臨近邊坡的建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討

焦 俊 虎

(太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

臨近邊坡的建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討

焦 俊 虎

(太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

結(jié)合工程實(shí)例，分析了臨近邊坡工程設(shè)計(jì)的實(shí)際過(guò)程步驟，著重對(duì)邊坡及建筑地基的穩(wěn)定性驗(yàn)算、地基承載力驗(yàn)算進(jìn)行了分析，確保了邊坡及地基在正常使用方面的耐久性。

邊坡，地基，穩(wěn)定性

1 概述

山西省地處華北西部的黃土高原東翼。地形地貌較為復(fù)雜，境內(nèi)有山地、丘陵、高原、盆地、臺(tái)地等多種地貌類(lèi)型，山區(qū)、丘陵占總面積的2/3以上。而山西又是一個(gè)人口眾多，土地相對(duì)匱乏的地區(qū)，本工程所在的陽(yáng)城縣，土地總面積中，山地面積約占總土地面積的55%，丘陵面積占總土地面積的40%，河谷平川面積僅占總土地面積的5%。同時(shí)，對(duì)土地的利用方面國(guó)家有著18億畝的耕地紅線。充分利用好現(xiàn)有的土地，具有巨大的民生意義。這樣一來(lái)，在工程建設(shè)方面，已經(jīng)存在大量的臨近的邊坡工程項(xiàng)目，而且將來(lái)會(huì)有更多臨近邊坡的房建項(xiàng)目。所以，對(duì)臨近邊坡的工程設(shè)計(jì)，對(duì)邊坡地基的改良加固不但具有積極的現(xiàn)實(shí)意義，而且具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 地基設(shè)計(jì)的主要方面

1)地質(zhì)資料。 本文的工程實(shí)例位于山西省陽(yáng)城縣郊區(qū)某項(xiàng)目中的5層公寓樓工程。根據(jù)山西省勘察設(shè)計(jì)研究院《陽(yáng)城××巖土工程勘察報(bào)告》中的相關(guān)內(nèi)容，場(chǎng)區(qū)地形地貌單元屬于低山丘陵地貌，勘察范圍內(nèi)的地層組成自上而下依次為：第四系全新統(tǒng)沖洪坡積層、第四系上更新統(tǒng)坡洪積層、二迭系山西組沉積巖，巖性以粉土、砂巖及泥巖為主。地下水位深度為0.5 m～4.0 m，對(duì)鋼筋及其混凝土不具腐蝕性。該場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，抗震設(shè)防烈度為6度。不考慮地基土的液化影響。場(chǎng)地及附近無(wú)全新活動(dòng)斷裂帶通過(guò)，不存在不良地質(zhì)作用，場(chǎng)地穩(wěn)定，適宜工程建設(shè)。最大的凍結(jié)深度為0.41 m。工程地質(zhì)條件具體如下：第①層為黃土狀粉質(zhì)粘土，可塑狀態(tài)平均厚度6.0 m，重度19 kN/m3，粘聚力31.1 kPa，內(nèi)摩擦角16.7°，標(biāo)貫擊數(shù)修正后平均值為9.2。第②層為粉質(zhì)粘土，可塑～硬塑狀態(tài)平均厚度為3.0 m～8.0 m，重度19 kN/m3，粘聚力31.1 kPa，內(nèi)摩擦角22.95°,標(biāo)貫擊數(shù)修正后平均值為11.5，地基承載力特征值200 kPa。第③層為粉質(zhì)粘土，厚度為4.0 m～4.3 m，承載力特征值200 kPa。標(biāo)貫擊數(shù)修正后平均值為7.6。第④層為粉質(zhì)粘土，厚度為3.0 m，承載力特征值240 kPa。

這里需要對(duì)邊坡穩(wěn)定性的概況及邊界條件做一下說(shuō)明。邊坡上部規(guī)劃為3棟平行布置的公寓樓，長(zhǎng)邊與坡肩延伸方向基本垂直。坡腳處為聯(lián)系公寓樓與下部辦公樓的道路，所以坡肩距坡腳的垂直高度是一個(gè)變量，最大高度為8.760 m，最小為0。本工程僅按此處高度復(fù)核邊坡穩(wěn)定性。3棟樓的寬度為14 m，長(zhǎng)度為58 m?；A(chǔ)形式采用筏板基礎(chǔ)，長(zhǎng)寬比為4.14(L/b)，根據(jù)Boussinesq的應(yīng)力分布，在二倍基寬(2b)深度范圍內(nèi)，應(yīng)力誤差在0.3%，所以此處公寓樓的基底壓力等效為條形荷載。將圖1，圖2中的陰影區(qū)等效為荷載可以簡(jiǎn)化計(jì)算，其等效荷載分別為q1=120 kPa，q2=53 kPa,q3=231 kPa。

