關(guān)于坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

劉松　張靈燕

【摘要】近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人民生活水平的提高，人們對住宅的要求越來越高，個人住宅也越來越趨于高檔化發(fā)展，這促使了大量坡地工程的興建。不過，由于我國目前關(guān)于坡地建筑的研究尚比較少，加之坡地建筑本身就難度較大，所以在進(jìn)行坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計之時往往會遇到很多問題。如果按照常規(guī)平原地形上的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法對坡地建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的話，會導(dǎo)致很多計算模型與實際情況不符。本文以煙臺萬科御龍山工程為例，探討了關(guān)于坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題和措施要點，希望對該方面工作有所助益。

【關(guān)鍵詞】坡地建筑；建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

所謂坡地建筑，就是指的那些在高差較大的坡地地形上進(jìn)行興建的建筑物，其最大的特點是建筑物底部的嵌固端不在同一個水平面上[1]。將坡地修整成為多個連續(xù)的臺地，在各個臺地上興建多高層建筑，已經(jīng)成為了緩解當(dāng)今土地資源緊張問題的主要舉措，同時這也是塑造良好建筑環(huán)境的積極嘗試。不過，由于坡地的地形地貌比較特殊、地質(zhì)條件比較復(fù)雜，所以在上面興建建筑物的難度也較大，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求非常高。筆者以煙臺萬科御龍山工程為例，結(jié)合該工程的實際情況，根據(jù)相關(guān)技術(shù)理論，簡單談一談關(guān)于坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題和措施要點。

一、煙臺萬科御龍山工程概況

1、項目概況

煙臺萬科御龍山工程項目位于煙臺市芝罘區(qū)，整個項目分為多個地塊，其中D地塊場地條件尤為復(fù)雜，整體呈現(xiàn)東高西低、南高北低的臺階形狀，高差較大；在場區(qū)的中部橫貫一條沖溝；西南臨水庫，勘察時場區(qū)地面標(biāo)高最大值70.25m，最小值51.43m，地表相對高差18.82m。整個小區(qū)包括30號-39號共10個單體，一個地下車庫以及一排商業(yè)網(wǎng)點，其中32號樓和網(wǎng)點位于車庫范圍之外。由于場地高差大，不同位置的主樓基礎(chǔ)方案存在較大的差異，大概可以分為三大類：①東側(cè)場地高的部分需要爆破；②西側(cè)靠近水庫的需要打樁；③位于沖溝邊緣的主樓需要進(jìn)行地基處理。

2、地質(zhì)概況

對煙臺萬科御龍山工程現(xiàn)場進(jìn)行實地勘察和分析，得出其地質(zhì)層的基本分布規(guī)律和評價如下：①第一層：素填土，厚度不均，變化較大，松散，固結(jié)性一般，工程性質(zhì)差；②第二層：粉質(zhì)粘土，場區(qū)部分鉆孔分布，可塑，工程性質(zhì)較差；③第三層：上層粉質(zhì)粘土，場區(qū)部分鉆孔分布，可塑-硬塑，中等壓縮性，工程性質(zhì)一般；中層中砂，場區(qū)部分鉆孔分布，稍密-中密，飽和，工程性質(zhì)一般；下層角礫混粘性土，主要分布在沖溝區(qū)域及商業(yè)樓部分區(qū)域，松散-稍密，飽和，該層土質(zhì)極不均勻，局部粘性土與角礫互層，工程性質(zhì)一般；④第四層：上層全風(fēng)化云母片巖，風(fēng)化成砂狀，遇水軟化、泥化，工程性質(zhì)一般，承載能力一般；下層全風(fēng)化閃長巖，風(fēng)化成砂土狀，承載能力一般；⑤第五層：上層強風(fēng)化云母片巖，場區(qū)局部分布，分布區(qū)域穩(wěn)定，厚度連續(xù)，場區(qū)厚度變化較大，物理力學(xué)性質(zhì)較好，工程性質(zhì)較好，巖體基本質(zhì)量等級為V級；中層強風(fēng)化閃長巖，場區(qū)局部分布，場區(qū)厚度變化較大，物理力學(xué)性質(zhì)較好，工程性質(zhì)較好，巖體基本質(zhì)量等級為V級；下層強風(fēng)化花崗巖，場區(qū)局部分布，場區(qū)厚度變化較大，物理力學(xué)性質(zhì)較好，工程性質(zhì)較好，巖體基本質(zhì)量等級為IV級；⑥第六層：上層中風(fēng)化云母片巖，場區(qū)局部分布，物理力學(xué)性質(zhì)好，工程性質(zhì)好，為場區(qū)穩(wěn)定基巖；中層中風(fēng)化閃長巖，場區(qū)局部分布，物理力學(xué)性質(zhì)好，工程性質(zhì)好，為場區(qū)穩(wěn)定基巖；下層中風(fēng)化花崗巖，場區(qū)大部分分布，物理力學(xué)性質(zhì)好，工程性質(zhì)好，為場區(qū)穩(wěn)定基巖。

