大型商业建筑超长无缝抗浮地下室的设计

邹正高宇程

（1、美国SCA国际设计集团四川海辰工程设计研究有限公司，四川 绵阳 621000 2、中山市规划设计院，广东 中山 528400）

一、工程概况

广东中山长堤路-凤鸣路片区改造工程二期B区，总建筑面积88002m2，为大底盘、多层结构。其中地下室建筑面积34726m2，结构最大长约310m，最大宽约64m，无伸缩缝。地下室分为二个区:B1区结构最大长约190m，最大宽约48m，B2区结构最大长约148m，最大宽约64m。地下室为两层，无人防设计，负1层板厚0.12m，顶板厚0.22m，侧墙厚0.45~0.80m。筏板厚度1.0m~1.5m。地下室混凝土设计强度等级为C35，防水等级为二级，筏板、顶板填土部分和负1层地下室外墙混凝土抗渗等级为P6，负2层地下室外墙混凝土抗渗等级为P8。按照设计规范，本工程地下室结构属于超长大面积混凝土结构工程，所以针对实际情况，采取多种技术措施来防止由于结构超长引起的裂缝。基础部分则是采用天然筏板基础，并使用CFG桩处理地基防止基底不均匀沉降，整个建筑的抗浮除自重抵消的部分外，均由设置于筏板底的抗浮锚杆承担。

二、超长地下室无缝设计要点

由于混凝土材料的力学特性，抗拉强度低，韧性差，以及在结硬过程中产生自身收缩，理论和实践均证明，如不采取措施，则难以满足混凝土规范中对结构裂缝宽度的要求。因此，为防止出现这样的情况，该超长地下室结构设计采取如以下措施。

1.设置后浇带

(1)间距。结合本工程建筑物长度、以及中山的气候环境特点综合考虑，后浇带间距一般控制在40～50m左右。

(2)位置。小跨梁开间或受力较小的部位，一般设置在梁跨1/2处。根据结构模型设置情况可沿平面曲折通过。

(3)宽度。综合考虑，本工程后浇带宽度取为1000mm。

(4)钢筋。后浇带部位的构件钢筋不截断，并增设不少于原配钢筋20%配筋量的附加钢筋,深入后浇带两侧各1000mm，这样可避免梁钢筋全部截断后造成的钢筋搭、焊接困难。

( 5)浇筑时间。为最大限度减少混凝土施工过程的温度及收缩应力，后浇带的保留时间应不少于两个月，且浇筑时的温度宜低于主体混凝土浇筑时的温度。

(6)混凝土。采用强度等级与两侧混凝土较高者相同的补偿收缩的混凝土浇筑。

(7)断面形式。一般避免留直缝，对于板可留斜缝;对于梁及基础，可留企口缝。

(8)地下室有防水要求，在新老混凝土之间设置钢板止水带，以防止渗漏。

2.采用低水化热的水泥配置混凝土并适量加入粉煤灰

混凝土内外部温差过大会产生裂缝，主要是由水泥水化热引起的。地下室超长大体积混凝土基础中，混凝土强度级别较高，水泥用量大，因此混凝土在初凝过程中会有大量水化热产生。混凝土是热的不良导体，又由于地下室底板及筏板几何尺寸巨大，这些热量不易及时排出而积聚，导致了其内部温度迅速升高(最高时可达70～80℃);相反，在构件表面由于散热条件良好，温度保持较低水平。这样就出现了内外温差,这种相对的"内胀外缩"使混凝土表面产生拉应力，当它超过混凝土拉伸极限时，裂缝就产生了。

粉煤灰水泥系在硅酸盐水泥中掺入占水泥重量20%～40%的粉煤灰组合而成。其有如下特性：早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较小；耐冻性差；耐硫酸盐腐蚀及耐水性较好；抗炭化能力差；抗渗性较好；干缩性较小；抗裂性较好。

选择粉煤灰水泥在技术上有两点好处：一是减少内部水化热的产生 (因为减少了水泥用量)；二是减少混凝土的"干缩"量，这样从整体上对裂缝的产生和扩展起到了预防和抑制作用。

3.加大碎石骨料用量

碎石骨料表面粗糙与水泥的胶结良好，同样配比的混凝土其强度较卵石混凝土高，并可降低水化热，收缩变形小，从而裂缝也小。在满足施工泵送要求的情况下，加大碎石骨料用量,降低水泥用量，减小混凝土的水化热，能更好地保证混凝土的质量。

