唐陶

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司第六設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

0 引言

大型復(fù)雜環(huán)境下，地下空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要與地上結(jié)構(gòu)相配合、相協(xié)調(diào)。同時(shí)，由于受到施工先后順序的影響，應(yīng)加強(qiáng)對前期、后期施工工作的管控與協(xié)調(diào)，結(jié)合施工順序與地下空間荷載分布狀況，合理選擇樁基形式與布置方式，進(jìn)而有效控制不均勻沉降問題，提高地下空間結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性，防止結(jié)構(gòu)偏心、不對稱等問題的發(fā)生。

1 大型復(fù)雜地下空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

1.1 工程概況

本工程項(xiàng)目為阜陽西站站前廣場地下工程，結(jié)構(gòu)體系采用框架結(jié)構(gòu)，抗震等級為三級，其中H、I區(qū)框架抗震等級為二級。該項(xiàng)目地上一層，地下一層至兩層。單層地下高度為4.4m，二層地下室總高度為10.1m，表1為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概況。

表1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概況

1.2 大型復(fù)雜地下空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

對于大型復(fù)雜地下空間結(jié)構(gòu)而言，它具有以下特點(diǎn)：①規(guī)模上相對較大，功能組成較為復(fù)雜。一般來說，當(dāng)?shù)叵陆ㄖ墓δ苓_(dá)到或超過三種，可將其是為復(fù)雜結(jié)構(gòu)。按照民用建筑的分類標(biāo)準(zhǔn)來看，當(dāng)建筑單體規(guī)模超過30000m2時(shí)，就可將其視作大型建筑。通過上述分析可以看出，大型復(fù)雜地下空間的建筑規(guī)模要超過30000m2，并且要具有三種及三種以上功能；②相比普通地下空間結(jié)構(gòu)來說，大型復(fù)雜地下空間的人流量較大，對于內(nèi)外交通有著較高的要求。在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)施工期間，基坑的開挖規(guī)模大，建筑結(jié)構(gòu)的體量大。同時(shí)，地下空間中配置了大量的機(jī)電系統(tǒng)，機(jī)電設(shè)備的負(fù)荷高，設(shè)備的運(yùn)營、管理有著很大的難度；③地下空間的利用較為集約、高效。集約主要是指多種設(shè)施于一體。高效主要是指各種類型的設(shè)施、資源的利用率較高；④大型復(fù)雜地下空間的建設(shè)、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，資金投入量較大。設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)中，應(yīng)建立三維模型，做好結(jié)構(gòu)模擬與數(shù)值計(jì)算分析，確保設(shè)計(jì)、施工工作有序開展。

在開展大型復(fù)雜地下空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，既要注重空間資源的高效利用，同時(shí)還要確保整個(gè)地下空間系統(tǒng)能夠高效、安全地運(yùn)轉(zhuǎn)。首先，在開展地下結(jié)構(gòu)圍護(hù)方案的設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮周邊環(huán)境的影響。如果設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在疏漏，基抗開挖過程中將影響到周圍建筑結(jié)構(gòu)的安全性。其次，要做好地下空間的抗浮設(shè)計(jì)，選用合理可行的設(shè)計(jì)方法與模型，必要時(shí)可以適當(dāng)提高基坑坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高，并增大地下室結(jié)構(gòu)的自身重量，還可通過設(shè)置抗拔樁的方式，提高抗浮設(shè)計(jì)效果。此外，可以通過設(shè)置抗拔樁的方式，提高地下空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止不均勻沉降等問題的發(fā)生。另外，設(shè)計(jì)期間要切實(shí)做好地下空間結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。大多情況下，地下一層的抗震等級與上部建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級應(yīng)保持一致?？拐鹪O(shè)計(jì)中還要考慮到周邊建筑物的嵌固方式。

