桩基承台 防水板咋样？

(一)背景:

    前一段时间，由于地下室顶板采用无梁楼盖频频出事，引起了学术界和技术界的争论，有支持的,也有反对的，这是好现象，通过争论加深了对于无梁楼盖的认识，结合出事工程的现场照片，可以看到无梁楼盖的破坏机制，这对于写本文起到了很好地理论与实践指导作用。

    上海地区框架结构地下室基础型式走过二个阶段，2010年以前，地下室基础有桩基与天然地基，基础型式比较多样,采用天然地基的以第2层粘土层作为基础持力层，筏板基础考虑补偿土的作用，但是后来发现，地下室座落在软土地基上，沉降量过大，以后逐步采用桩筏基础。2010年以后上海地基新规范出来以后，为了控制沉降三层以上建筑物要求采用桩基础，框架结构的地下室基础主要采用桩筏基础与梁板式桩基础.最近十几年来桩基承台加防水板基础,这种新型基础形式以它经济、施工方便，速度快等优点运用越来越广,而且从工程项目建成后的实际效果很好.为此本文分析与探讨这种新型地下室基础.

    (二)分析与探讨:

    2.1:基本情况:

    地下室的用途:单层占多数而且大部分用做停车库,层高在5m左右,柱网一般6.000mX6.000m~8.400mX8.400m.

    地下室底板下土层情况:地下室底板基础座落在第④层土,即灰色淤泥质粘土层,埋藏深度4m~20m,此层土的特点:含水量大,压缩性大.

    地下水情况:地下水位设计一般都按地面以下500mm.

    地下室基础:桩基承台加防水板.即桩基承载全部竖向垂直荷载(包括抗浮),基础桩承台,地下室底板实质上是防水板.

    地下室情况:纯地下室很少,多数都是混合地下室.

    地下室桩基情况:抗压桩采用预应力混凝土空心管桩,钻孔混凝土灌桩,抗拔桩采用预制混凝土方桩,预应力混凝土空心管桩.基础柱下桩基承台.

    地下室桩基持力层情况:第⑥层暗绿~草黄色粘性土与⑦层草黄~灰色粉性土,粉砂.

    2.2:分析方法:

    地下室桩基承台加防水层基础型式是一种新的基础型式,它的结构概念同”混凝土结构设计规范”里板柱结构,但是”建筑抗震设计规范”里只有:板柱-抗震墙结构抗震设计要求,”高层建筑混凝土结构设计规程”里只有平板式筏板设计要求,防水板不同于筏板,所有现在设计时参照这三本规范执行.由于没有针对规范,所以现在设计多式多样.工程界一直强调土建工程经验强于软件计算，所以本文不从软件计算角度来分折，而是例举4个成功的桩基承台加防水层基础案例,结合其它几个工程案例,从工程实践与概念来分析与探讨.

    2.3:分析内容:

    2.3.1: 例举四个成功案例并且介绍施工过程中出现的设计问题以及处理办法.

    2.3.2: 桩基承台加防水板基础防水板厚度与配筋的选择.

    2.3.3: 桩基承台加防水板基础施工控制要点.

    2.3.4: 防水板防渗问题.

    2.3.5: 地下室顶板无梁楼盖为什么频频出事,而桩基承台加防水板基础成功的原因分析.

    2.3.6: 桩基承台加防水板基础与梁板式桩承台基础的比较.

    2.3.7: 桩基承台加防水板基础与桩筏基础的比较.

    2.4:探讨:

    2.4.1:防水板垫层问题

    2.4.2:反柱帽尺寸与配筋问题.

    2.4.3:防水板温度后浇带问题.

    2.4.4:防水板板计算方法问题.

    2.4.5:桩基承台加防水板基础适用范围.

    (三)建议:

    3.1:应该用无梁楼盖理论与破坏机制概念设计.

    3.2:应该从动态的观点分析处理桩基承台加防水板基础.

    3.3:应该用整体结构设计理念设计桩基承台加防水板基础.

    3.4:实践与发展观点对待桩基承台加防水板基础.