二、坡地建筑的基礎(chǔ)設(shè)計

坡地建筑的基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)當(dāng)滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2002）中的相關(guān)要求，即上部建筑的承載能力要求、沉降變形要求以及建筑整體的穩(wěn)定性要求。坡地建筑持力層分布不均。一般在持力層埋藏較淺并且分布均勻的情況下，首先可以考慮天然淺基礎(chǔ)，天然淺基礎(chǔ)具有開挖深度小、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點，當(dāng)坡地建筑的上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的荷載較小時這是一種最為經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)選擇；在持力層埋藏較深并且分布起伏變化較大的情況下，由于坡地建筑的上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的荷載較大，所以天然淺基礎(chǔ)不能夠滿足其承載力要求，此時可以選擇人工挖孔墩基礎(chǔ)，同樣造價較低、質(zhì)量較好；而在持力層埋藏很深的情況下，人工開挖基礎(chǔ)的施工難度增大，需要穿越較厚的巖土層，此時建議采用沖孔灌注樁，不過其工程造價要比較高，成樁質(zhì)量不穩(wěn)定[2]。另外，為了防止基礎(chǔ)不均勻沉降情況的發(fā)生，原則上同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不能夠設(shè)置在性質(zhì)相差較大的地基上，也不能夠部分采用天然地基、部分采用樁基。不過在實際建筑設(shè)計之時，受坡地地形的影響，當(dāng)基巖面起伏較大時常常不得不采用多種土層作為持力層，這造成很多坡地建筑工程出現(xiàn)大部分基礎(chǔ)落在土層、另外一小部分基礎(chǔ)落在巖石層的情況，從而導(dǎo)致土層上的基礎(chǔ)沉降遠(yuǎn)大于基巖上的基礎(chǔ)沉降，進(jìn)而引發(fā)不均勻沉降問題，嚴(yán)重者更可能會使建筑結(jié)構(gòu)遭到破壞。對此，解決方法主要有兩種：①采用褥墊層對基礎(chǔ)與巖石接觸區(qū)域進(jìn)行處理，褥墊主要由中砂、粗砂、爐渣等組成，厚度以300-500mm為宜；②采用天然淺基礎(chǔ)與人工挖孔墩基礎(chǔ)結(jié)合的形式，將持力層均引至基巖上，同時還可以通過在基礎(chǔ)下布設(shè)巖石錨桿來解決基礎(chǔ)滑移的問題[3]。

三、坡地建筑的擋土墻設(shè)計

在坡地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，擋土墻的設(shè)計意義重大，因為擋土墻的設(shè)計直接關(guān)系著建筑上部結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計，是上部結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵?？傮w來說，坡地建筑擋土墻的設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循安全、合理、經(jīng)濟(jì)這三項原則，要從工程場地的實際情況出發(fā)，充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚刭|(zhì)條件，遵循其使用要求，因地制宜地進(jìn)行設(shè)計[4]。只有這樣，才能夠使工程項目取得最佳的社會效益。一般情況下，坡地建筑擋土墻的設(shè)計有兩種手段：①將擋土墻與建筑的主體結(jié)構(gòu)分開脫離，這種方法的優(yōu)點是受力明確，并且有利于建筑防水防潮，缺點在于會增加巖石的開挖量，從而增加工程造價、延長施工工期，并且還會使建筑的使用空間縮小，容易達(dá)不到業(yè)主的要求；②結(jié)合建筑的主體結(jié)構(gòu)布置擋土墻，也就是說對擋土墻與相應(yīng)部位的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計，將擋土墻和底板、頂板等組成合理的建筑空間結(jié)構(gòu)，從而既減少工程造價、縮短施工工期，又增大空間面積[5]。當(dāng)然，坡地建筑的擋土墻本身就對設(shè)計要求較高，必須要滿足如下要求：①強度要求：在靜止土壓力和水壓力的雙重作用下，坡地建筑擋土墻的計算模型應(yīng)當(dāng)按照一米板帶寬度，下端固定、上端簡支的單向板進(jìn)行計算，其中土壓力值以靜止土壓力取值，K以0.5取值；②剛度要求：為了增加坡地建筑擋土墻的剛度，可以選擇在框架柱位置上設(shè)置鋼筋混凝土扶壁柱，或是增加地下室頂板和底板的厚度；③穩(wěn)定性要求：在覆土、自重、土壓力及水壓力等的共同作用之下，坡地建筑擋土墻必須要滿足一定的穩(wěn)定性要求，一般可以在進(jìn)行墻身設(shè)計之時通過增加墻趾的外挑尺寸來增加擋土墻的抗傾覆力矩和抗滑移摩阻力，并同時穩(wěn)定土壤性質(zhì)、緩解墻背土壓力；另外需要注意，擋土墻內(nèi)側(cè)不能直接設(shè)置泄水孔，而是要在背面底部和中部設(shè)置排水盲溝。

四、坡地建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

在對坡地建筑的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算時，首先要考慮到側(cè)向上壓力的影響，利用理正軟件得出集中力，再對結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行計算分析。坡地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計不但要滿足承載能力極限狀態(tài)，還應(yīng)當(dāng)滿足正常使用極限狀態(tài)。除卻基礎(chǔ)不均勻沉降外，在風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載的作用下也容易產(chǎn)生局部滑坡、失穩(wěn)等破壞[6]。煙臺位于環(huán)渤海地震帶，故而煙臺萬科御龍山工程的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更要重點關(guān)注抗震設(shè)計。綜合考慮各種不利因素，在坡地建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)當(dāng)采取如下措施：①建筑場地盡量避開不穩(wěn)定的邊坡，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量；②加強對底部的設(shè)計，從概念設(shè)計上重視抗震措施；③設(shè)置防震縫；④增強建筑上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的協(xié)調(diào)性；⑤加強對基礎(chǔ)的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)沉降、滑移等情況，并采取有效的措施進(jìn)行處理。

結(jié)語：

綜上所述，隨著土地資源越來越緊缺，興建坡地建筑是必然趨勢，但由于坡地建筑對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求較高，而我國目前又對這方面研究較少，所以未來還應(yīng)當(dāng)加強對其的研究，找出更加有效的坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，以提高坡地建筑質(zhì)量。

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