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关于超长地下结构设计关键措施的实施方法探讨

在进行超长地下结构的设计和施工时，需要综合考虑多种因素以确保结构的安全性和功能性。以下是几个关键的设计和实施措施：

1.结构分析与优化：采用先进的数值模拟软件对超长地下结构进行全面的力学性能分析，包括静力、动力、抗震等各方面的计算，根据分析结果进行结构形式及尺寸的优化设计。

2.防水防渗处理：超长地下空间容易遇到地下水问题，因此必须采取有效的防水措施。可以采用自防水混凝土、设置柔性防水层或刚性防水层等多种方式，并结合排水系统的设计来确保良好的防水效果。

3.施工技术与工艺选择：针对不同的地质条件和工程规模选择合适的施工方法和技术。常见的地下结构施工技术包括明挖法、暗挖法（如矿山法、浅埋暗挖法等）、顶管法等，需根据具体情况灵活选用。

4.监测系统设置：为确保施工过程中的安全性和结构稳定性，在关键位置安装监控设备，如位移计、应力计等，定期检测各项指标变化情况，并及时调整策略。

5.环境保护与生态恢复：在设计和施工过程中充分考虑对周围环境的影响，采取相应的保护措施，减少对原有生态系统造成破坏。工程结束后，进行必要的生态修复工作。

6.法律法规遵从性：确保整个项目的设计、施工流程符合国家及地方相关法规标准要求，特别是关于安全、环保等方面的规定。

通过上述措施的实施，可以有效提高超长地下结构的安全性和耐久性，同时也能更好地满足实际使用需求。

有些城市地下水位一般比较埋深较深，对于地下室埋深较浅，地下层数在1～2层的高层建筑而言，一般不会存在抗浮问题。当地下室埋深较深或地下水位较浅时（南方沿海多雨地区、沿江靠河地区），高层裙房及单独的地下室结构可能会有抗浮不满足要求的问题。针对此种情况，具体措施有以下几种:

(1)楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。一般宽扁梁的截面高度为跨度的1/22～1/16，宽扁梁的使用将有效地降低地下结构的层高，从而相对降低了抗浮设防水位。

(2)在设计允许的情况下，尽可能提高基坑坑底的设计标高，间接降低抗浮设防水位。高层建筑的基础底板多采用平板式筏板基础和梁板式筏板基础。一般而言，平板式筏板基础的重量与梁板式筏板基础上填覆土的重量基本相当，但后者的基础高度一般要比前者高，在保证基顶标高不变的情况下，后者的基础埋深要大于前者。从而相对提高了抗浮水位，故采用平板式筏板基础更有利于降低抗浮水位。

(3)增加地下室的层高来增加地下室的重量是解决地下室抗浮问题的一个直接有效的方法，但这种方法还应该结合地基土的承载力而定；在对主体结构的地基承载力进行深度修正时，增加地下室的层高可以提高主体结构的有效埋置深度，从而提高了主体结构修正后的地基承载力特征值。①增加基础配重。此种方法大致有以下3种情况：增加基础底板的厚度、增加基础顶面覆土厚度、基础顶面采用容重大且价格低廉的填料。这三种方法的共同特点是：在增加基础配重用以解决抗浮问题的同时又不可避免的增加了基础的埋置深度，从而相对地提高了地下室抗浮设防水位的高度，因此它不是一种效率很高的方法。②增加地下室顶板的厚度。这种方法的优点是：在不增加基坑坑底标高的前提下，增加了地下室的重量，而且使用厚板后，地下室顶板的大板块之间可以不再设置次梁。但此种方法的缺点是会略增加地下室顶板框架梁的负荷，而且由于板厚有限，这种方法解决抗浮问题的效果也是有限的。

(4)设置抗拔桩。表面上看这是一种解决抗浮问题行之有效的方法，但仔细分析，这种方法也有一定的局限性，从结构受力方面讲，由于地下室的抗浮设防水位是根据拟建场地历年最高水位结合近几年的水位变化情况提出来的，即使是经过重新评估后确定的抗浮设防水位，也是按一定的统计规律得出的结论。很显然，这种方法确定的地下水位在一般的情况下是很难达到的。加之设计计算的不精确性也使得抗浮桩具有一定的安全储备，因此，“抗拔桩”实际上长期起着“抗压桩”的作用。这种“反作用”将阻碍有抗浮要求的地下室的合理沉降，而这种变化将会使无沉降缝的大底盘地下室在主体结构和裙房之间产生更大的不均匀沉降差；同时设置抗拔桩后，计算基础底板内力及配筋时应考虑地下水压力，这样也会增加基础底板的荷载。另外一方面，如果地下水位长期处于一种较高的水平之上，设置抗拔桩也不乏是一种有效的方式。