    本文提出的不少观点与看法,从实践与概念分析出发的,肯定存在不少错误或者考虑不全面的地方,欢迎同行们批评指正,也希望关注与共同研究.目的为了完善与改进桩基承台加防水板基础.

    说明:本文主要分析与探讨上海地区框架结构地下室桩基承台加防水板基础.地下室类型是混合型的.

   

    2.3.1:例举四个成功案例并且介绍施工过程中出现的设计问题以及处理办法.

    2.3.1.1:案例一:

    工程概况:地下一层,地上七层,总面积16000平方米,底层、二层层高7.800m,上面都是4.200m,柱网8.400mx8.400m。室内外高差0. 600m。工程为框架结构,基础为预制混凝土空心管桩 梁板.抗拔桩为预制混凝土方桩。抗压与抗拔桩长一样27m。地下室层高5. 400m，纯地下室层高3. 600m。

    用途:车库.2019年建成.      

    地下室基础原设计梁板式桩基础,后改为桩基承台加防水板基础.详见以下图一图二图纸:

图一:原设计梁板式基础平面图        

注:板厚500mm

图二:后桩基承台加防水板基础平面图

注:板厚600mm

    注：1:梁板式基础底板配筋18@150双层双向.

    2:桩基承台加防水板基础底板配筋22@200双层双向,但是底板四周边跨板上部加16@200双向.详见以下图三:

图三:底板边跨加筋图

    3: 反柱帽尺寸,按照”建筑抗震设计规范”6.6.3条第2点:”板柱结构在地震作用下按等代平面框架分析时,其等代梁的宽度宜采用垂直于等代平面框架方向两侧柱距1/4.”考虑的,而且板底部加16@200双向.详见以下图四:

                   

图四:柱帽尺寸图

                     

    本工程设计问题:三根检测预制混凝土方桩抗拔桩设计要求达到1100KN,,经过验算按照桩图集配筋(4Φ20 4Φ18)达不到,计算如下:

1256X310 1017X310=389360 315270=704630=704.630KN<1100KN

所以图纸修改为8Φ25    3927X310=1217370=1217.370KN>1100KN.

    2.3.1.2:案例二:

    地下一层,地上一栋十五层,一栋三层,总面积30000平方米,柱网8.400mx9.000m。室内外高差0. 600m。工程为框筒与框架结构,基础为预制混凝土空心管桩 防水板.抗拔桩为预制混凝土方桩。抗压桩桩长40m,抗拔桩桩长31m。地下室层高6. 900m，纯地下室4. 800m。

    用途:车库.2013年建成.案例二桩基承台加防水板基础平面图见以下图五:

     

图五:桩基承台加防水板基础平面图

注:板厚500mm

   注:1:防水板配筋22@150双层双向.(筒体部位底板配筋:22@100双层双向)

      2:防水板厚设计500mm,后来改为600mm.(筒体部位底板厚度1200mm)

本工程设计问题:三根检测预制混凝土方桩抗拔桩设计要求达到1200KN,,经过验算按照设计配筋(4Φ20 4Φ22)达不到,计算如下:

1256X310 1520X310=389360 471200=860560=860.560KN<1200KN

后来设计单位出变更同案例一.

2.3.1.3:案例三:

    地下一层,地上二层,一共五个单体,总面积10000平方米,柱网6.300mx7.000m。室内外高差0. 600m。工程为框架结构,基础为预制混凝土空心管桩 防水板.抗拔桩为预制混凝土方桩。抗压与抗拔桩桩长一样20m。地下室层高4. 500m，纯地下室2. 900m。

    用途:.辅助用房.2016年建成.案例三桩基承台加防水板基础平面图见以下图六: 

图六:桩基承台加防水板基础平面图

注:板厚450mm：

注:1:防水板配筋下16@150双向,上16@180双向.

    2:防水板厚设计450mm,后来改为500mm.

