论文部分内容阅读
摘要：某高层建筑为两栋公寓式办公，南面各带一条二层裙房，地下室覆盖整个基地，小区北面紧邻地铁，采用整体式桩筏基础。主体采用剪力墙结构。该工程通过调整桩基方案，后浇带设置及调整底板厚度等处理方法比较有效的控制了上部荷载截然不同的各部分的沉降差及新建工程使隧道产生的附加沉降量。
关键词：后浇带 桩基布置 桩基沉降 底板厚度
中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：
前言
高层建筑地下室底板设计的复杂性，往往体现在合理设定底板的厚度、后浇带的设置、上部结构刚度对底板变形的影响等方面。当高层建筑带有裙房，而地下室连为一体时，这一系列的问题更值得研究。
本文以九久青年城西区工程为例，对高层建筑地下室底板设计作一些有益的探讨。该工程的地下室底板设计中，所遇到的一系列问题都比较典型。
工程简介
该工程位于上海松江区，该地区⑦层土以上土层分布比较均匀，⑦层土以下包括⑧、⑨层土的层面起伏较大。
基地地面以上拟建二栋公寓式办公楼，1号楼17层、2号楼19层。层高4.8米，设计时必须考虑标准层后加夹层的荷载。二栋楼的南面各带一条二层裙房，地下室覆盖整个基地，小区北面紧邻地铁。采用整体式桩筏基础。基础底板面积8810m2，基础设计混凝土强度等级C30，抗渗等级P6。基础计算采用中国建科院出版的基础计算软件JCCAD。
主体采用剪力墙结构体系，高层范围内地下二层，其余区域地下一层，其平面及剖面示意图如下：
基地平面示意图
主楼剖面示意图
计算结果，1号楼底部结构菏载设计值为418809Kn、2号楼为464772Kn。均不包括地下室底板自重和底板上的活載。
桩基布置
本工程的沉降量控制有两个重点，第一，由于采用整体地下室，那么必须控制上部荷载截然不同的各部分的沉降差，这必须与后浇带的设置、底板厚度的取用共同考虑。第二，工程紧邻地铁隧道，而新建工程使隧道产生的附加沉降量不能大于1cm。
研究表明，影响差异沉降的可能因素有：上部结构刚度、上部结构荷载和地基的刚度。而上部结构刚度不是影响沉降差异的根本因素，必须通过调节地基刚度来调整各部分的沉降差。所以，针对上述第一个问题可采用常规的长短桩布置方案，通过桩基持力层的不同，造成地基刚度的不同，从而调整各部分的沉降差。针对第二个问题则必须严格控制高层部分的绝对沉降量。对于本工程，⑦2层土和⑨层土可作为主楼的桩基持力层，纯地下室部分的桩基以抗拔承载力作为控制指标，按一柱一桩布置的方案，抗拔承载力基本在500Kn。
桩基方案比较表
通过比较分析，最后桩基方案为：主楼下采用φ800长度62m的钻孔灌注桩单桩承载力设计值4300Kn，裙房下采用φ600长度32m的钻孔灌注桩单桩承载力设计值1700Kn，纯地下室部分采用φ600长度27m的钻孔灌注桩（抗拔桩）单桩抗拔承载力设计值550Kn。
沉降计算结果显示，最大沉降量为38mm，由于纯地下室部分的附加压力小于0，可以认为最大差异沉降量即为38mm。地铁隧道产生的附加沉降量为5mm以下。
桩基布置平面图
桩基沉降等值线示意图
由于地铁隧道对沉降的控制要求特别严格，要求对地铁边界50米范围内的桩基进行桩底注浆。因此，对1、2号楼的φ800工程桩采用桩底注浆工艺。在桩身中预埋一根注浆管（1.25英寸），注浆管顶部延长至地面以下20cm，底部深入孔底30cm，并用闷头密封。成桩后2到3天用清水劈裂，桩基混凝土强度达到70%后注浆。最大注浆压力控制在2~4Mpa。
