斜山坡上多層建筑結構設計及基礎處理

摘要：隨著高層建筑施工的廣泛開展，在斜山坡上進行高層建筑的施工不可避免。在斜山坡這種復雜場地上建造多層建筑時，在上部結構設計過程中，為了防止不均勻沉降造成的破壞，形成多層次的空間穩(wěn)定結構體系；應用結果表明，采用的方法與措施對在斜山坡地基上進行建筑結構設計是行之有效的。本文研究了在上部結構設計過程中，為防止不均勻沉降造成的破壞，提出場地、地基、基礎與上部結構協(xié)調設計方法。

關鍵詞：斜山坡；多層建筑；結構設計；基礎處理

引言

隨著經濟的發(fā)展，我國的建筑業(yè)也在不斷前進，但是前進的過程中也遇到了很多問題，比如土地緊缺問題，而在斜山坡上建造多（高）層建筑是緩解用地緊張、塑造良好建筑環(huán)境的有益嘗試。在這種場地上建造房屋，地形、地貌及地質條件往往很復雜，既有利于設計出獨特風格的建筑作品，也容易因結構設計不當而釀成事故，也容易因結構設計不當而造成安全隱患。

1.場地的穩(wěn)定性分析及處理

工程場地地質條件異常復雜，不良的工程地質會影響場地的穩(wěn)定性。

1.1整體穩(wěn)定性

建筑場地范圍內斜坡土體下為層片狀基巖（產狀為∠30-32°），若破壞原有的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，可導致土體滑坡。

1.2局部穩(wěn)定性

局部穩(wěn)定性問題的主要表現(xiàn)體現(xiàn)在：挖、填土形成的多級臨空臺階，破壞了原有的穩(wěn)定狀態(tài)；堆填土在雨水滲入軟化時會沿原坡面滑塌。

1.3基礎的穩(wěn)定性

基礎的穩(wěn)定性即地基承載力可靠，滿足建筑物正常使用極限狀態(tài)的要求。

1.4處理方法

為不破壞地基原有穩(wěn)定性，在確定樓、地面的標高及臺階時應考慮到既要依地形順坡設計，確保整體穩(wěn)定。也做好地面排水設計，避免加劇地基差異風化及溶蝕作用。

2.結構設計

（1）擋土墻設計坡地建筑中，設計好擋土墻的意義重大，擋土墻是影響到上部結構設計的關鍵。擋土墻的設計及施工中都應遵循安全，經濟、合理的原則，從實際場地出發(fā)，結合地形地質條件及使用要求，因地制宜，以取得最好的社會效益，山區(qū)地形地質條件千變萬化，每個工程都有其特殊性。工程設計時根據(jù)實際情況，因地制宜，力求達到擋土墻建筑物的完美組合，通常坡地建筑擋土墻設計做法有兩種：考慮擋土墻與主體結構分開；結合主體結構布置擋土墻。擋土墻要有足夠剛度，使墻身在土壓力作用下不發(fā)生移動或轉動。擋土墻設計應滿足以下要求，擋土墻強度計算：在靜止土壓力及水壓力作用下，擋土墻計算模型按1m板帶寬度，上端簡支，下端固定的單向板進行計算，土壓力按靜止土壓力取值，K取0.5。結構剛度要求：在擋土墻高度范圍內框架柱截面高度取擋土墻厚的兩倍。由于擋土墻內側為地下室，不能直接設置泄水孔，因此在擋土墻背面底部及中部設置排水盲溝，沿擋土墻順坡導入地下室外側邊溝。

（2）上部結構設計。山區(qū)建筑主要震害表現(xiàn)為：由于架空層太高形成柔弱底層而使結構嚴重破壞；采用長短柱將坡地架空，短柱易發(fā)生剪切破壞；錯層處樓梯柱，樓梯板破壞嚴重；陡坎邊緣地帶建筑物震害較重等?！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》2010年版規(guī)定，當需要在條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣等不利地段建造丙類及丙類以上建筑時，除保證其在地震作用下的穩(wěn)定性外，尚應估計不利地段對設計地震參數(shù)可能產生的放大作用，其地震影響系數(shù)最大值應乘以增大系數(shù)，其值可根據(jù)不利地段的具體情況確定在1.1-1.6范圍內。由于擋土墻與主體結構是整體設計的主體計算時應考慮側向土壓力的影響，根據(jù)理正軟件取1m板帶寬度擋土墻按上端簡支下端固定模型計算出上端的支座反力，再乘以框架柱的水平受荷寬度，得出集中力。在進行上部建筑結構設計時應采取以下措施：選擇建筑場地時應盡量避開不穩(wěn)定的邊坡；由于山地建筑豎向剛度不規(guī)則，扭轉效應明顯，設計時底部應加強，從概念設計上重視并采取必要的抗震措施，避免出現(xiàn)短柱和上剛下柔的情況；設置防震縫，在建筑高差變化較大處設置防震縫，在底層連廊與主體結構問設置防震縫，均可有效地減少地震作用、溫度變形、不均勻沉降等造成的不利影響。加強上部與基礎的協(xié)調，采用墩基礎的形式可減少建筑不均勻沉降的程度，在建筑底層人工挖孔墩的承臺問設連系梁，將各墩、柱相互牽制連為一個整體而共同工作，可有效傳遞水平力，避免因個別墩失穩(wěn)或失效而引起建筑整體破壞；變形觀測，加強監(jiān)測地基在建筑施工過程的不同階段因加載的變化引起地基的變形，沉降、滑移情況，檢查邊坡的穩(wěn)定性，以便及時發(fā)現(xiàn)隱患，采取必要的處理措施。