  本工程设计问题:抗拔桩预制混凝土方桩,2节每节10m,直径300mmX300mm,混凝土C30,施工工程中第一根桩压下去以后,接桩后再压,第二根就断了,断的位置在桩的中间,后来设计根据施工具体情况抗拔桩桩长改为9m，即单节桩了。

  本工程五个单体,先开三个单体,施工工程中出现以上问题后,后来二个单体抗拔桩改用预应力混凝土空心管桩,施工过程中出现了另一个问题:三根检测抗拔空心管桩桩检测设计要求:填芯法,深3m,当时桩孔内都是水,而且孔小直径170mm,施工困难质量难保证,后来改为检测钢筋直接焊在桩端板上.当然采用这种方法检测也要满足一定的条件,详见:2016年”上海建设工程咨询””预应力混凝土空心抗拔桩检测方法的探讨”一文.

2.3.1.4:案例四:

    地下一层,地上三层,建筑总面积50000平方米,柱网9.100mx9.100m。室内外高差0.600m。工程为框架结构,基础为桩基承台 防水板.抗压与抗拔桩均为预制混凝土空心管桩桩长一样36m。地下室三种层高5. 800m，5.200m,4.300m.

     用途:.车库2019年建成.案例四桩基承台加防水板基础平面图见以下图七:

图七:桩基承台加防水板基础平面图

注:板厚500mm

   注:1:防水板配筋18@160双层双向.

      2:桩基承台兼反柱帽尺寸厚度配筋图表详见如下图八:

图八:地下室桩基承台兼反柱帽尺寸厚度配筋图表

注:1:桩承台兼反柱帽,也就是满足柱帽设计要求,也满足桩承台设计要求.

      2:反柱帽尺寸符合”混凝土结构设计规范”板柱结构9.1.12条的要求:b 4h.

2.3.1.5:从以上四个桩基承台加防水板基础成功案例中反映出:

   纯地下室部分抗拔桩选择方面设计存在三个问题:

    1:抗拔桩的桩长为了同抗压桩桩端在同一土层上,所以选择一样长.通过以上第二与第三个案例说明,只要计算沉降通得过,没有必要一样长.

    2:抗拔桩为了接桩容易,质量得到保证,设计选择预制混凝土方桩比较多.通过以上第三个案例,如果抗拔力小的话,选择预应力空心管桩也是可以的.还有一个办法,设计抗拔力告诉预制厂特制.

    3:预制混凝土方桩图集针对抗压桩的，如果用作抗拔桩根据设计要求对于配筋与混凝土标号都要验算。上面的工程案例已经充分说明这一点了。

2.3.2:防水板厚度与配筋的选择.

    地下室的用途一般用作停车库占多，而且单层车库占多，这样选用的柱网一般8.4mx8.4m或6mx6m米，地下车库层一般高5米左右。为此作了一些调查，详见以下表一防水板厚度与配筋统计表，统计下来建议防水板厚度按1/15~1/20长跨取用，例如8400mm柱网，板厚400mm~500mm为宜。当然为了防渗需要根据GB50108-2008”地下工程防水技术规范”要求板厚不应小于250mm,实际操作不小于300mm.设计板厚满足板抗裂,抗冲切要求.

防水板厚度与房子层数无关,与柱距,地下室层高(埋深),地下室水位高低有关.

笔者根据成功案例经验与参照“高层建筑混凝土结构设计规程”12.3.4条的要求,建议防水板板厚不宜<=400mm.

    防水板配筋上面四个成功案例有三种做法:

    案例二与三:防水板按设计计算最大双层双向配筋.

    案例一:防水板按设计计算双层双层配筋,边跨板不够上部加筋,反柱帽底部加筋.

    案例四:防水板按设计计算双层双向配筋 附加钢筋,桩基承台兼反柱帽配筋.

    笔者认为:防水板配筋按照设计计算计算双层双向配筋,板边跨不够加筋,桩承台兼反柱帽配筋,这样的做法一方面符合板柱设计理念,而且比较经济.

表一: 防水板厚度与配筋统计表

注：柱网按最大统计的

项目	地下室层高m	柱网m	板厚mm	配筋	备注及用途
三友	5.4	8.4X8.44	600	22@200双层双向	边跨及柱帽加筋 车库
康桥	6.9	8.4x9.0	600	22@150双层双向	车库
临港	4.5	6.3x7.0	500	下16@150双向 上16@180双向	辅助用房
崇明	5.1	8.0x8.0	500	14@150双层双向	边跨加筋 车库
新场	5.8m5m  4.3m	个别（9.1x9.7）8.1x8.1	500	18@160双层双向	局部加筋，桩基承台兼柱帽.车库
浦江	4.0	8.1x9.0	400	14@200双层双向	边跨加筋桩基承台兼柱帽.车库
动易	4.9	7.8x7.2	600	下20@150双向 上20@200双向	车库

    2.3.3:桩基承台加防水板基础施工控制要点.

