论文部分内容阅读
摘要：随着地下室和地下工程越来越多，地下混凝土工程的设计与施工技术要求很高。因此需要从设计和施工等有关环节做好充分的准备工作，才能保证地下混凝土顺利施工。本文通过某工程实例对该项目结构设计中的难点进行了分析，并对钻孔灌注桩与无梁楼盖结构设计作了一个详细的介绍，以供参考。
关键词：地下室；结构设计；混凝土工程；钻孔灌注桩；无梁楼盖
1工程概况
1.1项目简介
建筑的总体布局采用二轴二心的整体格局（见图1），酒店前后入口方向为纵轴，酒店大堂入口至住宅小区花园中心方向为横轴，纵横轴的焦点为酒店的大堂入口平台，抬高的大堂平台成为整体环境的中心节点。酒店大堂层抬高至二层，酒店的主入口台地花园与住宅区的中心花园因借得宜，互相增色，成为独具特色的整体性景观资源。
图1 总平面图
本工程建筑主体结构为32层的高层住宅，22层的酒店主楼，1层商业裙房及二层地下室车库（其中地下二层局部设有六级人防）；其中1层商业裙房采用框架结构；32层高层住宅采用框架-剪力墙结构，22层的酒店主楼采用框架-核心筒结构。（见图2）
图2
1.2岩土地质资料
(1)①杂填土、②砂质粉土/粉细砂：位于地下室底板之上，地下室基坑开挖后，已挖除。
(2) ③卵石：拟建场地均有分布，层面标高83.58—87.29米，厚度不均匀。具中高力学强度和中低压缩性。大部分区域地下室基坑开挖后已挖除，局部残留厚度较小或缺失。
(3) ④含粘土砾砂：拟建场地均有分布，层面标高76.32—83.81米，厚度不均匀，具中低力学强度和中高压缩性。大部分区域地下室基坑开挖后已挖除，局部残留厚度大小不均或缺失。
(4) ⑤含粘土角砾：个别钻孔揭露到，层面标高77.91米，具中等力学强度和压缩性，位于开挖深度以下。
(5) ⑥软粘土：个别钻孔揭露到，力学强度低，具高压缩性。
(6) ⑦石灰岩：该层上部岩溶较发育，下部较稳定，为本场地硬层，力学强度高，是良好的桩端持力层。
1.3项目难点分析
1.3.1该项目基础持力层起伏很大，并且地下溶洞很多，所以该项目的钻孔灌注桩必须穿过溶洞。
1.3.2该项目为了保证二层地下室的净高，纯地下车库部分采用了无梁楼盖。
2地下室结构设计要点
针对以上项目难点分析，下面主要对该项目桩基础与无梁楼盖结构设计进行总结。
2.1钻孔灌注桩设计
2.1.1设计要点与施工要求
由于本项目地处岩溶地区等极为复杂地质条件下，钻孔灌注桩的设计应考虑以下几方面的内容：
（1）对岩溶地区钻孔灌注桩的设计，应充分考虑施工的不利因素。有条件的可以采用扩大桩距，增加连梁的方法来避开不利地段，同时也可考虑采用扩大桩底的钻孔灌注桩，以提高单桩承载力。
（2）在对岩溶发育，含有砂层且伴有土洞出现的地基进行处理时，可采用填充土洞，对基岩和砂层进行防渗灌浆处理等措施，以防止施工过程中出现地表大面积塌陷。
（3）根据地质报告，部分区域地下室底板均已到岩石层，若有不同情况采用以下标准:岩石面到承台底面底距离小于500mm，则基础采用独立基础，岩石面到承台底采用C25毛石砼浇筑，具体可根据现场情况调整。（见图3）
图3
（4）主楼和裙房下的每根桩和每个基础施工前应先进行预探，保证桩底和基础底下基岩预探范围内无溶洞。桩地下预探范围详表格，独立基础底下预探范围为3m。
（5）本工程场地持力层起伏较大，实际施工时桩长要根据场地具体情况确定，当7层石灰岩层顶离地下室底板顶(即桩长小于2m)时，采用混凝土独立基础，基础不到持力层时采用C20毛石砼填至基础底面，基础进入持力层不小于200。