4.降低水灰比

确定设计配合比阶段,采取降低水灰比的措施。采取该措施的目的在于减少用水量，降低混凝土的收缩。同时建议施工单位在混凝土浇筑阶段，采用二次振捣的工艺，即在混凝土初凝前进行二次振捣，避免混凝土因沉降收缩而引起的裂缝。

5.掺加膨胀剂

本工程地下室所有混凝土均添加SY-G类高抗裂膨胀剂，并要求保证水中养护14天的混凝土限制膨胀率大于等于0.025%。膨胀剂通过水化反应，使混凝土产生适量膨胀，在钢筋和邻位的限制下，在混凝土中建立0.3～0.5MPa的预压应力，可大致抵消混凝土干缩及温度收缩时产生的拉应力，防止混凝土开裂。同时膨胀剂水化时生成的膨胀结晶使混凝土的抗渗能力大大提高，从而实现混凝土结构抗裂与抗渗的目的，提高了结构的整体抗裂性能和抗渗标号。

6.设水平暗梁

由于墙体受施工和环境温度、湿度等因素影响较大，容易出现竖向收缩裂缝，混凝土强度等级越高，开裂几率越大。本工程设计时在计算满足的前提下适当提高了较薄弱墙体中的水平钢筋配筋率，水平钢筋的间距小于等于150mm，即采取细而密的配筋原则。由于墙体受底板或顶板的约束较大，混凝土胀缩不一致，所以设计图纸中在较薄弱墙体中部及端部各设一道水平暗梁，用来控制墙体有害裂缝的出现。

7.增设构造钢筋

由于墙与柱的配筋率相差较大，混凝土胀缩变形与限制条件有关，又由于应力集中原因，在离柱子1～2m的墙体上易出现竖向收缩裂缝。设计要求在墙柱连接处设水平附加筋，附加筋的长度为2000mm，插入柱子中 200mm，插入墙体中1800mm，该处配筋率相应提高10%～15%。这样，有利于分散墙柱间的应力集中，避免竖向裂缝的出现。

8.加强混凝土养护

掺SY-G混凝土的养护是保证工程质量的最重要的措施之一，要派专人负责养护工作，混凝土终凝后2小时即开始养护，养护期不少于14天。

三、两层地下室锚杆抗浮设计特点及防水措施

本工程位于中山岐江河的河畔，临江而建，地下室的顶板面标高几乎与平常河面一致，而河底的地基除开表面松软的淤泥层，就直接进入了风化岩层，加上上部仅为多层结构，在自重较小的情况下，这对于两层高度的地下室抗浮设计又增加了新的难度。采用锚杆抗浮，对建筑基底筏板的整体受力均衡相当有利，而且相比增加结构自重或采用灌注桩抗拔的两种方案来说不但成本较低，在施工难度上也有大幅度的降低，本工程的锚杆设计同施工中制定如下细则：

1.设计原则

设计锚固体直径150mm，灌注纯水泥浆体并加微膨胀剂，二次高压注浆工艺。注浆材料：采用普通硅酸盐水泥,强度等级42.5R,水灰比0.45～0.50；采用二次注浆工艺，第二次注浆掺入水泥用量10%的微膨胀剂。锚固体强度等级为≥M30。单根锚杆抗拔力特征值530kN，锚杆锚固段进入中风化岩长度为≥4.70m。锚杆钢筋锚入底板均为40d。锚杆锚侧土层摩阻力安全系数取2.0，自垫层面算起长度约为8.5米~21.5米。

2.施工技术要求

1 ）、锚杆杆体制作与安装

（a）杆体不宜焊接。（b）清除钢筋表面的油污和铁锈，按设计要求绑扎钢筋笼；将2根注浆管与钢筋绑扎在一起。对用于二次注浆的高压注浆管出浆孔和端头应封口。

2）、锚杆成孔

（a）采用地质钻孔机或专用锚杆机成孔。（b）孔位误差不宜大于300mm。（c）锚孔垂直度偏差≤1%。（d）孔深大于设计锚固深度500mm以上。

3）、洗孔：采用压力清水洗孔，将孔中的泥浆冲洗干净，尽量排出沉渣，确保浆体与岩土层充分胶结。

4）、注浆：二次注浆工艺。第一次注浆压力0.5～0.8MPa，从孔底开始，注至孔口反浆，一次注浆管必须拔除；一次注浆后宜在80～120分钟内（两次注浆间隔可根据现场实际情况调整）采用高压注浆泵进行二次注浆，压力2.5～4.5MPa。由于浆体凝结收缩，应在孔口处随时补浆。