    2.3.3.1:防水板厚度的控制:基础保护层厚度迎水面50mm,板上25mm,600mm厚的防水板实质只有525mm,施工过程中经常发现控制板厚的马镫有的不标准,有的施工工程中倒了歪了倾斜了,所以施工前检查马镫是否标准,施工过程中检查马镫位置正确性.浇筑过程中经常量板厚是否达到要求.

    2.3.3.2:地下室深度不能超挖,保证底板下土完整性.概念分析:如果底板下土高一块低一块硬一块软一块这对于防水板受力肯定不好的。

    2.3.3.3:保证底板混凝土施工质量,其中面积大的一定要分块浇筑,防止水化热.

    2.3.3.4：防水板同桩承台、集水井、地下室外墙连接一定要处理好.概念分析:这样做的目的,防水板与桩承台、集水井、外墙连接成一个整体.做法详见如下图九图十：

图九: 桩承台与集水井详图

图十:地下室外墙同防水板连接详图

                            地下室外墙钢筋锚入板内满足规范要求

    2.3.3.5:纯地下室部分如果抗浮计算考虑填土重量的话,地下室施工结束,停降水前,顶板上填土一定要求填好.防止上浮.

    2.3.4: 底板渗水问题，现在设计都要求底坂下要做防水层，防水层施工质量容易得到保证。从目前实践情况看，一般底板不渗水，容易渗水是后浇帶与集水井基础，。隨着防渗技术的提高，这个问题基本不用担心了。

    2.3.5:地下室顶板无梁楼盖为什么频频出事,而桩基承台加防水板基础成功的原因分析.

    2.3.5.1:受力荷载不一样：顶板上有覆土及施工荷载，而且局部有超载的风险。防水板受水浮力均匀,不会出现局部超载风险.

    2.3.5.2:受力方向不一样：顶板向下，破坏是坍塌。底板受水浮力向上，没有坍塌危险。

    2.3.5.3:顶板柱帽设计小而薄。桩基承台加防水板基础桩承台大而厚。

    2.3.5.4:柱帽或托板与板连接处施工难度大，容易造成冷缝。

    2.3.6:桩基承台加防水板基础与有梁板式桩基础的比较.根据案例一分析:

    2.3.5.1:经济性:(注：基坑围护节约的投资不包括在内，整个地下室施工期加快了节约投资也不包括在内)。根据初步估算,无梁底板可以节约投资30万元.

    2.3.5.2:施工方便:有梁板式有梁的部位还要往下挖,挖好后还要立模,地下施工困难.

    2.3.5.3:基础施工速度快。为什么强调这一点？因为基坑围护只有底板浇筑完成后才安全。案例一地下室基础分二块浇筑，第一块从挖土到底板浇筑只用了15天。第二块用了25天(注：主要上海进博会期间形响了十天)。单位需要多本结构工程师职称证书挂资质，有闲置证书的朋友欢迎联系我  150-0759-9549微同

基础施工速度快慢直接影响到地下室基坑安全性与经济性.

    2.3.7:桩基承台加防水板基础与桩筏基础的比较.桩筏基础大部分荷载有柱下桩基承担,筏板受力一小部分,荷载如何分配,设计人员凭经验,所以从受力方面分析桩基承台加防水板基础明确.另外防水板的厚度比筏板薄,配筋比筏板少,虽然增加一些桩,但是总的还是比较经济.

    2.4:探讨：

    2.4.1:防水板垫层问题:防水板不考虑板下地基承载力的,但是房子总是要沉降的,为了解决建筑沉降会使板受土体反力,建议板下按照设计房子最终沉降量设置软褥材料垫层并适当加强板钢筋.

    2.4.2:反柱帽尺寸与配筋问题.

