高层混凝土结构地下室和楼板抗裂设计探析

【关键词】高层混凝土结构；地下室；楼板；抗裂 

　　1.工程概况 

　　某高层住宅共建设25层高层住宅6栋，10层小高层住宅5栋，建筑总面积36万m2，在高层住宅底部建通廊的地下车库，总长约160m，地下室底板厚35cm，用C30混凝土，底板考虑抗浮地下水位-2.8m，计算裂缝控制0.3mm。 

　　从现场看，地下室底板渗水严重，即有明显的裂缝渗水，在裂缝之间也有面渗，说明混凝土中有空鼓等现象致使混凝土结构不密实；底板虽做了找坡层，但渗水状况还是很清晰，从现场已经开槽的渗水部位可看出这些部位的底板渗水严重，如车道口等部位因底板混凝土碎裂导致的渗水现象异常严重。究其成因，根据建设单位的介绍和现场观测，成因大致如下：底板大量碎裂可能的成因主要是：底板厚度及混凝土的强度可能不够，施工时可能存在振捣不均匀或漏振现象，导致混凝土收缩等。侧墙及顶板开裂渗水，成因主要是振捣不均匀或漏振、墙面养护不够等，即现场操作不到位致使底板裂缝严重，实测裂缝共32处，裂缝宽度从0.3～1.4mm，裂缝总长度达1350m。 

　　2.高层混凝土结构地下室和楼板设计不合理 

　　（1）墙体配筋不合理。许多地下室外墙钢筋直径过粗、间距过大，减小了对混凝土收缩的约束，造成了墙体裂缝。如某工程地下室外墙配筋为双层双向声20@200，其外墙每隔5～6m就出现1道竖向裂缝。 

　　（2）“后浇带”设计不合理。未根据地基对底板的约束情况确定合理的后浇带间距。某地下室最大边长200m，中间仅设2道后浇带（其最大间距达70m），且底板设有大量的抗浮锚杆，加大了对底板的约束作用，限制了混凝土的收缩变形，导致了地下室多处开裂和渗漏。另外，因后浇带部位清理困难，若后浇带设置过多，会形成较多的渗漏隐患。在底板后浇带中采用钢板止水带，由于止水钢板下部难以清理且混凝土不密实，易出现渗漏[1]。 

　　（3）混凝土强度等级过高。某工程地下室外墙采用C50混现了裂缝。 

　　（4）防水材料选择不合理。由于地下工程的作业面潮湿、操作环境差，要求防水材料有较好的适应性。因此，一些工程尽管选择了三元乙丙等高档防水卷材，但其外防水效果却很差。 

　　3.高层混凝土结构地下室和楼板的抗裂设计 

　　通过优化混凝土配合比，浇筑时有序地组织施工，即时进行二次振捣和压抹消除结构浅表的早期塑性裂缝；按照信息化施工的原则进行保湿蓄热养护，控制混凝土的内外温差和降温速率，使混凝土在温度相对平稳、湿度较大的小气候条件下硬化，可以有效地减少混凝土的温度收缩变形，从而降低混凝土结构的温度收缩应力，使大体积混凝土的裂缝得到有效的控制[2]。 

　　有地下室的单体高层建筑和多塔高层建筑，地下室周边的钢筋混凝土外墙及墙外侧土体对地下室都有一定的约束，从而在一定程度上限制了地下室的侧向位移。考虑这一约束条件并对地下室结构的刚度和承载力进行加强调整，地震作用下高层建筑的塑性铰就可能在地下室的顶板上部出现，从而在结构设计时可将地下室顶板作为嵌固部位考虑。 

