+地基基础协同设计”的方式，该工程共包括三栋塔楼，高度分别为200 m、150 m、120 m，均要求将天然地基作为主要的筏板条件。

4 结语

现代社会高层建筑日益增加，对于这些建筑来说，在主裙楼之间的结构体系、载荷集中度等方面存在着非常明显的差异，容易在两者之间产生差异沉降的情况，对建筑整体的质量、可靠性等造成较大影响。本研究对此方面问题进行了相应的分析，简要阐述了差异沉降所造成的底板弯矩以及允许差异沉降的计算方法，在此基础上从主裙楼地基控制、抗浮兼顾沉降控制以及沉降后浇带的优化等几方面阐述了控制主裙楼建筑差异沉降的相应措施。希望能够对主裙楼建筑差异沉降控制提供一定参考和帮助，为进一步推动建筑发展发挥现实作用。