古婷婷

（甘肅第六建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

對(duì)于現(xiàn)代高層建筑來說，主裙樓之間的結(jié)構(gòu)、載荷等都存在較大差異，所以為確保整個(gè)建筑的良好質(zhì)量，建筑基礎(chǔ)工程至關(guān)重要。在建筑基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)施工過程中，不但要有效控制主裙樓各自的沉降量，同時(shí)也要嚴(yán)格控制主裙樓之間的沉降差，在進(jìn)行差異沉降控制期間，還需要通過變調(diào)平的形式，降低差異沉降?；诖?，本研究將以差異沉降控制作為根本目標(biāo)，對(duì)于主裙樓建筑差異沉降的對(duì)應(yīng)觀念、技術(shù)手段予以說明，希望可以為建筑行業(yè)技術(shù)發(fā)展提供一些參考。

1 主裙樓差異沉降基本概述

正常情況下建筑中的鋼筋混凝土構(gòu)件都是具有裂縫的，在進(jìn)行混凝土構(gòu)件裂縫控制時(shí)會(huì)受到環(huán)境因素的影響，最大裂縫寬度限值和裂縫控制等級(jí)情況如表1所示。

在具體應(yīng)用過程中要按照鋼筋混凝土構(gòu)件的實(shí)際環(huán)境條件，通過表1來確定混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度。高層建筑的主裙樓一旦出現(xiàn)差異性沉降，那么兩邊的基礎(chǔ)都會(huì)出現(xiàn)相對(duì)位移，若是這些位移較大就會(huì)造成基礎(chǔ)底板混凝土產(chǎn)生開裂。特別是對(duì)于地下水位較高的工程來說，一旦出現(xiàn)較大裂縫就會(huì)造成底板滲水，對(duì)于建筑工程的應(yīng)用功能造成較大影響［1］。因此，針對(duì)主裙樓建筑差異沉降進(jìn)行有效控制具有非常重要的意義。

2 主裙樓建筑差異沉降計(jì)算

2.1 差異沉降所造成的底板彎矩計(jì)算

通過后澆帶的澆筑使得主裙樓地下室底板連接成為整體，在對(duì)差異沉降所造成的板內(nèi)附加彎矩計(jì)算時(shí)，可以參考無梁樓蓋結(jié)構(gòu)中板計(jì)算模型來對(duì)板進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃分，分為“柱上板帶”以及“跨中板帶”進(jìn)行計(jì)算。彎矩在兩種板帶上順著橫向均勻分布，所以在進(jìn)行計(jì)算時(shí)可以將柱端當(dāng)作固定端，以板帶1 m寬作為對(duì)象進(jìn)行分析。

以結(jié)構(gòu)力學(xué)為理論基礎(chǔ)，在產(chǎn)生沉降差異情況下板端的彎矩如式（1）所示。

式中：L表示主裙樓的中心距，m；B表示板帶的剛度，N/m；Δ表示沉降差異。

2.2 允許差異沉降計(jì)算

對(duì)于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件來說，在長期載荷作用下會(huì)形成較大的裂縫，板端在受到極端彎矩情況下會(huì)造成底板混凝土產(chǎn)生較大的裂縫寬度，此種情況下會(huì)造成相應(yīng)的差異沉降［2］。以高低層建筑主裙樓作為總體形式而言，相關(guān)人員需要根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）所規(guī)定的主裙樓間沉降差來完成工作，要求確保其限值低于0.1%跨度，針對(duì)主裙樓間的差異沉降，可以通過式（2）表示。

式中：s1表示主樓沉降量，mm；s2表示裙房沉降量，mm。在進(jìn)行差異沉降控制過程中，要將變形控制和協(xié)調(diào)作為核心要素，通過地基和結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)來確保差異沉降的有效控制。在設(shè)計(jì)施工過程中，最重要的是控制和降低主樓沉降量，避免裙房沉降量過小，同時(shí)需要對(duì)主裙樓的沉降量進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