　　3.1地基基础的补偿性设计 

　　在软弱地基上建造采用浅基础的高层建筑时，常常会遇到地基承载力或地基沉降不满足要求的情况。采用补偿性基础设计是解决这一问题的有效途径之一。 

　　不妨将一艘航空母舰看成是一幢建筑物，我们会惊讶地发现该建筑物竟然可以建造在毫无抗剪强度的海水之中。船体之所以不会沉没，是因为船甲板以下有足够的空问，船体的重量被其所排开的水的重量置换了。同样地，只要把建筑物的基础或地下部分做成中空、封闭的形式，那么被挖去的土重就可以用来补偿上部结构的部分甚至全部重量。这样，即使地基极其软弱，地基的稳定性和沉降也都很容易得到保证。按照上述原理进行的地基基础设计，可称为补偿性基础设计，这样的基础称为补偿性基础。当基底实际平均压力p（已扣除水的浮力）等于基底平面处土的自重应力 时，称全补偿性基础；小于 ，称超补偿的；大于 为欠补偿的。箱形基础和具有地下室的筏形基础是常见的补偿性基础类型。迄今为止，国外已成功地在深厚的软土地基上采用补偿性基础建造了不少高层建筑。虽然补偿性基础设计使得基底附加压力 大为减小，由 产生的地基沉降自然也大大减小甚至可以不予考虑，但基础仍然存在沉降问题，因为在深基坑开挖过程中所产生的坑底回弹及随后修筑基础和上部结构的再加荷可能引起显著的沉降。可以说，任何补偿性基础都不免有一定的沉降发生。 

　　坑底的回弹是在开挖过程中连续、迅速发生的，因而无法完全避免，但如能减少应力的解除量，亦即减少膨胀，则再加荷时的随后沉降将显著减小，因为减少应力的解除，再压缩曲线的滞后程度也将相应减小。 

　　在第一阶段，基坑只开挖到预定总深度的一半左右，这样可以减少坑底回弹，同时也有利于坑底土体的稳定。为了进一步减少应力解除，还可以在基坑内布置深井进行抽水，以便大幅度降低地下水位，使地基中的有效自重压力增加。 

　　第二阶段的开挖，采用重量逐步置换法。即按照箱基隔墙的位置逐个开挖基槽，到达基底标高后，在槽内浇筑钢筋混凝土隔墙，让墙体的重量及时代替挖除的土重。接着建造一部分上部结构，然后次第挖去墙间的土并浇捣底板，形成封闭空格后，立即充水加压[3]。 

　　基坑开挖时还需注意避免长时间浸水，开挖后应及时修建基础，因为应力的解除会导致土中粘土颗粒表面的结合水膜增厚，使土体体积膨胀、坑底隆起，结果将加剧基础的沉降。 

　　3.2楼板强度验算 

　　地下室在施工期间，须确保其楼板在地下水浮力作用下具有足够的强度和刚度，并满足抗裂要求。地下室楼板（这里特指筏基）在使用期间通常是按倒楼盖法进行内力分析的，但在施工期间，由于上部结构尚未建造，或上部结构已建造但其刚度尚未形成，故楼板的内力计算不能按倒楼盖法进行，应结合具体情况选择合适的计算简图。如果楼板的截面尺寸过大或配筋过多，可考虑在楼板下设置抗拔锚杆或抗拔桩以改变楼板的受力状态。 

　　结论 

　　为减少高层建筑主楼与裙房间的差异沉降，施工时通常在裙房一侧设置后浇带，后带的位置宜设在距主楼边柱的第二跨内。这样可以加大主楼基础的底面积，减小基底力，同时基底压力仍基本呈线性分布。后浇带混凝土宜根据实测沉降值并在计算后期沉差能满足设计要求后方可进行浇筑。后浇带的处理方法与施工缝相同。 

　　参考文献： 

　　[1]李党义，李曦. 建筑施工过程中混凝土抗裂性问题及解决策略[J]. 商品混凝土，2013，05：119-120. 

　　[2]孙红伟. 水泥品质对混凝土抗裂性影响[J]. 山西建筑，2011，04：110-111. 

　　[3]李军，师瑞峰. 如何选择混凝土抗裂措施的探讨[J]. 内蒙古石油化工，2011，02：33-34.