后浇带的设置与浇筑时间
本工程体量硕大且上部结构荷载极不均匀，因此必须设置两种性质不同的后浇带：一种是为了控制混凝土收缩裂缝（以下简称“温度带”），每隔40米左右设置一道，在底板浇筑完成后至少一个月浇筑。另一种是为了减小底板各部分的沉降而设置在主楼周边（以下简称“沉降带”）。两种后浇带的设置可互相兼顾。
在本单体中，问题在于沉降带的设置和混凝土浇筑时间。一般而言，沉降带应该将主楼和裙房割开，在裙房的每层同一位置设置后浇带，当主楼结构封顶后浇筑后浇带混凝土。但是设计人员不能一味地拘泥以这样的原则，必须具体问题具体分析，要充分考虑施工上实现的可能性与后浇带未浇注时，结构的安全性。
1．后浇带的设置部位
在本工程南面，裙房以单榀框架与主楼连接。如果一定要将主楼与裙房用后浇带割开（即在下图中设想后浇带位置一处设置后浇带），那么在后浇带未浇注之前，地面以上的三层框架均为单柱挑单梁的状态，这是设计中必须避免的情况。如果把后浇带移到这排柱子的南面（即在下图中设想后浇带位置二处设置后浇带），使纯地下室和主楼与裙房割开，那么在后浇带未浇筑时，被割开的地下室部分，靠自重将无法承受地下水所产生的倾覆力距。
研究表明，在主楼和裙房之间设置与不设置后浇带对裙房的底板弯距会产生一定影响，而对主楼底板则影响不大。在本工程中计算结果显示“设想后浇带一”和“设想后浇带二”不存在时，将该处的裙房底板厚度增加到1400mm，裙房底板的最大弯距为1766Knm/m，这样，通过加大底板配筋即可取消喃侧后浇带的设置，这样做虽然局部增加了配筋量，但是设计上更加合理可靠，也给施工上省去了不少麻烦。
在这里必须注意一个问题，本工程中，由于地下室较深，地下水浮力较大，大部分纯地下室部分和裙楼部分的基底附加压力按计算小于0，并且和主楼之间设有沉降带，在沉降带浇注时，可以认为主楼的沉降量已大部分完成了，底板的变形在沉降带的两侧是不连续的，一般这种情况下，桩基载力可按照抗拔桩承载力控制。但是在这里，由于后浇带被取消，主楼在逐渐向上施工，荷载逐渐增长时，裙房和主楼连接处底板内的变形是连续的，裙房布桩时，应该同时考虑承压和抗拔的工况，取不利条件布桩。
后浇带平面布置示意图
2．后浇带的浇筑时间
大底板上后浇带的存在往往给施工带来困扰，如果从设计角度上设法尽早完成后浇带的浇注，就可减少施工上维护后浇带存在时的麻烦。本工程中要解决的是沉降带的浇筑时机问题。
如果建筑单体的每层荷载接近，那么随着施工进展，每增加一层楼层，沉降量也会基本成正比增加，结构封顶时，可认为已完成了2/3的沉降量。在本工程中，有一个特殊情况，每个标准层都有可能被用户增加夹层，上述38mm的计算沉降量是在施加所有荷载，包括夹层荷载的前提下算得的，理论上，在夹层安装完毕后再进行后浇带的浇筑，那么，后浇带浇筑后，主楼尚有38×1/3=12.7mm的沉降量，由于裙房的沉降量为0，所以裙房底板还要承受12.7mm沉降差产生的弯距。但是，一定要将后浇带保留到夹层安装完毕，实际上是不可能的。那么问题就成为在结构封顶时就浇筑后浇带是否安全？或者是否不用等到结构封顶，在楼层施工到的一定高度时就浇筑后浇带？
为了结合本工程探讨这个问题，首先设定裙房底板厚度为700mm，将主楼计算沉降量的2/3作为前期沉降量S1（即结构施工完成时即产生的沉降量），1/3作为后期沉降量S2。后浇带浇筑完毕后，裙房底板承受的最大弯距由主楼和裙房的剩余沉降差ΔS造成。剩余沉降差ΔS为建筑的计算沉降量S（本工程中为38mm）减后浇带浇筑时主楼的前期沉降S1，即