3 主裙樓建筑差異沉降控制技術(shù)分析

3.1 主裙樓地基方面控制

3.1.1 主樓地基的控制。要按照建筑的沉降控制要求，根據(jù)實(shí)際情況選擇最為合適的地基類型。主要有以下兩種方案。

①天然地基方案。若是采用天然的地基方案，那么要確保基礎(chǔ)持力層屬于較高壓縮模量的中密以上砂土層或者卵石圓礫層，同時(shí)要確保力層的厚度≥4 m，并且不存在軟弱的下臥層。例如北京麗澤首創(chuàng)中心、遠(yuǎn)洋銳中心主樓等高達(dá)200 m，均采取天然地基方案。長沙的北辰寫字樓通過對(duì)軟巖地基工程特性指標(biāo)予以核驗(yàn)，同時(shí)在分析基礎(chǔ)、地基協(xié)同效用后，排除了初期設(shè)定的樁基方案，而是采取了筏板基礎(chǔ)天然地基設(shè)計(jì)預(yù)案，通過沉降實(shí)測(cè)不難看出，軟巖天然地基方案相對(duì)比較科學(xué)，這就為軟巖地基項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供了參考。

②人工地基方案。人工地基的類型也較多，施工工序復(fù)雜，較為特殊的是樁基，因?yàn)閷儆谌斯ふ{(diào)整地基剛度，所以也可以將其作為人工地基處理。人工地基處理時(shí)需要經(jīng)過換填地基、預(yù)壓地基、強(qiáng)夯地基等工序，采取何種方式需要進(jìn)行必要的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析。例如上海中心大廈主要采取的是大直徑超長鉆孔灌注樁，將粉細(xì)砂層當(dāng)作持力層，具有承載力高、土質(zhì)均勻、土性較好等特點(diǎn)。但是在鉆孔過程中會(huì)受到較厚粉土以及砂層的影響，所以需要通過完善的試驗(yàn)來確定最終的成孔能力以及鉆孔樁的質(zhì)量［3］。其需要通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來確定成樁的承載力，在試驗(yàn)樁上施加極限載荷，通過分布式光纖對(duì)樁身應(yīng)變進(jìn)行檢測(cè)。通過試驗(yàn)可以得到有關(guān)軟土區(qū)域大直徑超長灌注樁承載特性以及載荷傳遞機(jī)理相應(yīng)數(shù)據(jù)，為類似灌注樁施工提供參考和指導(dǎo)。

3.1.2 裙房沉降的控制方法。裙房地基基礎(chǔ)方案設(shè)定不科學(xué)，在很大程度上使得裙房出現(xiàn)沉降，進(jìn)而引發(fā)各個(gè)層之間沉降差異變大，所以，保證裙房沉降控制在合理范圍內(nèi)是降低不同層之間沉降差的重要方式?？梢圆扇∫韵麓胧﹣砜刂迫狗康某两盗俊?/p>

①對(duì)于裙房基礎(chǔ)的埋置深度進(jìn)行必要調(diào)整，將具有更好壓縮性能的土層當(dāng)作裙房的基礎(chǔ)持力層。例如采取砂土或者碎石土作為高層基礎(chǔ)持力層時(shí)，可以一定程度增加裙房基礎(chǔ)底面的標(biāo)高，從而使得基底可以處于黏性土或粉土層的上部。例如，北京西苑飯店建筑就是讓主樓基礎(chǔ)處在-12.00 m的砂卵石層，配置三層地下室。而裙房的基礎(chǔ)是在-7.55～9.50 m區(qū)間的粉細(xì)砂層中，配置兩層地下室。

②在確定裙房基礎(chǔ)類型時(shí)，最好采取單獨(dú)柱基或者條形基礎(chǔ)，針對(duì)部分有防水需求的項(xiàng)目，相關(guān)人員需要采用“單獨(dú)柱基或條形基礎(chǔ)+防水板”的形式。為了確保良好的防水性以及施工質(zhì)量，需要在防水板下設(shè)置相應(yīng)厚度的易壓縮材料。例如北京嘉里中心工程采取泡沫板當(dāng)作基礎(chǔ)軟墊，能夠大大降低基礎(chǔ)以及土的接觸規(guī)模，加大基礎(chǔ)荷載，這就能夠有效地提高低層方面的沉降規(guī)模，從而減少主裙樓之間的不均勻沉降。若是裙房基礎(chǔ)采用單獨(dú)的柱基或者條形基礎(chǔ)，那么需要盡可能提高地基容許承載力，最大程度降低基底規(guī)模。

