山地建筑與建筑結(jié)構(gòu)相結(jié)合的邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

高文工

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

隨著山區(qū)人民生活水平的提高，經(jīng)濟(jì)及工程技術(shù)的發(fā)展，省內(nèi)山地住宅、交通、鐵路、工廠等建筑越來越多[1]，為保證場(chǎng)地穩(wěn)定性及提高場(chǎng)地空間利用率，山地建筑中邊坡支護(hù)至關(guān)重要。基于支護(hù)工程具有安全風(fēng)險(xiǎn)大、不確定性影響因素多、工程造價(jià)高、與周邊建筑景觀不協(xié)調(diào)等特點(diǎn)[2]，本文以福州市閩侯縣一山地項(xiàng)目為例，介紹了與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合對(duì)邊坡支護(hù)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)思路與措施。

1 邊坡工程概況

1.1 邊坡位置

擬建項(xiàng)目位于福州市閩侯縣竹岐鄉(xiāng)竹西村316國(guó)道旁，場(chǎng)地東北側(cè)為閩江，場(chǎng)地建設(shè)東北側(cè)紅線位置為景觀綠化平臺(tái)，設(shè)計(jì)標(biāo)高為黃海64.5 m，原狀標(biāo)高為黃海49.0 m，垂直高差約15.5 m，為保護(hù)閩江水源需進(jìn)行邊坡支護(hù)。邊坡位于如圖1所示的巖用地紅線位置。

圖1 邊坡工程分布圖

1.2 地形地貌

該場(chǎng)地位于閩侯縣竹岐鄉(xiāng)竹西村浮島山，地貌單元為丘陵小山地貌單元。該項(xiàng)目邊坡位置原狀為V字形沖溝，水流匯入閩江，因場(chǎng)地整平將該沖溝回填，回填土最深約25 m。

1.3 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)地上部地層以雜(素)填土、坡積粉質(zhì)粘土、殘積粘性土等為主，為人工堆積、坡積、殘積成因。雜(素)填土大部分為新近填土，屬較高壓縮性、弱～中等透水性土層，力學(xué)強(qiáng)度差，承載能力低，成分較復(fù)雜，均勻性差；坡積粉質(zhì)黏土、殘積粘性土為中等壓縮性土的微～弱透水性地層，厚度較薄，分布不均勻，穩(wěn)定性差，均勻性差。場(chǎng)地中部地層以全風(fēng)化斑巖、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化斑巖為主，為風(fēng)化成因，全風(fēng)化斑巖、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化斑巖層一般強(qiáng)度隨深度增加而增長(zhǎng)，分布不穩(wěn)定，局部缺失，穩(wěn)定性差，均勻性差。場(chǎng)地下部地層以碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化斑巖、中等風(fēng)化斑巖為主。其中：碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化斑巖巖層面起伏較大，分布不均勻，巖層強(qiáng)度較高，強(qiáng)度隨深度增加而增長(zhǎng)，工程地質(zhì)性能良好，整體穩(wěn)定性較好，但是均勻性較差；中等風(fēng)化斑巖，巖層強(qiáng)度高，基本上為不可壓縮性地層，穩(wěn)定性好，但層面坡度變化較大，均勻性較差(典型地質(zhì)剖面如圖2所示)。從圖2中可知，該項(xiàng)目地形陡峭、地質(zhì)條件復(fù)雜，局部地層中存在中風(fēng)風(fēng)化核，對(duì)后期工程施工存在不利影響。

圖2 典型地質(zhì)剖面圖

場(chǎng)地位于剝蝕殘山，地勢(shì)較高，對(duì)該工程產(chǎn)生影響的匯水面積約101 200 m2，場(chǎng)地地勢(shì)依山形變化總體呈西高東低，局部西南側(cè)地勢(shì)呈東高西低，現(xiàn)有場(chǎng)地中平地的排水坡度一般為2°～10°，斜坡的排水坡度一般為25°～50°，局部陡坡處為70°～83°，地表水及地下水由地勢(shì)高處向低處徑流排泄，排水較通暢，流向閩江內(nèi)，排水長(zhǎng)度約120 m～180 m。場(chǎng)地內(nèi)大部分地段植被均已被破壞，邊坡土層裸露，因此，總體地表水對(duì)坡面、坡腳沖刷作用較大。邊坡塌方風(fēng)險(xiǎn)較高，須采取措施對(duì)邊坡進(jìn)行治理。