（6）钻孔灌注桩施工前应重新校核桩位并进行原位探孔，清除浅层障碍。钻孔泥浆护壁灌注桩应采用可靠的成孔工艺，并应设置孔口钢护筒，过程中必须经常测定护壁泥浆的比重含砂率，粘度和PH值，应根据土层性质合理控制护壁泥浆的性质，以保证在孔壁稳定的情况下泥皮厚度最薄。当钻孔深度到达设计持力层后，应做好深度标记，并取出样品，由监理及相关家单位共同对地质钻探的样品对照，以验证是否达到设计要求，在灌注水下混凝土前，应进行清孔，孔底沉渣小于50mm，孔底泥浆应取样试验，在距孔底0.500米深度范围内的泥浆比重应小于1.20，并应控制含砂率≤8%，粘度≤28s，清孔符合要求后半个小时内必须灌注混凝土，整根桩的灌注时间不得超过4小时，如有间歇不应超过半小时。 桩身混凝土灌注充盈系數应控制在1.15，桩身混凝土超灌高度为1～1.5米，混凝土初灌量不小于2M3，导管埋深宜为2～6米，严禁导管提出混凝土面。
2.1.2桩基承载力测试方法及要求
对于在岩溶地区等极为复杂地质条件下施工的钻孔灌注桩，建议对其严格检测，包括垂直静载荷试验、高应变及低应变动测等，以便发现问题及时采取措施，保证单桩承载力和稳定性。
（1）直径600以上桩基承载力测试方法采用自平衡法，设计测试桩选8根。
（2）桩基承载力测试极限值，承压2Ra(Ra表示单桩竖向承载力特征值)。
（3）工程试桩按桩总数的1%、且不少于3根进行抽样；小应变测试数量为100%，上部结构施工须在桩基测试合格后方可进行。
2.2无梁楼盖结构设计要点
无梁楼盖即是在楼盖中不设置梁肋，将板直接支承在柱上，楼面荷载直接通过柱子传至基础。
较之传统的密肋梁结构体系它具有结构高度小、板底平整、构造简单、整体性好、建筑空间大、可有效地增加层高等优点。并且，采用无梁楼盖体系的建筑物的地震效应也要明显小于层高较大的梁板结构体系的建筑物。在施工方面，采用无梁楼盖结构体系的建筑物具有施工支模简单、楼面钢筋绑扎方便，设备安装方便等优点，从而大大提高了施工速度。因此，采用无梁楼盖结构具有明显的经济效益和社会效益。但无梁楼盖结构体系也有其自身的缺点：由于取消了肋梁，使无梁楼盖结构体系的抗弯刚度减小、挠度增大，柱子周边的剪应力高度集中，可能会引起局部板的冲切破坏；侧向刚度比较差，层数较少时可以设置板柱结构来抵抗水平荷载，当层数较多或要求抗震时，一般需要设剪力墙、筒体等来增加侧向刚度。
1）国内外的多个试验表明，无梁楼盖承载力一般为设计值的2倍或以上，有足够的安全储备。
2）设计无梁楼盖关键是处理好节点区域的配筋，按照其受力特点排布柱上板带和跨中板带的钢筋，严格按照升板规范的配筋构造截断钢筋。板跨度较大时，处理好冲切问题是关键。另外，此时的裂缝--柱周的板顶裂缝可能会较大，可采用构造预应力筋。
无柱帽无梁楼盖（FLAT PLATE）板厚1/（30-33）倍长跨，如荷载较大，板厚较大时，可考虑采用空心无梁楼盖。
3）双向大板受力特征不同于无梁楼盖，梁内力较大，但节点强于无梁楼盖。板厚可取1/40左右，如有超筋现象，再增加板厚，否则浪费。
3结束语
由此可见，建筑地下室结构设计显然是一个复杂的过程，但是，只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。
参考文献：
钻孔灌注桩设计与施工.中国建筑工业出版社.2007-02
桩基工程设计施工及检测实用手册.黑龙江人民出版社.2003-10