1.3 地下空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

首先，設(shè)計(jì)工作中，要嚴(yán)格按照“安全空間、舒適空間”的基本原則開展地下空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要提高地下空間的綠色環(huán)保效果，以求達(dá)到最佳的空間效益狀態(tài)。其次，安全原則也是設(shè)計(jì)過程中必須考慮的因素之一。此外，地下空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要與城市總體規(guī)劃相一致，空間功能應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確定位，結(jié)合施工現(xiàn)場的具體情況，合理確定建設(shè)規(guī)模，降低施工難度。另外，在開展總體布局設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保空間布局協(xié)調(diào)、功能分區(qū)設(shè)計(jì)合理，交通組織便利且順暢，彰顯“以人為本”的設(shè)計(jì)理念。最后，設(shè)計(jì)過程中還要確保機(jī)電系統(tǒng)的合理配置，為后期的運(yùn)營與管理工作提供便利。地下空間的進(jìn)出口要與周圍的基礎(chǔ)設(shè)置緊密銜接，提高內(nèi)外環(huán)境設(shè)計(jì)的友好效果。

1.4 抗拔樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

①在本工程中，樁基以第⑧層粉質(zhì)黏土夾粉土層作為樁端持力層，灌注樁樁身主筋的混凝土保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)為50mm，混凝土骨料粒徑不得大于40mm。在開展混凝土澆筑工作時(shí)，要將導(dǎo)管底至孔底的距離控制在300~500mm之間，并確保導(dǎo)管埋入混凝土以下部分的深度不小于800mm；②樁基檢測工作中，應(yīng)確保單樁豎向抗拔極限承載力大于2倍特征值。其中，圖1為本工程中樁身結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖1 樁身結(jié)構(gòu)平面

1.5 總平面設(shè)計(jì)

一方面，總平面設(shè)計(jì)工作中，要確保地下空間平面形式與城市系統(tǒng)工程相協(xié)調(diào)。總體來說，城市系統(tǒng)工程不僅囊括了地面系統(tǒng)、軌道交通系統(tǒng)，同時(shí)還包含地下道路系統(tǒng)以及市政管線系統(tǒng)等等。由于城市系統(tǒng)工程建成時(shí)間較早，且影響面相對較大，后期調(diào)整工作的難度極大。因而，在開展大型復(fù)雜地下空間總平面設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)處理好地下工程與城市系統(tǒng)工程之間的關(guān)系?？偲矫嬖O(shè)計(jì)同樣要注意以地面環(huán)境、景觀之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，為人員的進(jìn)出、疏散等提供良好的條件。另一方面，設(shè)計(jì)時(shí)要改善地下空間的通風(fēng)、采光條件，在地面上設(shè)置一定數(shù)量的出入口、風(fēng)亭以及采光井等相關(guān)設(shè)施。

1.6 地下空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先要做好深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這一過程中，要分析施工現(xiàn)場的地質(zhì)地貌、水文環(huán)境，并對地下空間工程周圍的建筑結(jié)構(gòu)形式做出考慮，合理選用深基坑支護(hù)形式，防止安全事故的發(fā)生。其次，要加強(qiáng)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的精確計(jì)算，對于體量較大的地下結(jié)構(gòu)，應(yīng)合理開展抗浮設(shè)計(jì)等工作。上文中提到，大型復(fù)雜地下空間的規(guī)模相對較大，基坑開挖過程中涉及的面積較大、深度較深，如果設(shè)計(jì)人員不能對施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件等因素進(jìn)行綜合分析，將導(dǎo)致所選取的基坑支護(hù)形式不合理，進(jìn)而威脅到基坑的安全效果。具體設(shè)計(jì)工作中，還應(yīng)從地下空間結(jié)構(gòu)的使用功能的角度出發(fā)，通過優(yōu)化施工材料、柱網(wǎng)布置形式、結(jié)構(gòu)類型等方式，提高地下空間工程設(shè)計(jì)的靈活性、合理性。此外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，要考慮到多種荷載類型對結(jié)構(gòu)剛度、承載力等方面的影響，加強(qiáng)對三維力學(xué)分析方法的應(yīng)用，從總體受力方面進(jìn)行研究，提高結(jié)構(gòu)布局的合理性。在確保地下空間工程安全性的前提下，降低施工成本，提高工程效益。