ΔS=S-S1
分别计算主楼施工到5层、10层、15层、结构封顶、夹层完工时的前期沉降量，并根据主楼和裙房的剩余沉降差计算裙房底板的最大弯距。
裙房底板弯距估算表
现在，底板厚度700，采用C30混凝土，按0.4%的配筋率，可承受的弯距为700KnM。根据以上估算，在施工到结构封顶后浇筑后浇带的话，裙房底板的配筋率基本可控制在0.4%。所以在结构封顶时浇筑后浇带是一个比较合适的时机。
地下室底板厚度的取值
桩筏基础底板厚度的取值和桩基布置方式、上部结构刚度、建筑物上部结构荷载等因素密切相关。一般情况是：满堂布桩底板厚度大；沿轴线布桩底板厚度小、上部结构刚度小则底板厚度大；上部结构刚度大则底板厚度小、上部荷载小则底板厚度小；上部荷载大则底板厚度大。设计人员通常按经验首先设定底板厚度，通过计算逐步调整，最终将底板大部分区域的配筋率控制在0.4%左右。
本工程中，裙房及纯地下室部分的底板下桩基形式基本为一柱一桩，底板厚度设定为700mm。主楼上部结构为剪力墙体系，布桩形式为满堂布桩，当底板厚度设定为1400mm时，在2号楼的板底Y向配筋局部出现峰值，其余区域的配筋率均为0.4%以下，可认为比较合理。
结论
桩基布置、后浇带设置、底板厚度的取值都不能孤立的考虑，这是一系列相互影响、相互制约的问题，需要设计人员将它们综合起来，灵活运用。
沉降后浇带的浇筑时机可按本文的方法确定由设计人员灵活掌握，本文的方法虽然不是十分精确，但是比较实用。
参考文献：
[1] 赵锡宏 《带裙房的高层建筑与地基基础共同作用的设计理论与实践》
同济大学出版社 1999年1月
[2] 全国民用建筑工程设计技术措施（结构）
建设部工程工程质量安全监督与行业发展司、中国建筑标准设计研究所编
中国计划出版社出版、发行
2003年2月
关键词：后浇带 桩基布置 桩基沉降 底板厚度
中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：
前言
高层建筑地下室底板设计的复杂性，往往体现在合理设定底板的厚度、后浇带的设置、上部结构刚度对底板变形的影响等方面。当高层建筑带有裙房，而地下室连为一体时，这一系列的问题更值得研究。
本文以九久青年城西区工程为例，对高层建筑地下室底板设计作一些有益的探讨。该工程的地下室底板设计中，所遇到的一系列问题都比较典型。
工程简介
该工程位于上海松江区，该地区⑦层土以上土层分布比较均匀，⑦层土以下包括⑧、⑨层土的层面起伏较大。
基地地面以上拟建二栋公寓式办公楼，1号楼17层、2号楼19层。层高4.8米，设计时必须考虑标准层后加夹层的荷载。二栋楼的南面各带一条二层裙房，地下室覆盖整个基地，小区北面紧邻地铁。采用整体式桩筏基础。基础底板面积8810m2，基础设计混凝土强度等级C30，抗渗等级P6。基础计算采用中国建科院出版的基础计算软件JCCAD。
主体采用剪力墙结构体系，高层范围内地下二层，其余区域地下一层，其平面及剖面示意图如下：
基地平面示意图
主楼剖面示意图
计算结果，1号楼底部结构菏载设计值为418809Kn、2号楼为464772Kn。均不包括地下室底板自重和底板上的活載。
桩基布置
本工程的沉降量控制有两个重点，第一，由于采用整体地下室，那么必须控制上部荷载截然不同的各部分的沉降差，这必须与后浇带的设置、底板厚度的取用共同考虑。第二，工程紧邻地铁隧道，而新建工程使隧道产生的附加沉降量不能大于1cm。