GB 50010-2002 混凝土结构设计规范
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：地下室；结构设计；混凝土工程；钻孔灌注桩；无梁楼盖
1工程概况
1.1项目简介
建筑的总体布局采用二轴二心的整体格局（见图1），酒店前后入口方向为纵轴，酒店大堂入口至住宅小区花园中心方向为横轴，纵横轴的焦点为酒店的大堂入口平台，抬高的大堂平台成为整体环境的中心节点。酒店大堂层抬高至二层，酒店的主入口台地花园与住宅区的中心花园因借得宜，互相增色，成为独具特色的整体性景观资源。
图1 总平面图
本工程建筑主体结构为32层的高层住宅，22层的酒店主楼，1层商业裙房及二层地下室车库（其中地下二层局部设有六级人防）；其中1层商业裙房采用框架结构；32层高层住宅采用框架-剪力墙结构，22层的酒店主楼采用框架-核心筒结构。（见图2）
图2
1.2岩土地质资料
(1)①杂填土、②砂质粉土/粉细砂：位于地下室底板之上，地下室基坑开挖后，已挖除。
(2) ③卵石：拟建场地均有分布，层面标高83.58—87.29米，厚度不均匀。具中高力学强度和中低压缩性。大部分区域地下室基坑开挖后已挖除，局部残留厚度较小或缺失。
(3) ④含粘土砾砂：拟建场地均有分布，层面标高76.32—83.81米，厚度不均匀，具中低力学强度和中高压缩性。大部分区域地下室基坑开挖后已挖除，局部残留厚度大小不均或缺失。
(4) ⑤含粘土角砾：个别钻孔揭露到，层面标高77.91米，具中等力学强度和压缩性，位于开挖深度以下。
(5) ⑥软粘土：个别钻孔揭露到，力学强度低，具高压缩性。
(6) ⑦石灰岩：该层上部岩溶较发育，下部较稳定，为本场地硬层，力学强度高，是良好的桩端持力层。
1.3项目难点分析
1.3.1该项目基础持力层起伏很大，并且地下溶洞很多，所以该项目的钻孔灌注桩必须穿过溶洞。
1.3.2该项目为了保证二层地下室的净高，纯地下车库部分采用了无梁楼盖。
2地下室结构设计要点
针对以上项目难点分析，下面主要对该项目桩基础与无梁楼盖结构设计进行总结。
2.1钻孔灌注桩设计
2.1.1设计要点与施工要求
由于本项目地处岩溶地区等极为复杂地质条件下，钻孔灌注桩的设计应考虑以下几方面的内容：
（1）对岩溶地区钻孔灌注桩的设计，应充分考虑施工的不利因素。有条件的可以采用扩大桩距，增加连梁的方法来避开不利地段，同时也可考虑采用扩大桩底的钻孔灌注桩，以提高单桩承载力。
（2）在对岩溶发育，含有砂层且伴有土洞出现的地基进行处理时，可采用填充土洞，对基岩和砂层进行防渗灌浆处理等措施，以防止施工过程中出现地表大面积塌陷。
（3）根据地质报告，部分区域地下室底板均已到岩石层，若有不同情况采用以下标准:岩石面到承台底面底距离小于500mm，则基础采用独立基础，岩石面到承台底采用C25毛石砼浇筑，具体可根据现场情况调整。（见图3）
图3
（4）主楼和裙房下的每根桩和每个基础施工前应先进行预探，保证桩底和基础底下基岩预探范围内无溶洞。桩地下预探范围详表格，独立基础底下预探范围为3m。
（5）本工程场地持力层起伏较大，实际施工时桩长要根据场地具体情况确定，当7层石灰岩层顶离地下室底板顶(即桩长小于2m)时，采用混凝土独立基础，基础不到持力层时采用C20毛石砼填至基础底面，基础进入持力层不小于200。