对于超长地下结构而言，不均匀沉降对其的危害远大于一般结构，因此要着重对其控制，除非该建筑群直接坐落在坚硬的岩石地基上。解决不均匀沉降问题大致有以下几种方法：

(1) cfg桩地基处理+ 设置沉降后浇带。此方法的出发点是:在cfg桩复合地基承载能力满足设计要求的前提下,允许主体结构在施工期间有相对量的沉降,由此造成的沉降差靠主体结构和非主体结构之间的沉降后浇带来解决。这种方法的优点是:降低地基处理的程度,进而减少cfg桩的数量,降低建设成本,减少施工周期；缺点是:a.由于沉降后浇带一般是在主体结构封顶后1～2个月封闭,这样将使施工期间的基坑降水时间加长,增加了降水费用；b.后浇带放置时间过长质量难以保证,而且相应位置底板还要加厚；c.由于沉降后浇带的存在使得主体结构在施工期间长时间不能处于四边嵌固的状态,对结构在施工期间的整体稳定性也不利。如果能采取有效措施避免由于设置沉降后浇带所带来的问题的话,这种方法还是很经济适用的。

(2)裙房和高层建筑之间不设沉降缝，采用端承桩，将桩端置于坚硬的基岩或砂卵石层上。这样，既满足了地基承载力要求，又避免了明显的沉降差。这是所谓的“抗”的方法。但这种方法不经济，一般用于超高层建筑或地质条件较差的情况。

(3)在设计中不设沉降缝，而采取一定的措施，调整地基反力，尽量减少不同部分的地基反力差，从而减少沉降差。这是所谓“调”的方法。

因为地下结构存在防水问题，而对于超长地下结构不设缝结构的要求更高。我国《混凝土结构设计规范》规定了设置伸缩缝的最大间距，同时还规定，当采取了一定的措施之后，在一定程度上可以超过国家规范所规定的最大限度值。近些年，随着材料科学和计算机分析手段的不断进步，国内已经有了多个超长不设缝混凝土结构工程的成功案例。本文在对地下室裂缝产生的原因进行分析的基础上，结合以往的工程经验，对超长地下室结构的无缝设计进行相关论述。

超长地下室底板及外墙处在收缩变形的作用之下时，混凝土会产生从两端至中心的位移趋势；这一趋势的产生，必然会受到地基土对其的约束，所以，底板的全载面会产生水平法向应力。通过工程实践可知，砼水平法向应力是造成底板垂直裂缝的主要应力，是设计的主要控制应力。同时，地基土对底板的约束作用，是沿着底板长向连续式的进行约束，所以，由端部至中心，混凝土底板载面上的水平法向应力，将随着地基土的约束而累积并增大，其最大值出现在底板截面的中心位置。当最大法向应力大于混凝土底板的抗拉强度时，底板中心位置将产生第一批垂直裂缝。底板开裂之后，每块底板的水平法向应力又将按相同原理进行分布，并产生下一批裂缝，如此继续下去。2 补偿收缩砼抗裂原理

混凝土结构出现裂缝一般直接由砼干缩及温差引起，当地下室底板和外墙均采用普通砼时，干缩及温差均较大，容易产生裂缝。对于超长地下室砼结构，如果采用传统的施工方法，每隔30~40米设置一条后浇带来解决砼的开裂问题，会导致施工工期延长，后浇带的清理及浇捣也非常麻烦，处理不好极易导致地下室渗漏。此外，后浇带长时间不封闭，则需一直进行降水，也会导致工程费用增加。

从已建成的工程项目来观察，超长地下室底板裂缝呈现出：裂缝与地下室底板的长向垂直，同时，按一定的间距沿着长向分布的规律。本文从收缩应力的角度对超长地下室底板及外墙裂缝产生的原理进行相应的简单分析。

随着人们对地下空间需求的不断增长,地下工程在整个建设项目中所占的比重还会越来越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大,结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。另外,地下室结构的设计也比较复杂,其中所涉及的技术问题繁多,主要有:地基承载力及变形问题、抗浮问题、不均匀沉降问题、结构超长问题、基础形式的选取和计算方法问题、人防设计等等。技术问题与经济因素息息相关,先进适用的技术能使建设项目取得良好的经济效益,而经济因素在一定程度上也会制约一些先进技术的使用。因此,如何协调好技术与经济在建设工程中的相互关系问题,是每个设计人员应该认真思考的问题。

[1]游宝坤，李光明，王栋民，等．超长钢筋混凝土结构无缝设计施工[J],建筑结构，1998，(6)：21～23．

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