研究表明，影响差异沉降的可能因素有：上部结构刚度、上部结构荷载和地基的刚度。而上部结构刚度不是影响沉降差异的根本因素，必须通过调节地基刚度来调整各部分的沉降差。所以，针对上述第一个问题可采用常规的长短桩布置方案，通过桩基持力层的不同，造成地基刚度的不同，从而调整各部分的沉降差。针对第二个问题则必须严格控制高层部分的绝对沉降量。对于本工程，⑦2层土和⑨层土可作为主楼的桩基持力层，纯地下室部分的桩基以抗拔承载力作为控制指标，按一柱一桩布置的方案，抗拔承载力基本在500Kn。
桩基方案比较表
通过比较分析，最后桩基方案为：主楼下采用φ800长度62m的钻孔灌注桩单桩承载力设计值4300Kn，裙房下采用φ600长度32m的钻孔灌注桩单桩承载力设计值1700Kn，纯地下室部分采用φ600长度27m的钻孔灌注桩（抗拔桩）单桩抗拔承载力设计值550Kn。
沉降计算结果显示，最大沉降量为38mm，由于纯地下室部分的附加压力小于0，可以认为最大差异沉降量即为38mm。地铁隧道产生的附加沉降量为5mm以下。
桩基布置平面图
桩基沉降等值线示意图
由于地铁隧道对沉降的控制要求特别严格，要求对地铁边界50米范围内的桩基进行桩底注浆。因此，对1、2号楼的φ800工程桩采用桩底注浆工艺。在桩身中预埋一根注浆管（1.25英寸），注浆管顶部延长至地面以下20cm，底部深入孔底30cm，并用闷头密封。成桩后2到3天用清水劈裂，桩基混凝土强度达到70%后注浆。最大注浆压力控制在2~4Mpa。
后浇带的设置与浇筑时间
本工程体量硕大且上部结构荷载极不均匀，因此必须设置两种性质不同的后浇带：一种是为了控制混凝土收缩裂缝（以下简称“温度带”），每隔40米左右设置一道，在底板浇筑完成后至少一个月浇筑。另一种是为了减小底板各部分的沉降而设置在主楼周边（以下简称“沉降带”）。两种后浇带的设置可互相兼顾。
在本单体中，问题在于沉降带的设置和混凝土浇筑时间。一般而言，沉降带应该将主楼和裙房割开，在裙房的每层同一位置设置后浇带，当主楼结构封顶后浇筑后浇带混凝土。但是设计人员不能一味地拘泥以这样的原则，必须具体问题具体分析，要充分考虑施工上实现的可能性与后浇带未浇注时，结构的安全性。
1．后浇带的设置部位
在本工程南面，裙房以单榀框架与主楼连接。如果一定要将主楼与裙房用后浇带割开（即在下图中设想后浇带位置一处设置后浇带），那么在后浇带未浇注之前，地面以上的三层框架均为单柱挑单梁的状态，这是设计中必须避免的情况。如果把后浇带移到这排柱子的南面（即在下图中设想后浇带位置二处设置后浇带），使纯地下室和主楼与裙房割开，那么在后浇带未浇筑时，被割开的地下室部分，靠自重将无法承受地下水所产生的倾覆力距。
研究表明，在主楼和裙房之间设置与不设置后浇带对裙房的底板弯距会产生一定影响，而对主楼底板则影响不大。在本工程中计算结果显示“设想后浇带一”和“设想后浇带二”不存在时，将该处的裙房底板厚度增加到1400mm，裙房底板的最大弯距为1766Knm/m，这样，通过加大底板配筋即可取消喃侧后浇带的设置，这样做虽然局部增加了配筋量，但是设计上更加合理可靠，也给施工上省去了不少麻烦。