5）、养护：锚杆养护期间，不得随意碰撞。

3.上浮量长期监测

在场地至少布设32个上浮位移监测点，具体详观察点布置图。当停止降排水后的第一周内应每天观测一次，以后每月监测一次，一年后的监测频率率可按有关沉降量监测要求执行。国家对地下室防水制定了较为系统、全面的《地下工程防水技术规范》(以下简称"规范")以及相应的国标图集，规范中对于不同防水材料、不同部位的防水构造做法均有较为系统、细致的交代与规定，这对于保证、促进我国的地下防水设计、施工，提高防水质量起到了很大的积极作用。

但在实际工程设计中，总会出现各种各样的规范中难以全面涵盖的新问题、新情况，导致设计者无规范和标准可依，这种情况只能凭设计者的经验进行设计，往往难以保证设计、施工质量，抗浮锚杆的防水设计也属于此类情况。

本工程的抗浮锚杆一般按照2.8米间距成网格状布置并伸入结构筏板内，直径150以下，相当于将本来完整的地下室底板防水层戳了大量的洞口，破坏了防水层的完整性，产生大量的漏水点，这对防水设计来讲是最大的忌讳，由此产生了一系列的问题：

1、无相应的防水设计规范依据。

设计者在做施工图时，细部构造节点往往习惯直接选用标准图集或根据规范中相应的要求进行设计，但现行"规范"对于抗浮锚杆的防水构造设计要求只字未提，有人建议按照规范中关于桩头防水构造进行设计施工，但是笔者通过与施工单位沟通，此方法根本行不通，原因是桩头直径一般在500以上，断面尺寸大，而抗浮锚杆直径在150以下，断面尺寸很小，而且还有三根直径分别为36左右的钢筋，基本没有水平操作面，很难按照桩头防水构造进行设计施工。

2、设计、施工互相推诿。

由于无规范设计依据，设计者为避免设计责任(主要是担心一旦产生漏水，建设方追究设计单位的责任)，经常让施工企业自行按照经验施工，设计者不再出具关于此部分的防水构造节点详图，但因为房屋漏水、渗水问题产生的纠纷较多，施工单位也深知其中的责任较大，故坚持强调必须有施工图纸，否则不予施工，至此设计、施工双方形成僵持局面。

3、设计、施工缺乏经验。

产生以上问题的根源在于设计、施工双方均无此方面的成熟经验，又没有规范设计依据，所以心中没底，没有把握能确保设计、施工的质量。

解决措施详述如下：

1）防水设计原理。

①根据“规范”的有关防水原则，凡是在防水薄弱部位均做加强层。②锚杆在底板居中左右处做止水钢板，目的是改变并延长可能渗透的毛细水路径，阻止毛细水沿锚杆钢筋长驱直入，使其不易穿透底板。

2）防水措施。

根据以上原理，在每个锚杆四周均做防水加强层，为确保防水效果，加强层做2道，一道水泥基渗透结晶型防水涂料，一道卷材防水，其中卷材在锚杆处环绕钢筋热熔包裹，上卷高度是自垫层向上至钢筋砼筏板底，这样卷材形成筒状，内有钢筋，卷材做完后向筒内灌注防水密封膏，必须与卷材相容，以免起化学反应破坏防水。加强层做完后再做普通防水层即可；止水钢板应与锚杆钢筋满焊。

结语。超长大地下室混凝土在实际设计、施工过程中，应把混凝土的裂缝控制看作一个系统工程。不应该片面强调材料等单一因素的作用，而应把合理的材料选择与严密的设计方案、科学的混凝土配合比、严格施工组织和完善的工艺措施相结合，才能确保混凝土的施工质量，达到混凝土结构抗裂防水的目的。而在抗浮设计中，除了要结合工程本身的设计需求、现场情况同工程造价之外，还要对所选方案本身做出多方面的考虑，以保证方案的合理性及方便实施的原则。

[1]建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001.

[2]建筑结构荷载规范GB50009-2001（06版）.

[3]混凝土结构设计规范GB50010-2002.

[4]建筑抗震设计规范GB50011-2008.

[5]建筑地基基础设计规范GB50007-2002.