地下主体结构与地下连续墙结合时的问题和对策

2015-10-31游俊豪

建材与装饰 2015年26期

关键词：筏板塔楼合一

游俊豪

（广州市市政工程设计研究总院）

地下主体结构与地下连续墙结合时的问题和对策

游俊豪

（广州市市政工程设计研究总院）

广州涛景国际展贸中心是由四栋地下室超大、超深的高层组合而成的建筑群，主体结构设计过程中结合了基坑支护设计的特点采用“两墙合一”的方法，有效利用了地下连续墙的特性，使主体结构经济性、合理性明显提高。另外，采用地下主体结构与地下连续墙结合，也带来了诸如构造、计算及防水防渗问题的设计与考虑。

地下主体结构；地下连续墙；两墙合一；防渗

1　前言

伴随着社会迅猛发展，建筑行业日渐趋向地下工程建设方向发展，各类地下室及基坑不断做大、做深、做紧，为应对各类土层情况，地下连续墙施工技术应运而生，而同时将其跟地下主体结构结合起来的方法，实现了结构构件的合理利用及降低工程建设成本，得到工程界的广泛推广，但在具体的设计方法、防水工艺以及节点构造等方面还不完善，且无章可循，因此，各类应用主体结构与地下连续墙结合的实际项目的设计分析及实践成果成为亟待总结的问题。

2　工程概况

广州涛景国际展贸中心位于广州市南洲路上，总建筑面积为20万m2，分别为四栋塔楼，最高结构高度为86.4m，采用框支剪力墙结构，结构转换层均设置于第四层，建筑效果图见图1。工程地下4层，层高分别为5m、5m、3.9m、3.9m；其中负一层及负二层均为商业，其余为车库及设备用房，地下室采用现浇钢筋混凝土框架结构，结构立面图见图2。

图1　建筑效果图

图2　结构立面图

该工程建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度为0.01g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s；风荷载按广州市50年重现期的基本风压取值为0.5kN/m2，地面粗糙度为C类。

3　基础及地下室设计

3.1基础设计

根据地质勘察报告，场区基岩为燕山晚期泥质粉砂岩，根据岩性和状态自上而下可划分为：素填土、淤泥质土、粉砂、中粗砂、粉质粘土、泥质粉砂岩。地下室底板基本位于强风化泥质粉砂岩上，地基承载力特征值为500kPa。经多方案比较，选用天然地基筏板基础配合岩石锚杆抗浮的基础形式，基底持力层为强风化泥质粉砂岩，实际施工中，由于场区部分中风化岩层提早暴露，需采用风炮或爆破施工。

塔楼下采用1.4m厚筏板基础，筏板混凝土等级为C35，抗渗等级为P8，柱下及核心筒下采用加厚柱墩抵抗竖向构件冲切作用，最厚处达2.3m，并在柱墩中部设置钢筋网片，以提高柱墩抗剪承载力；地下室范围采用0.75m厚筏板基础，柱下设加厚柱墩抵抗冲切。

由于建筑塔楼与地下室荷载差异巨大，加之基底岩层分布不均，基底强风化泥质粉砂岩岩性较软，采用何种措施解决不均匀沉降成为基础设计中至关重要的环节。采用JCCAD进行基础沉降分析，考虑完全柔性，考量塔楼与地下室间沉降特性分布，结果如图3。从计算分析结果可见，筏板沉降主要受上部荷载影响较大，呈规律性分布，但塔楼与地下室沉降差达一倍，基础设计中主要采取两种措施抵抗不均匀沉降：①设置沉降后浇带，沉降后浇带沿塔楼主筏板边布置，带宽1m，待塔楼封顶后浇筑；②全楼筏板均采用双层双向拉通配筋，以增强筏板整体刚度，抵抗因地质情况差异造成的不均匀沉降。地下室抗浮采用岩石锚杆抗浮，锚杆长度15m，抗拔承载力特征值取450kN，布置方式按2m× 2m均布于底板，有利于减少筏板厚度。

图3　D栋沉降分析图

3.2地下室设计

地下室结构采用现浇钢筋混凝土框架结构，由于地下室超深，最大深度达19.9m，地下室侧壁为满足抗渗裂缝要求，需采用0.8m厚钢筋混凝土侧壁，配筋达φ20@150拉通，另补φ16@150。