    2.4.2.1:反柱帽尺寸:2本规范有要求:

     “混凝土结构设计规范”板柱结构9.1.12条的要求:b 4h.

     ”建筑抗震设计规范”6.6.3条第2点:”板柱结构在地震作用下按等代平面框架分析时,其等代梁的宽度宜采用垂直于等代平面框架方向两侧柱距1/4.”

    本文第一个案例,柱帽尺寸满足柱距1/4.第四个案例满足b 4h.

    那么到底那个正确?抗震规范针对地震作用下按等代平面框架分析时采用的.防水板一般可以采用倒楼盖方法计算,所以柱帽尺寸满足b 4h即可.

    2.4.2.2:桩帽配筋.

    案例一桩基承台管承台配筋,柱帽管柱帽配筋,第四个案例桩基承台兼反柱帽配筋.实际上桩基承台对防水板有柱帽的作用,也可以说是反柱帽.桩基承台满足抗冲切了,柱帽冲切也够了,防水板满足抗弯抗剪就够了.所以以上二种设计处理方法都可以.

    2.4.3:底板温度后浇带设置问题。此问题有争论。工程实施过程中问题不少，后浇带处理不好，容易渗水，而且有的后浇带随着板下土体变形而变形，如果从地下到地上，每个楼层面都设置，施工难度大.概念分折:施工期间整个房子整体刚度差。凡事都有双重性，即双刃剑，。上海地区是温带地区，一年四季温差不是太大，特别最近几年更是如此，所以现在有的采用加强帶代替后浇带，根据多年工程实践，100米长度以内的建筑物不设后浇带采用加强带已经有成功的案例了。当然，地下室地底下没有什么温差，地上楼层面有，所以各层抗温差技术措施一定要跟上，制定可行的施工方案。如果工程外墙挂石头，温度后浇带改为加强带更可靠。

    2.4.4:桩基承台加防水板基础计算方法:按照JGJ3-2010”高层建筑结构设计规程”12.3.5条:

  

上海地区框架结构地下室桩基承台加防水板基础一般都符合以上条件，可以运用倒楼盖法计算，再结合成功案例经验设计。

    2.4.5:桩基承台加防水板基础适用范围.上海地区框架结构地下室采用这种基础型式,经过工程实践不断认识不断改进包括设计软件，现在越来越成熟，柱网跨度已经做到<=9.70米，跨度再大能否用？建议柱网10m之内,超出10m还是建议采用有梁板式桩基础,因为还没有成功的案例。运用的话要全面地分析:从工程安全性施工可行性方便性工程经济性综合考虑.

    (三)建议:

    3.1:应该运用板柱设计理论与破坏机制去处理设计中的问题,不要防水板配筋一律双层双向.例如上面案例一与案例四的设计处理比较合理.

    3.2:应该运用动态概念分析的方法处理桩基承台加防水板基础.桩基承台基础开始承载竖向垂直荷载沉降,然后与防水板一起沉降,这时可能出现二种情况:一种防水板板下地基帮助桩承载荷载一起沉降,另一种情况沉降过程中桩基承台与防水板冲切破坏分离,桩基承台继续沉降.作为设计应该避免第二种情况的出现.但是这种计算很困难的,怎么办?建议设计运用软件计算出来后,参照成功案例经验出图.由于目前设计没有采取防水板抗沉降的技术措施,所以目前建议防水板板厚不要太薄,不宜≤400mm,概念分析:板太薄了,动态过程中容易开裂破坏.与此同时建议房子最终沉降量控制:≤100mm.

    3.3:应该运用整体结构设计理念设计桩基承台加防水板基础.此基础是整个工程的一个构件,必须强调它与其它构件,例如地基、地下室外墙、桩承台、集水井等构件的连接与构造措施,同时强调施工的管控,在施工说明里施工管控的要点一定要交代清楚.

3.4:实践与发展观点对待桩基承台加防水板基础.根据表一: 防水板厚度与配筋统计表,反映出成功案例里,设计做法多式多样,相差也比较大,主要受桩筏基础设计的影响,没有真正从防水板受力特点去考虑,所以还要进一步研究、实践与发展.