1.7 建筑細(xì)部設(shè)計(jì)

通過做好建筑細(xì)部設(shè)計(jì)，能夠有效提高大型復(fù)雜地下空間的利用效率，提升地下空間工程的效益。相對于地上建筑而言，地下空間較為封閉，容易給人產(chǎn)生一種單調(diào)、壓抑的感覺，甚至引起過往人員的不適。因此，應(yīng)通過做好建筑細(xì)部設(shè)計(jì)，提高地下空間的舒適性效果。一方面，設(shè)計(jì)過程中要凸顯“以人為本”的重要思想，確保地下空間各結(jié)構(gòu)的基本尺度滿足人體活動(dòng)的各項(xiàng)需求。同時(shí)，要確保空間大小滿足人流量的需要。另一方面，環(huán)境設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)提高地下空間的裝修裝飾效果，善用不同類型、不同材質(zhì)、不同色彩的裝修裝飾材料，既滿足生理、心理方面的需求，同時(shí)為地下空間提供一個(gè)舒適良好的通風(fēng)、照明條件。此外，在進(jìn)行各類設(shè)施、設(shè)備的配置與設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮不同服務(wù)對象的各項(xiàng)需要，為人們提供一個(gè)良好的休閑、休憩與娛樂環(huán)境。

1.8 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

①機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要從地下空間的功能出發(fā)，積極做好給排水系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。同時(shí)，大型復(fù)雜地下空間還應(yīng)配備相應(yīng)的暖風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)等等。為便于緊急情況下人員的快速疏散，在進(jìn)行機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)配備無線對講系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)等等。以上系統(tǒng)共同構(gòu)成了地下空間機(jī)電系統(tǒng)，具體設(shè)計(jì)工作中，要確保各系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性、統(tǒng)一性?？紤]到大型復(fù)雜地下空間的規(guī)模較大、功能分區(qū)復(fù)雜、防火要求高等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合地下空間空城的建筑規(guī)模、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能需求等因素，合理選取系統(tǒng)模式與制式；②合理選擇機(jī)電系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)，對各類機(jī)電設(shè)備的技術(shù)性能、功能參數(shù)等做出分析，確保所選擇的各個(gè)子系統(tǒng)滿足實(shí)際使用需求。同時(shí)，要確保各子系統(tǒng)之間有著良好的協(xié)調(diào)效果。需要注意的是，地下空間中機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用較高，設(shè)計(jì)時(shí)既要從使用功能方面進(jìn)行考慮，同時(shí)還要降低機(jī)電系統(tǒng)的能耗問題；③設(shè)計(jì)時(shí)既要確保各機(jī)電子系統(tǒng)有著較高的獨(dú)立性，各系統(tǒng)之間互不干擾，并且還要考慮到各系統(tǒng)整體功能的發(fā)揮，采用統(tǒng)一管理與運(yùn)營模式，提高管理工作的效率與質(zhì)量。

2 結(jié)語

作為城市地下空間開發(fā)的重要趨勢之一，合理做好大型復(fù)雜地下空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對于促進(jìn)城市快速發(fā)展、改善地下空間的利用效率有著重要的意義。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對地下空間工程的建設(shè)規(guī)模、功能組成進(jìn)行預(yù)先分析，并結(jié)構(gòu)周圍基礎(chǔ)設(shè)施情況與建筑結(jié)構(gòu)形式，做好地下空間工程的整體規(guī)劃與布局。設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格遵循“安全、舒適、綠色”的原則，積極提高地下空間資源的效益，促進(jìn)大型復(fù)雜地下空間的可持續(xù)發(fā)展。