4　地下连续墙设计

4.1总体方案

该工程基坑开挖深度达18.9m，局部最大开挖深度为19.5m，南北向总长201m，东西向215m，基坑总面积达40000m2；基坑北侧部分进入地铁广佛线保护范围，南侧距离南环高速71m，西侧为单层批发市场，东侧比邻2栋3层及11层办公楼，属于“超大、超深，且周边环境复杂”的超大型基坑。根据地质勘察报告显示，本场地砂层分布普遍，且厚度达3～10m，根据《广州市建筑工程基坑支护设计技术评审要点》第三条第5点要求，基坑围护结构需采用地下连续墙；场区地下水类型主要为上层滞水，属地下水径流排泄区，且靠近珠江边，地下水自由面较高。经综合比选，基坑支护采用0.8m厚地下连续墙配合三层钢筋混凝土支撑支护体系，北侧采用1m厚地下连续墙，以增强基坑刚度，加大对广佛线的保护作用。

4.2计算分析

该基坑安全等级为一级，重要性系数为1.1，计算分析采用理正深基坑支护7.0版及SAP2000，计算模拟施工全过程，计算结果如表1所示，其中一级基坑控制位移为30mm。其中各层支撑按弹性法计算最大轴力均为1160kN、6127kN、4725kN。基坑整体稳定安全系数为1.678，抗倾覆安全系数为2.966。

表1　

5　地下室主体结构与地下连续墙结合

5.1“双墙合一”的结合方式

工程采用复合式“双墙合一”，即将地下连续墙与主体结构地下室外墙做成一个整体，通过把地下连续墙外侧凿毛并作为模板，用连接钢筋与主体结构外墙连接，并有效传递剪力，连接构造如图4所示。

图4　连续墙与底板连接构造

图5　连续墙与顶板连接构造

5.2设计计算原则

地下连续墙作为永久性结构构件，在基坑开挖阶段开始主要抵抗地下室周边侧向土压力，即于基坑开挖以及地下室施工阶段满足基坑变形、墙体受弯承载力的要求。而作为“第二道防线”的地下室侧壁，主要抵抗地下连续墙受力变形后开裂，沿地下连续墙裂缝渗进两墙之间的地下水，考虑使用要求，地下室侧壁需满足各工况下裂缝宽度不大于0.2mm。

同时，地下连续墙作为一种埋土嵌岩构件，能为地下室提供一定的抗拔承载力以提高地下室整体抗浮能力。但由于缺乏计算分析资料以及现场试验数据，一般仅作为地下室整体抗浮的安全系数。

5.3“两墙合一”防渗漏技术

由于地下连续墙采用的是分槽段泥浆护壁冲孔成槽，吊放钢筋笼，再水下浇筑混凝土而成，此施工工艺决定地下连续墙成型质量会有一定参差，基坑开挖后即可发现，地下连续墙个别位置会有涌水现象，特别在槽段接缝的位置出现尤为频密。再者，对于“两墙合一”的地下连续墙，与主体结构连接的部位也是防渗漏的关键。因此，“两墙合一”防渗漏的主要环节有以下几点：

（1）地下连续墙自身防水。采用具有防水性能的的混凝土进行地下连续墙的水下浇筑，可使墙身有一定的抗渗性能；且地下连续墙由于面积较大，宜采用C20～C35等强度较低、水化热较低的混凝土浇筑，可减少成型后地下连续墙的墙身裂缝；同时，地下连续墙的施工质量也对其自身防水效果有较大影响，冲槽前，应考虑连续墙深度，选择较小的长宽比，有利于保证成槽质量。

（2）槽段接缝位置处理。①采用刚性接头，避免槽段接缝位置出现无筋区，广州地区经验较为常规的为工字型接头，既保证了接头位置的连接也增长了渗水路径；②于接缝位置迎土侧打入旋喷桩作为止水帷幕如图6；③带基坑开挖后发现部分位置出现渗漏，需用结晶型防水涂料或灌浆止水后方可继续主体结构施工。

图6　槽段接缝防水构造

（3）地下连续墙与主体结构底板及顶板连接防水。在顺作法的地下室施工中，地下连续墙与地下室侧壁存在大量二次浇注连接位，这些位置均为地下室防渗漏的薄弱环节，其中，以底板及顶板连接位最为关键。为保证连接位防水可靠性，应于连接位放置遇水膨胀止水条，以增长连接部位的渗水路径，如图4、图5所示。由于地下室底板位置水头较大，必要时可于底板与地下连续墙连接位预埋注浆管，待结构完成后注入环氧浆液止水。