摘要：隨著現(xiàn)代人防工程、物流儲備、泊車需要等，大多數(shù)建筑通常都設(shè)計(jì)建筑了地下室，地下室和地上建筑均連成一個(gè)整體，地下室的設(shè)計(jì)關(guān)系著整個(gè)建筑的穩(wěn)固與抗震等功能，筆者本文就地下室的補(bǔ)償性設(shè)計(jì)概念、抗浮設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)幾個(gè)問題談?wù)勛约旱膸c(diǎn)心得，和同仁共商榷。

關(guān)鍵詞：地下室；補(bǔ)償性設(shè)計(jì)；地下室設(shè)計(jì)；地下建筑

地下室是當(dāng)前建筑中通常施工和建造的底層基礎(chǔ)建設(shè)工程，地下室建筑設(shè)計(jì)事關(guān)整個(gè)建筑的質(zhì)量和穩(wěn)固，我們不妨將一艘航空母艦看成是一幢建筑物，我們會驚訝地發(fā)現(xiàn)該建筑物竟然可以建造在毫無抗剪強(qiáng)度的海水之中。船體之所以不會沉沒，是因?yàn)榇装逡韵掠凶銐虻目臻g，船體的重量被其所排開的水的重量置換了?？梢姷叵率业脑O(shè)計(jì)對整個(gè)建筑物的穩(wěn)定性具有直接的關(guān)鍵作用，地下室的設(shè)計(jì)涉及到一個(gè)地基基礎(chǔ)的補(bǔ)償性問題，抗浮設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)幾個(gè)問題，下面本文將一一論述。

1 地基基礎(chǔ)的補(bǔ)償性設(shè)計(jì)概念

在軟弱地基上建造采用箱形或筏形基礎(chǔ)的高層建筑時(shí)，常常會遇到地基承載力或地基沉降不滿足要求的情況。采用補(bǔ)償性基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是解決這一問題的有效途徑之一。同樣，只要把建筑物的基礎(chǔ)或地下部分做成中空、封閉的形式，那么被挖去的土重就可以用來補(bǔ)償上部結(jié)構(gòu)的部分甚至全部重量。這樣，即使地基土非常軟弱，地基的穩(wěn)定性和沉降也都很容易得到保證。按照上述原理進(jìn)行的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，可稱為補(bǔ)償性基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，這樣的基礎(chǔ)稱為補(bǔ)償性基礎(chǔ)。當(dāng)基底實(shí)際平均壓力(已扣除水的浮力)等于基底平面處土的自重應(yīng)力時(shí)，稱全補(bǔ)償性基礎(chǔ)；小于自重應(yīng)力，稱超補(bǔ)償性基礎(chǔ)；大于自重應(yīng)力為欠補(bǔ)償性基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)和具有地下室的筏形基礎(chǔ)是常見的補(bǔ)償性基礎(chǔ)類型。

雖然補(bǔ)償性基礎(chǔ)設(shè)計(jì)使得基底附加壓力大為減小，從而使由基底附加壓力產(chǎn)生的地基沉降大大減小，但基礎(chǔ)仍然存在沉降問題。因?yàn)樵谏罨娱_挖過程中所產(chǎn)生的坑底回彈及隨后建筑基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的再加負(fù)載可能引起顯著的沉降?？拥椎幕貜検窃陂_挖過程中連續(xù)、迅速發(fā)生的，因而無法完全避免，但如果減少應(yīng)力的解除量(即減少地基土的膨脹)，則在施加荷載后沉降將顯著減小。為了盡量減少應(yīng)力的解除，可以設(shè)法用建筑物的重量不斷替換被挖除的土體重量，以保持地基內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)不變。

L·齊瓦特(Zeevaert)在墨西哥的著名高壓縮性土地基上建造補(bǔ)償性箱形基礎(chǔ)時(shí)，運(yùn)用了一種旨在盡可能減少應(yīng)力解除的特殊施工方法，該法最大的特點(diǎn)是基坑的分階段開挖和荷載的逐步替換。施工順序如下：在第一階段，基坑只開挖到預(yù)定總深度的一半左右，這樣可以減少坑底回彈，同時(shí)也有利于坑底土體的穩(wěn)定。為了進(jìn)一步減少應(yīng)力解除，還可以在基坑內(nèi)布置深井進(jìn)行抽水，以便大幅度降低地下水位，使地基中的有效自重壓力增加。第二階段的開挖，采用重量逐步置換法。即按照箱基隔墻的位置逐個(gè)開挖基槽，到達(dá)基底標(biāo)高后，在槽內(nèi)澆筑鋼筋混凝土隔墻，讓墻體的重量及時(shí)代替挖除的土重。接著建造一部分上部結(jié)構(gòu)，然后次第挖去墻間的土并澆搗底板，形成封閉空格后，立即充水加壓?；娱_挖時(shí)還需注意避免長時(shí)間浸水，開挖后應(yīng)及時(shí)修建基礎(chǔ)，因?yàn)閼?yīng)力的解除會導(dǎo)致土中粘土顆粒表面的結(jié)合水膜增厚，使土體體積膨脹、坑底隆起，加劇基礎(chǔ)的沉降。

2 地下室的抗浮設(shè)計(jì)