在这里必须注意一个问题，本工程中，由于地下室较深，地下水浮力较大，大部分纯地下室部分和裙楼部分的基底附加压力按计算小于0，并且和主楼之间设有沉降带，在沉降带浇注时，可以认为主楼的沉降量已大部分完成了，底板的变形在沉降带的两侧是不连续的，一般这种情况下，桩基载力可按照抗拔桩承载力控制。但是在这里，由于后浇带被取消，主楼在逐渐向上施工，荷载逐渐增长时，裙房和主楼连接处底板内的变形是连续的，裙房布桩时，应该同时考虑承压和抗拔的工况，取不利条件布桩。
后浇带平面布置示意图
2．后浇带的浇筑时间
大底板上后浇带的存在往往给施工带来困扰，如果从设计角度上设法尽早完成后浇带的浇注，就可减少施工上维护后浇带存在时的麻烦。本工程中要解决的是沉降带的浇筑时机问题。
如果建筑单体的每层荷载接近，那么随着施工进展，每增加一层楼层，沉降量也会基本成正比增加，结构封顶时，可认为已完成了2/3的沉降量。在本工程中，有一个特殊情况，每个标准层都有可能被用户增加夹层，上述38mm的计算沉降量是在施加所有荷载，包括夹层荷载的前提下算得的，理论上，在夹层安装完毕后再进行后浇带的浇筑，那么，后浇带浇筑后，主楼尚有38×1/3=12.7mm的沉降量，由于裙房的沉降量为0，所以裙房底板还要承受12.7mm沉降差产生的弯距。但是，一定要将后浇带保留到夹层安装完毕，实际上是不可能的。那么问题就成为在结构封顶时就浇筑后浇带是否安全？或者是否不用等到结构封顶，在楼层施工到的一定高度时就浇筑后浇带？
为了结合本工程探讨这个问题，首先设定裙房底板厚度为700mm，将主楼计算沉降量的2/3作为前期沉降量S1（即结构施工完成时即产生的沉降量），1/3作为后期沉降量S2。后浇带浇筑完毕后，裙房底板承受的最大弯距由主楼和裙房的剩余沉降差ΔS造成。剩余沉降差ΔS为建筑的计算沉降量S（本工程中为38mm）减后浇带浇筑时主楼的前期沉降S1，即
ΔS=S-S1
分别计算主楼施工到5层、10层、15层、结构封顶、夹层完工时的前期沉降量，并根据主楼和裙房的剩余沉降差计算裙房底板的最大弯距。
裙房底板弯距估算表
现在，底板厚度700，采用C30混凝土，按0.4%的配筋率，可承受的弯距为700KnM。根据以上估算，在施工到结构封顶后浇筑后浇带的话，裙房底板的配筋率基本可控制在0.4%。所以在结构封顶时浇筑后浇带是一个比较合适的时机。
地下室底板厚度的取值
桩筏基础底板厚度的取值和桩基布置方式、上部结构刚度、建筑物上部结构荷载等因素密切相关。一般情况是：满堂布桩底板厚度大；沿轴线布桩底板厚度小、上部结构刚度小则底板厚度大；上部结构刚度大则底板厚度小、上部荷载小则底板厚度小；上部荷载大则底板厚度大。设计人员通常按经验首先设定底板厚度，通过计算逐步调整，最终将底板大部分区域的配筋率控制在0.4%左右。
本工程中，裙房及纯地下室部分的底板下桩基形式基本为一柱一桩，底板厚度设定为700mm。主楼上部结构为剪力墙体系，布桩形式为满堂布桩，当底板厚度设定为1400mm时，在2号楼的板底Y向配筋局部出现峰值，其余区域的配筋率均为0.4%以下，可认为比较合理。
结论
桩基布置、后浇带设置、底板厚度的取值都不能孤立的考虑，这是一系列相互影响、相互制约的问题，需要设计人员将它们综合起来，灵活运用。
沉降后浇带的浇筑时机可按本文的方法确定由设计人员灵活掌握，本文的方法虽然不是十分精确，但是比较实用。
参考文献：
[1] 赵锡宏 《带裙房的高层建筑与地基基础共同作用的设计理论与实践》
同济大学出版社 1999年1月
[2] 全国民用建筑工程设计技术措施（结构）
建设部工程工程质量安全监督与行业发展司、中国建筑标准设计研究所编
中国计划出版社出版、发行
2003年2月