伴隨著我國建筑地下室層數(shù)的逐步增多，基坑深度愈來愈深，裙房基礎(chǔ)大多處于超補(bǔ)償狀況，因此，在設(shè)計(jì)建筑地基過程中，相關(guān)人員要合理采取抗浮舉措。

3.2 抗浮兼顧沉降控制

在設(shè)計(jì)建筑工程的過程中，相關(guān)人員一定要參照差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)如今，伴隨我國建筑地下室逐步加深，裙房以及地下車庫的基礎(chǔ)抗浮設(shè)防問題愈來愈顯著，同時(shí)這也給大底盤主裙樓高低層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作帶來了諸多問題，如果裙房、地下車庫采取抗拔樁，就會(huì)在很大程度上遏制沉降量，盡管裙房沉降量s2偏小，這無助于調(diào)控及協(xié)調(diào)主樓裙房間沉降差額，通過估算不難看出，這就是為了能夠讓沉降差Δs控制在標(biāo)準(zhǔn)范疇中，需要科學(xué)地約束高層主樓的沉降量s1，如此一來就會(huì)增加高層主樓地基基礎(chǔ)項(xiàng)目投資規(guī)模。對(duì)于這項(xiàng)難題，相關(guān)人員務(wù)必要開展針對(duì)性的水文地質(zhì)勘察工作，確保其高效地明確場(chǎng)地地下水抗浮設(shè)計(jì)水位。

某建筑的基礎(chǔ)，其處在粉細(xì)砂層上，這30 m深度區(qū)域中存在3層地下水，其中1層、2層水是產(chǎn)生浮力的主要因素。為了能夠明確地下水的變化情況，在所建工程區(qū)域內(nèi)設(shè)置地下水觀測(cè)孔，同時(shí)在地下埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)，以此來獲取區(qū)域性水文地質(zhì)資料以及地下水長時(shí)間的觀測(cè)資料，能夠?qū)λ畨毫ψ兓⒎植嫉惹闆r進(jìn)行分析。在充分考量自然因素、人為因素等影響條件的基礎(chǔ)上，能夠得知相對(duì)于傳統(tǒng)方法來說，極限不利情況下水壓分布有所降低。按照此原理設(shè)置的防水位，較之于原本的浮力值，減少了40 kPa，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)可通過壓重方案處理抗浮問題，盡量不采取抗浮樁的方式。另外，一定程度上增大配重也便于對(duì)差異沉降進(jìn)行控制。在進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)過程中要充分了解抗浮錨桿、抗浮樁等對(duì)于地基剛度以及沉降控制等方面的影響，需要進(jìn)一步對(duì)抗浮錨桿類型以及布置方式對(duì)于沉降以及基礎(chǔ)內(nèi)力影響展開進(jìn)一步研究。

3.3 沉降后澆帶的改善

3.3.1 “有無”沉降后澆帶。根據(jù)沉降后澆帶的實(shí)際情況，相關(guān)人員需要將之劃分成“從無到有”以及“從有到無”兩個(gè)時(shí)期，所謂的“從無到有”即通過沉降后澆帶，進(jìn)一步替換永久沉降縫，而針對(duì)“從有到無”，即通過合理把控差異沉降情況，進(jìn)一步把主裙樓的差異沉降維持在既定范疇中，而不要求安置沉降后澆帶。

初期所采用沉降縫的處理措施無法進(jìn)一步提升整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的抗震屬性，只要遭到地震等影響，就會(huì)因?yàn)楸舜俗矒舳軗p。不僅如此，在應(yīng)用實(shí)際項(xiàng)目期間，相關(guān)人員采取沉降縫的形式，也難以處置差異沉降難題。某些工程會(huì)按照前期預(yù)判的差異沉降量對(duì)主樓室內(nèi)地坪標(biāo)高進(jìn)行了增高，但還是無法從根本上解決沉降差的問題。因此，在后續(xù)的很多工程中往往采取主樓和裙房間不設(shè)沉降縫的設(shè)計(jì)方式，例如北京西苑飯店、長富宮中心等高層建筑的主樓以及裙房間，均沒有采取永久沉降縫，促進(jìn)了技術(shù)水平的提升。