3)邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算。對(duì)邊坡穩(wěn)定性的驗(yàn)算是工程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。本工程將基礎(chǔ)與邊坡坡面支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用鋼筋相連，坡高與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高度之比為12。根據(jù)電算結(jié)果，開(kāi)挖至坡底時(shí)，邊坡的安全系數(shù)最低，此時(shí)圓弧滑動(dòng)分析法的圓心距離坡底10.5 m，距離坡腳0.8 m，滑動(dòng)半徑為10.6。位于滑動(dòng)面以下的加固體與摩擦力應(yīng)大于加固體的抗拉強(qiáng)度。所以邊坡穩(wěn)定分為兩個(gè)方面：一是邊坡的整體穩(wěn)定性，二是在荷載作用下坡面的局部穩(wěn)定性。不論是錨桿、土釘還是共同作用，其計(jì)算縱向抗拉力的大小均為Rk=πd∑qsk,ili[5]，對(duì)于直徑、長(zhǎng)度均相同的加固體，錨固體與土體的粘結(jié)強(qiáng)度是影響實(shí)際承載力效果的主要因素。根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度公式:τf=c′+σ′tanφ′[2]，公式中的內(nèi)摩擦角以及主應(yīng)力均為有效應(yīng)力。當(dāng)土體由于上部荷載增加時(shí)，土中有效應(yīng)力的增加，土體的抗剪強(qiáng)度提高，由于固結(jié)引起土的強(qiáng)度增量可以表示為:Δτfc=Δσ′tanφ′[2]，由此看來(lái)，當(dāng)抗剪承載力大于剪切破壞力時(shí)，建筑物基礎(chǔ)應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)的土體與土體之間、土體與縱向錨固體之間，短期看來(lái)，由于正應(yīng)力增加，對(duì)于增加錨固體與土體的剪切力影響很大；長(zhǎng)期看來(lái)，在正向應(yīng)力作用下，基底基寬范圍內(nèi)的土體會(huì)發(fā)生新的固結(jié)，有利于粘聚力的增大。所以，在驗(yàn)算檢測(cè)滿(mǎn)足工程需要時(shí)，隨著時(shí)間的發(fā)展，邊坡的穩(wěn)定性是逐年提高的，有利于安全性的提高。

4)地基承載力驗(yàn)算，根據(jù)文獻(xiàn)[1]相關(guān)內(nèi)容的計(jì)算，當(dāng)計(jì)算深度比坡腳地面深1.5 m時(shí)，有如下計(jì)算結(jié)果：

fa=fak+ηbr(b-3)+ηdrm(d-0.5)=245.6 kPa>231 kPa，滿(mǎn)足工程要求。fa=Mbrb+Mdrmd+Mcck=378 kPa>231 kPa,滿(mǎn)足工程要求。

所以，地基的加固范圍應(yīng)施工至地面以下1.5 m。方案剖面布置見(jiàn)圖3。

5)對(duì)不利自然條件的考慮，主要是排水組織以及抗凍脹設(shè)計(jì)。由于臨近邊坡布置有建筑物，邊坡的穩(wěn)定性關(guān)系到建筑地基的穩(wěn)定性，也就是關(guān)系到建筑物的安全和正常使用。所以應(yīng)采取措施積極應(yīng)對(duì)。首先積極配合建筑專(zhuān)業(yè)、市政專(zhuān)業(yè)，做好排水組織設(shè)計(jì)，是保持邊坡工程的穩(wěn)定性重要條件，同時(shí)在坡肩、坡面、坡腳處增加截水溝、泄水孔、排水溝等措施，避免在降雨或管道滴漏時(shí)而使基礎(chǔ)下出現(xiàn)較大面積含水量土體發(fā)生變化至軟塑或流塑狀態(tài)，給邊坡穩(wěn)定性造成不利影響。其次邊坡的凍脹，根據(jù)地質(zhì)資料，本地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為0.41 m。雖然在本工程中，凍脹沒(méi)有直接對(duì)地基造成威脅，但是考慮到建筑物設(shè)計(jì)使用年限以及維護(hù)使用方面的問(wèn)題，在邊坡處理技術(shù)上，在其外表加設(shè)400 mm厚的漿砌片石保護(hù)層。一是確保土層的狀態(tài)不影響其力學(xué)性能的改變，二是盡可能改善其使用環(huán)境，增加結(jié)構(gòu)體系耐久性。

3 結(jié)論及建議

經(jīng)過(guò)上述討論，采用了如方案剖面布置圖所示的設(shè)計(jì)形式，具體內(nèi)容根據(jù)不同高度不同位置而不同。本工程于2005年設(shè)計(jì)并施工完成，至今已安全使用了近十年，期間更是經(jīng)受住了汶川地震的考驗(yàn)。實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)方案是可行的、可靠的。而對(duì)于邊坡高度較大、抗震要求較高、建筑物較高或?qū)ψ冃伪容^敏感時(shí)，設(shè)計(jì)方案應(yīng)將邊坡穩(wěn)定和地基穩(wěn)定性分別計(jì)算并組合設(shè)計(jì)，采用樁基或可靠性更高的措施。

[1] GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 龔曉南.高等土力學(xué)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1998.

[3] 龔曉南.土塑性力學(xué)[M].第2版.杭州：浙江大學(xué)出版社，1999.

[4] 鄭大同.地基極限承載力計(jì)算[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1979.

[5] GB 50330-2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

Onexplorationoffoundationdesignforbasementofbuildingsnearslopes

JIAOJun-hu

(TaiyuanArchitecturalDesignInstitute,Taiyuan030002,China)

Combining with the engineering cases, the paper analyzes the factual process steps of project design near slopes, mainly analyzes the stability calculation of the slopes and building basements and the basement loading capacity calculation, so as to ensure the durability of the slopes and basement in common use.

slope, basement, stability

1009-6825(2014)33-0052-03

2014-09-09

焦俊虎(1976- )，男，工程師

TU470

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