浅谈某项目多层地下室的结构设计
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摘要：随着社会的发展，建筑物附属的单层地下室已不能满足人们对提升建筑使用功能、改善居住环境的要求，越来越多的大型公建、高层建筑均要求配备多层地下室，这已成为当今建筑设计的大势所趋。本文主要介绍了某项目四层地下室的结构设计过程。
Abstract: With the development of society, one-story building, already cannot satisfy people to enhance the function of the building, to improve the living environment, more and more large-scale public buildings, high-rise buildings are equipped with multistoried basement, which has become represent the general trend in today's architectural design. This paper mainly introduces the process of structure design of four layer of the basement of a project.
Key words: multi-storey basement; structure design
中图分类号：TU318 文献标识码A 文章编号
前言
随着城市土地资源逐渐稀缺，城市车辆不断增加，停车难已成为人们工作生活的一大问题，致使大多数公共或商业建筑、住宅小区，对其停车位数量的需求持续增大，所附带的多层地下室已成为当今设计方案的刚性所需。相对于以往建筑的单层地下室，多层地下室不但能提供更多的停车位数量，亦能使地下室密集的如变压机房、空调机房等设备机房得到更多灵活布置的空间。但是相对而言，多层地下室的结构设计及施工难度均会有较大提高，包括深基坑支护及土方开挖，地下室基础底板及侧壁对深层水浮力、水土侧压力的抵抗，均是设计过程中的重难点。以下主要是对某工程四层地下室设计的简介，并分析多层地下室结构设计的一些常见问题。
一、工程概况
某超高层商业大厦位于广州市区，总建筑面积约6万平方，地上塔楼35层，总高约160米，结构形式为钢框架-核心筒结构；地下设置四层地下室，深度21米，为混凝土框架-核心筒结构。设计基准期为50年，结构安全等级为二级；根据抗震设防分类标准，本工程为标准设防类，属于丙类建筑。
拟建建筑物位于市区内，场地属珠江三角洲冲积平原地貌单元。根据钻探资料，场区内覆盖层自上而下依次为第四系人工填土层、第四系冲积层、第四系残积土层及白垩系沉积岩。地表水较丰富，勘察期间测得地下水稳定水位埋深约1.20m。
二、基坑支护
场地周边商业及民居比较密集，基坑边距离最近的住宅楼只有约5米，且有市政给水管及电信光纤通过，致使基坑支护的设计及施工难度均较大。根据基坑范围与周边建（构）筑物的关系及场地的地层特点，对几种常用基坑支护形式的利弊进行对比，并考虑经济造价及施工可行性等方面因素，经详细分析研究，拟采用灌注桩及混凝土内支撑的支护结构体系，并结合设置高压旋喷桩进行止水的方案。
基坑周边采用直径为1200mm的钻（冲）孔灌注桩作为支护挡土桩，桩进入基坑底下风化岩层深度约4米，桩顶设置1米高冠梁。桩身混凝土强度为C30，考虑地下水较丰富，水下混凝土需按现行规范和规程确定其用料及配合比，为确保水下混凝土的质量，优先采用混凝土输送泵向导管灌注水下混凝土，灌注完成面标高应比桩顶的设计标高高出0.5米。在支护桩间外侧布置600桩径的双管高压旋喷桩用于止水，桩长约10米且最少进入强风化岩层3米。支护桩内侧设置100厚带钢筋网6@200x200的C20喷射混凝土表层，钢筋网需通过膨胀螺栓焊接与支护桩连接。
整个基坑平面尺寸约为100米x40米，主要在短方向设置钢筋混凝土梁作为对撑，四个角部则设置钢筋混凝土梁、板作为角撑，由基坑面向下共设置3道支撑。支撑梁中按跨度约每15米到20米设置一由角钢和条钢焊接的钢构柱，柱底部做1200的灌注桩作为基础，钢构柱伸入桩内不少于2米，钢构柱的选点应避开基础、核心筒、结构梁柱、底板集水井等构件。在每道支撑的标高处，采用植筋入支护灌注桩的方式，沿基坑周边设置一道1000x1000的腰梁，腰梁与支撑梁一同浇注混凝土。