（6）钻孔灌注桩施工前应重新校核桩位并进行原位探孔，清除浅层障碍。钻孔泥浆护壁灌注桩应采用可靠的成孔工艺，并应设置孔口钢护筒，过程中必须经常测定护壁泥浆的比重含砂率，粘度和PH值，应根据土层性质合理控制护壁泥浆的性质，以保证在孔壁稳定的情况下泥皮厚度最薄。当钻孔深度到达设计持力层后，应做好深度标记，并取出样品，由监理及相关家单位共同对地质钻探的样品对照，以验证是否达到设计要求，在灌注水下混凝土前，应进行清孔，孔底沉渣小于50mm，孔底泥浆应取样试验，在距孔底0.500米深度范围内的泥浆比重应小于1.20，并应控制含砂率≤8%，粘度≤28s，清孔符合要求后半个小时内必须灌注混凝土，整根桩的灌注时间不得超过4小时，如有间歇不应超过半小时。 桩身混凝土灌注充盈系數应控制在1.15，桩身混凝土超灌高度为1～1.5米，混凝土初灌量不小于2M3，导管埋深宜为2～6米，严禁导管提出混凝土面。
2.1.2桩基承载力测试方法及要求
对于在岩溶地区等极为复杂地质条件下施工的钻孔灌注桩，建议对其严格检测，包括垂直静载荷试验、高应变及低应变动测等，以便发现问题及时采取措施，保证单桩承载力和稳定性。
（1）直径600以上桩基承载力测试方法采用自平衡法，设计测试桩选8根。
（2）桩基承载力测试极限值，承压2Ra(Ra表示单桩竖向承载力特征值)。
（3）工程试桩按桩总数的1%、且不少于3根进行抽样；小应变测试数量为100%，上部结构施工须在桩基测试合格后方可进行。
2.2无梁楼盖结构设计要点
无梁楼盖即是在楼盖中不设置梁肋，将板直接支承在柱上，楼面荷载直接通过柱子传至基础。
较之传统的密肋梁结构体系它具有结构高度小、板底平整、构造简单、整体性好、建筑空间大、可有效地增加层高等优点。并且，采用无梁楼盖体系的建筑物的地震效应也要明显小于层高较大的梁板结构体系的建筑物。在施工方面，采用无梁楼盖结构体系的建筑物具有施工支模简单、楼面钢筋绑扎方便，设备安装方便等优点，从而大大提高了施工速度。因此，采用无梁楼盖结构具有明显的经济效益和社会效益。但无梁楼盖结构体系也有其自身的缺点：由于取消了肋梁，使无梁楼盖结构体系的抗弯刚度减小、挠度增大，柱子周边的剪应力高度集中，可能会引起局部板的冲切破坏；侧向刚度比较差，层数较少时可以设置板柱结构来抵抗水平荷载，当层数较多或要求抗震时，一般需要设剪力墙、筒体等来增加侧向刚度。
1）国内外的多个试验表明，无梁楼盖承载力一般为设计值的2倍或以上，有足够的安全储备。
2）设计无梁楼盖关键是处理好节点区域的配筋，按照其受力特点排布柱上板带和跨中板带的钢筋，严格按照升板规范的配筋构造截断钢筋。板跨度较大时，处理好冲切问题是关键。另外，此时的裂缝--柱周的板顶裂缝可能会较大，可采用构造预应力筋。
无柱帽无梁楼盖（FLAT PLATE）板厚1/（30-33）倍长跨，如荷载较大，板厚较大时，可考虑采用空心无梁楼盖。
3）双向大板受力特征不同于无梁楼盖，梁内力较大，但节点强于无梁楼盖。板厚可取1/40左右，如有超筋现象，再增加板厚，否则浪费。
3结束语
由此可见，建筑地下室结构设计显然是一个复杂的过程，但是，只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。
参考文献：
钻孔灌注桩设计与施工.中国建筑工业出版社.2007-02
桩基工程设计施工及检测实用手册.黑龙江人民出版社.2003-10
GB 50010-2002 混凝土结构设计规范
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。