在在地下室底板(箱基底板或筏板)完工后，上部結(jié)構(gòu)底下幾層完工前這一期間，如果可能出現(xiàn)地下水位高出底板底面標(biāo)高很多的情況，必須對地下室的抗浮穩(wěn)定性和底板強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。(1)地下室的抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算地下室的整體抗浮穩(wěn)定性安全系數(shù)K應(yīng)符合下式要求：

K=Gk≥1．5

FW

式中：GK一一地下室及已建上部結(jié)構(gòu)自重；

FW——地下水對地下室的浮托力，F(xiàn)W=rwhwA；

hW——地下水位至底板底面的距離，地下水位取施工期間可能出現(xiàn)的最高水位，必要時(shí)也可取室外地面標(biāo)高；

A——地下室水平投影面積。此外，還需考慮自重Gt與浮力F。作用點(diǎn)是否基本重合。如果偏心過大，可能會出現(xiàn)地下室一側(cè)上抬的情況。

當(dāng)K不能得到滿足時(shí)，可采用如下措施以提高地下室的抗浮穩(wěn)定：①盡快施工上部結(jié)構(gòu)，增大自重；②在箱格內(nèi)充水，在地下室底板上堆砂石等重物或在頂板上覆土，作為平衡浮力的臨時(shí)措施；③將底板沿地下室外墻向外延伸，利用其上的填土壓力來平衡浮力；④在底板下設(shè)置抗拔樁或抗拔錨桿，當(dāng)基坑周圍有支護(hù)樁(墻)時(shí)，可將其作為抗拔樁來加以利用。(2)底板強(qiáng)度驗(yàn)算地下室在施工期間，須確保其底板在地下水浮力作用下具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并滿足抗裂要求。地下室底板在使用期間通常是按倒樓蓋法進(jìn)行內(nèi)力分析的，但在施工期間，由于上部結(jié)構(gòu)尚未建造，或上部結(jié)構(gòu)已建造但其剛度尚未形成，故底板的內(nèi)力計(jì)算不能按倒樓蓋法進(jìn)行，應(yīng)結(jié)合具體情況選擇合適的計(jì)算簡圖。如果底板的截面尺寸過大或配筋過多，可考慮在底板下設(shè)置抗拔錨桿或抗拔樁以改變底板的受力狀態(tài)。3．后澆帶的設(shè)置：地下室一般均屬于大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。為避免大體積混凝土因收縮而開裂，當(dāng)?shù)叵率议L度超過40m時(shí)，宜設(shè)置貫通頂、底板和內(nèi)外墻的后澆施工縫，縫寬不宜小于800mm，且縫內(nèi)的鋼筋必須貫通。為減少高層建筑主樓與裙房間的沉降差異，施工時(shí)通常在裙房一側(cè)設(shè)置后澆帶，后澆帶的位置宜設(shè)在距主樓邊柱的第二跨內(nèi)。后澆帶混凝土宜根據(jù)實(shí)測沉降值，并在計(jì)算后期沉降差能滿足設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行澆筑。后澆帶的處理方法與施工縫相同。施工縫與后澆帶的防水處理要與整片基礎(chǔ)同時(shí)做好，并要采取必要的保護(hù)措施，以防止施工時(shí)損壞。

3 地下室基礎(chǔ)性設(shè)注意事項(xiàng)

高層建筑高度大、重量大，在水平力作用下有較大的傾覆力矩與剪力，對基礎(chǔ)及地基的要求較高。高層建筑結(jié)構(gòu)宜設(shè)置地下室形成補(bǔ)償性基礎(chǔ)來降低地基附加壓力。下面給出地下室基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一般原則。

1）上部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是選擇基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案的重要因素?；A(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)要把地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)當(dāng)成一個(gè)整體來考慮：當(dāng)上部結(jié)構(gòu)剛度和整體性較差，地基軟弱，且不均勻時(shí)，基礎(chǔ)剛度應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)；當(dāng)上部結(jié)構(gòu)剛度和整體性較好，荷載分布較均勻，地基也比較堅(jiān)硬時(shí)，則基礎(chǔ)剛度可適當(dāng)放寬。

2）一般情況下，地基的土質(zhì)均勻、承載力高、沉降量小時(shí)，可以采取天然地基和豎向剛度較小的基礎(chǔ)；反之，則應(yīng)采用人工地基或豎向剛度較大的整體式基礎(chǔ)。

3）當(dāng)采用樁基時(shí)，應(yīng)盡可能采用單根、單排大直徑樁或擴(kuò)底墩，使上部結(jié)構(gòu)的荷載直接由柱或墻傳至樁頂；基礎(chǔ)底板因受力很小而可以做得較薄，如果采用多根或多排小直徑樁，基礎(chǔ)底板就會受到較大彎矩和剪力，從而使板厚增大。4減少地震作用對上部結(jié)構(gòu)的影響。震害調(diào)查表明：有地下室的建筑物震害明顯減輕。同一結(jié)構(gòu)單元應(yīng)全部設(shè)置地下室，不宜采用部分地下室，且地下室應(yīng)當(dāng)有相同的埋深。

參考文獻(xiàn)

[1]馬國祝，建筑工程施工圖審查常見問題詳解——建筑專業(yè)[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2010

[2]黃世敏，楊沈:建筑避震與設(shè)計(jì)對策[M]中國計(jì)劃出版社2009.11

[3]張建勛，基礎(chǔ)工程[M]高等教育出版社2009.01