整个基坑支护方案的施工顺序是：
支护灌注桩及止水旋喷桩施工；
开挖土方至第一道支撑处，开挖底面位于各层支护结构下300mm，严禁超挖，且每分段开挖的边长不大于50m；施工第一道支撑及相应腰梁；按相同要求继续施工第二、三道支撑及相应腰梁，并开挖至基坑底部；
基础及地下室底板施工；
负三层楼板及以下的竖向结构、地下室侧壁施工，在侧壁及支护桩之间回填砂，回填砂自下而上分层填筑，分层整平夯实， 要求压实系数λ≥0.90，在地下室每层楼板处另加500mm厚C15混凝土压顶，之后可拆除第三道支撑；
按相同要求继续施工负二层到首层楼板及竖向结构、侧壁，回填砂，并相应拆除第二、一道支撑。
在基坑的施工过程中，应进行必要的安全位移监测。根据规范及相关技术标准要求，该基坑支护安全等级为一级，基坑最大水平位移不允许超过30mm，位移预警值为20mm。在土方开挖期间，需每三天观测一次，遇大雨等恶劣天气后需增大监测频率，在底板施工完成后需保证一周最少观测一次。注意在基坑施工前，应在基坑周边布置好建筑物沉降观测点，如在支护桩浇灌前应按监测要求预埋相应测斜管等提前工作要做好，同时要保证监测元件的准确安放及维护。
三、基础设计
该建筑物上部荷载较大，且地下室底板以下土层均为强、中风化岩层，甚至存在微风化岩层，并考虑为减少对周边密集建（构）筑物的扰动影响等因素，故采用人工挖孔灌注桩的基础形式，为降低开挖量，桩端作扩大头处理。
桩端持力层为微风化泥岩，桩端需嵌入微风化岩不少于2m，桩长不应少于6m，桩终孔时应逐孔进行检验，应查明孔底下3d或5m深度范围内有无空洞、破碎带、软弱夹层等不良地质条件，并由有经验的地质人员鉴定后方可终孔。终孔后应立即清除护壁污泥、孔底的残渣、浮土、杂物和积水，并通知建设单位、质监部门对安装钢筋笼、孔底形状、尺寸、土质、岩性、入岩深度等进行检验。检验合格后，迅速封底、安装钢筋笼、灌注桩身混凝土。
为便于开挖孔内组织排水，需在透水层区段的护壁预留泄水孔(孔径与水管外径相同 ,以利接管引水),并在浇灌混凝土前予以堵塞。浇灌封底混凝土时，当孔内渗水量较少，可先抽清孔底积水，在积水深度未超过100mm时按常规方法浇灌混凝土，浇灌时须使用导管或串筒。否则，应采用水下混凝土施工方法浇灌。
因为是在广州地区，所以人工挖孔灌注桩需严格遵守省建设厅《关于限制使用人工挖孔灌注桩的通知》（粤建管字〔2003〕49号）的规定。
地下室底板标高约为-21.00米，底板底处水浮力达到200多KN/m2，底板跨度一般为8米x8米，承担水浮力较大，故采用抗浮锚杆来平衡水浮力。由于地下室底板处基础、核心筒、集水井等分布密集，若采用均布锚杆的方式则多处地方较难实施，所以通过在板跨间增加抗拔锚杆群来平衡水浮力，并达到缩小板跨的作用。首先初定抗拔锚杆的承载力特征值为400KN，取中风化岩层与水泥砂浆的粘结强度特征值取为150kPa，经计算锚杆长度约需8米。强风化岩层与水泥砂浆的粘结强度特征值会较小，需相应增加锚杆长度。同时也需计算锚杆钢筋截面面积，及补充验算锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度。最后根据各板跨范围内所承担水浮力，相应布置抗浮锚杆群。
四、其它问题分析
多层地下室的最底一层通常会设置为人民防空地下室，因此地下室底板、负三层楼板、侧壁等构件均须按人防要求进行设计。而且，为保证战时人防区域到首层地面的畅通，包括人防楼梯、车道、防爆波电缆井等须考虑人防荷载，在倒塌范围的通道、竖井出口顶部均需设置防倒塌棚架。应注意在底板及负三层楼板施工时应提前做好人防门框、防护密闭封堵板等人防构件的预埋，凡穿越门框墙的管线均应进行密闭处理，并预留密闭穿墙管。
该项目多层地下室对停车位数量的需求较大，地下室多处设置了双层停车位，为保证停车位净高，及空调管、消防管等设备管线的空间要求，且从经济角度考虑，地下室层高有限，结构设计时对梁布置、梁高等均有较大限制。除此以外，该项目聘请了专业公司建立了地下室的立体模型，将所有建筑隔墙及门窗、结构构件、设备管线管井等容易发生交叉重叠情况的构件反映在立体模型里，清晰直观地表现了各构件的相互关系，避免了在设计及施工过程中出现重大失误。
由于该项目地下四层大多数均为停车位，各层均设置了车道。车道沿着地下室的周边布置，与各层楼板标高是错开的，车道结构板对地下室侧壁的支撑也必然与楼板处错开。此时可尽量将车道板与核心筒连接，或对与车道板连接的结构柱增加抗剪墙，来加强车道板与楼板间的连接，以保证有效将地下室侧壁外侧所受的土压力传递至本层楼板。