在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過程中，相關(guān)人員務(wù)必要充分考量主樓載荷針對(duì)裙房地基所帶來的影響，其中影響的重要因素為彼此裙房的數(shù)量、距離、剛度以及地基土質(zhì)等。針對(duì)這些情況可以采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施，包括高層建筑和周邊相鄰一跨裙房的筏板保持同樣厚度，但是裙房的筏板厚度則是從第2跨開始發(fā)生漸變，需要完全契合主裙樓基礎(chǔ)總體性能，同時(shí)也需要滿足基礎(chǔ)板變形的標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，相關(guān)人員還應(yīng)該對(duì)地基變形、基礎(chǔ)內(nèi)力等指標(biāo)進(jìn)行校核，在此過程中要判定地基和結(jié)構(gòu)變形之間的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)制定針對(duì)性的防范措施來避免出現(xiàn)負(fù)面影響的差異沉降。通過上述方式予以設(shè)計(jì)，在保證主裙樓差異沉降維持在既定范疇之內(nèi)，還應(yīng)該改善沉降后澆帶情況，比如，要求預(yù)先完成澆筑等工作。

3.3.2 提前澆筑。正常情況下需要在高層主體結(jié)構(gòu)施工完成之后進(jìn)行沉降后澆帶的澆筑，如果想要提前進(jìn)行沉降后澆帶的澆筑，那么需要建立在對(duì)系統(tǒng)性沉降觀測(cè)信息了解的前提之下，及時(shí)參照所獲取的信息，不難看出，高層建筑的沉降情況達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)能夠確定之后所發(fā)生的沉降差也是在允許標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，達(dá)到這樣的條件才能夠進(jìn)行提前澆筑。還要充分考量主裙樓間沉降差極易給建筑結(jié)構(gòu)帶來負(fù)面作用，做到及時(shí)驗(yàn)算。例如，北京LG大廈、北京新中關(guān)大廈等工程均將沉降觀測(cè)信息作為主要標(biāo)準(zhǔn)，在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)內(nèi)及時(shí)完成澆筑工作。

3.3.3 避免設(shè)置后澆帶。如果高層建筑和所搭載的裙房間差異沉降契合限定值的需求，那么就要求搭載主樓的裙房一旁，不需要安置后澆帶［4］。具體的限定標(biāo)準(zhǔn)要求為：第一，高層主樓和所連接的裙房，相關(guān)人員可以優(yōu)先采取總體筏形基礎(chǔ)的方式，隔壁裙房柱間的沉降差不可以低于0.1%跨度；第二，針對(duì)高層主樓與所搭載的裙房柱，相關(guān)人員要通過獨(dú)立方式，而且主樓與隔壁裙房柱間的沉降差不可低于0.15%跨度。例如，北京首創(chuàng)中心工程采取“變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)+地基基礎(chǔ)協(xié)同設(shè)計(jì)”的方式，該工程共包括三棟塔樓，高度分別為200 m、150 m、120 m，均要求將天然地基作為主要的筏板條件。

4 結(jié)語

現(xiàn)代社會(huì)高層建筑日益增加，對(duì)于這些建筑來說，在主裙樓之間的結(jié)構(gòu)體系、載荷集中度等方面存在著非常明顯的差異，容易在兩者之間產(chǎn)生差異沉降的情況，對(duì)建筑整體的質(zhì)量、可靠性等造成較大影響。本研究對(duì)此方面問題進(jìn)行了相應(yīng)的分析，簡要闡述了差異沉降所造成的底板彎矩以及允許差異沉降的計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)上從主裙樓地基控制、抗浮兼顧沉降控制以及沉降后澆帶的優(yōu)化等幾方面闡述了控制主裙樓建筑差異沉降的相應(yīng)措施。希望能夠?qū)χ魅箻墙ㄖ町惓两悼刂铺峁┮欢▍⒖己蛶椭?，為進(jìn)一步推動(dòng)建筑發(fā)展發(fā)揮現(xiàn)實(shí)作用。