3.基礎處理

3.1基礎方案選擇

基礎方案主要包括：柱下獨立基礎、柱下條形基礎、筏形基礎。經承載力計算，基礎的地基反力都遠小于地基承載力特征值，但前兩種基礎型式顯然因有地下室難以滿足防水要求，而梁板式筏形基礎型式還合適。經變形計算，如果僅從變形值結果看，應該沒有問題，但即使在地形平坦和地質非常均勻土層的場地上進行理論變形計算結果與實際測試結果都有較大誤差，更何況在該持力層厚度和坡度變化較大的場地上計算變形值與實際有多大的偏差就更難以估計。最常用的地基穩(wěn)定性計算方法有：圓弧滑動法、平面滑動法、折線滑動法、赤平極射投影法、實體比例投影法、數(shù)值分析法。根據(jù)地基土的物理特性，樁基礎方案應根據(jù)場地巖土條件進行選擇，如表1：⑨-1層混合土相對松散，局部含滾石，均勻性較差；⑨-2層含礫粉質粘土強度尚可，但其埋深變化較大；⑩-1層全風化花崗巖強度較高，但其埋深變化較大；⑩-2層強風化花崗巖強度較高，但其厚度變化較大；⑩-3層中風化花崗巖層強度高，分布尚穩(wěn)定。因此，上述各巖土層均不宜選作為樁基礎持力層，對于鉆孔灌注樁，由于⑨-1層相對松散、護壁較為困難，普遍含有滾石、施工相對困難，因此不宜使用，故最合適的是選用人工挖孔灌注樁。

3.2人工挖孔灌注樁計算和施工

3.2.1成樁可能性分析

由于⑨-1層混合土含水豐富，適合用人工挖孔樁方案應采用混凝土護壁。由于持力層層面變化較大，樁基礎施工時應按實際層位控制為準，以避免樁長不滿足承載力要求。

3.2.2樁承載力計算

當滑坡推力的水平分力小于樁的水平承載力時就是安全的，在水平力計算過程中需要考慮的因素太多，要讓每個假定都符合實際困難較大，力求符合設計的計算模型和構造要求。

3.2.3施工要求

斜坡地上嵌巖樁的護壁材料應采用鋼筋混凝土制作，護壁內配置一定數(shù)量的水平環(huán)向鋼筋和豎向鋼筋，護壁厚度和配筋應加大。編制爆破作業(yè)施工方案時必須采用爆破作業(yè)向下炸巖進行松動爆破和鑿除處理時炸藥爆破應合理布孔，以盡量減小沖擊波對護壁的破壞及對周圍環(huán)境的影響。在孔井口應采取能泄爆又能阻擋碎碴飛濺的有效措施，爆破時必須由專人統(tǒng)一指揮。炸藥爆破后，爆破人員先下井檢查，挖孔人員方可下井。在挖孔過程中遇到不良地質時必須處理：樁基成孔后，保證樁基底部持力范圍內有完整的基巖層。當樁基處于豎向軟弱裂隙帶或深熔洞頂部，可在該樁側補樁，加大樁截面及持力底面層?；蛘咴谠摌秱纫欢ǚ秶鷥妊a兩根樁。穿越土洞的樁基，護壁外側土洞應填實。對樁基穿越大溶洞時，可以采用噴漿加固溶洞、填砌毛石或砌塊。對樁底局部的溶槽、溶溝、石牙等，對樁底，應根據(jù)具體情況放置鋼筋予以加強。

4.結語

山坡地形情況非常復雜，怎樣做好基礎及上部結構的設計，選擇合理的施工方案，尤其是控制建筑物的沉降量符合規(guī)范要求，沉降均勻，以確保工程質量、結構安全、節(jié)省工程造價，是建筑工程技術人員面臨著的一個長期艱巨的課題。在山坡上建造大體量的多（高）層建筑時，需將建筑物跨越各級臺階順坡建造，其建筑及結構設計具有特殊性，也容易因結構設計不當而釀成事故，建筑結構設計的關鍵是基礎設計及處理問題。因此，研究斜山坡上多層建筑結構設計及基礎處理具有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻

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收稿日期：2013-4-16

作者簡介：肖烽（1982-），男，工程師，本科，主要從事結構設計方面的工作。