主裙樓建筑差異沉降控制技術(shù)研究

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)計施工過程中，不但要有效控制主裙樓各自的沉降量，同時也要嚴(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。基于此，本研究將以差異沉降控制作為根本目標(biāo)，對于主裙樓建筑差異沉降的對應(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)件裂縫控制時會受到環(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)都會出現(xiàn)相對位移，若是這些位移較大就會造成基礎(chǔ)底板混凝土產(chǎn)生開裂。特別是對于地下水位較高的工程來說，一旦出現(xiàn)較大裂縫就會造成底板滲水，對于建筑工程的應(yīng)用功能造成較大影響［1］。因此，針對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算

2.1 差異沉降所造成的底板彎矩計算

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

對于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件來說，在長期載荷作用下會形成較大的裂縫，板端在受到極端彎矩情況下會造成底板混凝土產(chǎn)生較大的裂縫寬度，此種情況下會造成相應(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)計來確保差異沉降的有效控制。在設(shè)計施工過程中，最重要的是控制和降低主樓沉降量，避免裙房沉降量過小，同時需要對主裙樓的沉降量進(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?；A(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軟巖地基工程特性指標(biāo)予以核驗，同時在分析基礎(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)計預(yù)案，通過沉降實測不難看出，軟巖天然地基方案相對比較科學(xué)，這就為軟巖地基項目設(shè)計提供了參考。

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，因為屬于人工調(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。但是在鉆孔過程中會受到較厚粉土以及砂層的影響，所以需要通過完善的試驗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)場試驗來確定成樁的承載力，在試驗樁上施加極限載荷，通過分布式光纖對樁身應(yīng)變進(jìn)行檢測。通過試驗可以得到有關(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?。

①對于裙房基礎(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，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，最好采取單獨柱基或者條形基礎(chǔ)，針對部分有防水需求的項目，相關(guān)人員需要采用“單獨柱基或條形基礎(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)。現(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，同時這也給大底盤主裙樓高低層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計工作帶來了諸多問題，如果裙房、地下車庫采取抗拔樁，就會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，如此一來就會增加高層主樓地基基礎(chǔ)項目投資規(guī)模。對于這項難題，相關(guān)人員務(wù)必要開展針對性的水文地質(zhì)勘察工作，確保其高效地明確場地地下水抗浮設(shè)計水位。

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)置地下水觀測孔，同時在地下埋設(shè)孔隙水壓力計，以此來獲取區(qū)域性水文地質(zhì)資料以及地下水長時間的觀測資料，能夠?qū)λ畨毫ψ兓?、分布等情況進(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)計時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差異沉降進(jìn)行控制。在進(jìn)行抗浮設(shè)計過程中要充分了解抗浮錨桿、抗浮樁等對于地基剛度以及沉降控制等方面的影響，需要進(jìn)一步對抗浮錨桿類型以及布置方式對于沉降以及基礎(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”兩個時期，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“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)一步提升整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震屬性，只要遭到地震等影響，就會因為彼此撞擊而受損。不僅如此，在應(yīng)用實際項目期間，相關(guān)人員采取沉降縫的形式，也難以處置差異沉降難題。某些工程會按照前期預(yù)判的差異沉降量對主樓室內(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)計的過程中，相關(guān)人員務(wù)必要充分考量主樓載荷針對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，同時制定針對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，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，那么需要建立在對系統(tǒng)性沉降觀測信息了解的前提之下，及時參照所獲取的信息，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，做到及時驗算。例如，北京LG大廈、北京新中關(guān)大廈等工程均將沉降觀測信息作為主要標(biāo)準(zhǔn)，在相應(yīng)的節(jié)點內(nèi)及時完成澆筑工作。

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，針對高層主樓與所搭載的裙房柱，相關(guān)人員要通過獨立方式，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+地基基礎(chǔ)協(xié)同設(shè)計”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)代社會高層建筑日益增加，對于這些建筑來說，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，對建筑整體的質(zhì)量、可靠性等造成較大影響。本研究對此方面問題進(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瑸檫M(jìn)一步推動建筑發(fā)展發(fā)揮現(xiàn)實作用。