該場(chǎng)地巖土層均屬弱透水地層。雨季來臨或較大集中降水時(shí)，由于巖土層排泄速度較慢，在短期內(nèi)巖土層中可能存在地下水，地下水類型主要為孔隙潛水及裂隙潛水?？紫稘撍饕植加诘谒南档钠路e、殘積地層中，常形成豐富的孔隙水，透水性較差，埋藏一般較淺，受大氣降水補(bǔ)給，其類型為孔隙性潛水，多以滲流及蒸發(fā)方式排泄，部分下滲至下臥基巖，成為基巖裂隙水。

邊坡位于山坡地帶，工程建設(shè)時(shí)依山勢(shì)將場(chǎng)地進(jìn)行填方整平，東北側(cè)形成高差約為15.5 m人工填方邊坡，長(zhǎng)150 m；該段邊坡高差較大，且邊坡坡頂為住宅小區(qū)，邊坡破壞后果很嚴(yán)重。因此，該段邊坡安全等級(jí)確定為一級(jí)，工程重要性系數(shù)取1.1。巖土物理力學(xué)參數(shù)詳見表1。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)表

2 邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

山坡地形中的建筑設(shè)計(jì)，需將建筑功能與山坡地形緊密結(jié)合，充分考慮地形對(duì)建筑物影響，合理組織空間與造型，充分考慮與小區(qū)景觀的融合，做到安全經(jīng)濟(jì)，合理美觀。

該場(chǎng)地東北側(cè)B段邊坡原狀地貌為一條深切沖溝，地形陡峭，坡度約55°，形成支護(hù)結(jié)構(gòu)兩端高差小，中間高差大的特點(diǎn)，且邊坡支護(hù)距離小區(qū)住宅較近。紅線位置原狀地面標(biāo)高約黃海標(biāo)高49.0 m，場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高為黃海64.5 m，邊坡中部垂直高差15.5 m。

常規(guī)邊坡支護(hù)措施一般為樁承衡重式擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，在紅線位置設(shè)置衡重式擋土墻，墻底采用人工挖孔灌注樁作為基礎(chǔ)，上部擋土墻較笨重，造成“頭重腳輕”現(xiàn)象，需在坡腳配合兩道預(yù) 應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)。因支護(hù)高差大，墻后回填土方量較大，墻后回填土層施工質(zhì)量要求高，增加原狀陡坡豎向荷載，對(duì)紅線外坡體穩(wěn)定性不利(具體支護(hù)形式見圖3)。該支護(hù)措施，墻后填土層較厚，因施工工期緊，現(xiàn)實(shí)中分層碾壓施工質(zhì)量受天氣及施工隊(duì)伍素質(zhì)影響，回填土方質(zhì)量難以控制[3]。土方回填后，常遇到坡頂?shù)孛娉两盗看?，?dǎo)致坡頂產(chǎn)生裂縫、滲水等危及支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性問題。施工完成后，后期維修壓力較大，且因衡重式擋土墻墻背坡率原因，造成坡頂至紅線距離2 m，造成場(chǎng)地空間利用率下降。

圖3 常規(guī)邊坡支護(hù)剖面

結(jié)合該工程?hào)|北側(cè)填方邊坡地形，設(shè)計(jì)考慮采用與結(jié)構(gòu)措施相結(jié)合的原則進(jìn)行邊坡支護(hù)，具體支護(hù)剖面如圖4所示。在陡坡前端，采用小型毛石混凝土衡重式擋土墻進(jìn)行擋土，擋墻后部至用地紅線位置采用結(jié)構(gòu)進(jìn)行架空，結(jié)構(gòu)底板與建筑設(shè)計(jì)地面預(yù)留2 m厚覆土層。這樣，覆土層用于種植綠化花草和樹木以及設(shè)置場(chǎng)地排水及設(shè)備管道；擋土墻位置垂直高差約6.0 m，結(jié)構(gòu)架空層垂直高差約15.5 m，可防止地下室裸露，避免地下室四周土壓力不平衡；結(jié)構(gòu)架空層可保證場(chǎng)地平臺(tái)利用率，并避免大量土方回填，因坡頂場(chǎng)地下均設(shè)置有結(jié)構(gòu)板進(jìn)行架空，地面工后沉降量較小，后期維修壓力較小。

圖4 優(yōu)化后邊坡支護(hù)剖面

3 對(duì)比分析

3.1 安全性分析

常規(guī)邊坡支擋結(jié)構(gòu)，采用樁承衡重式擋土墻與預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)，該型支護(hù)衡重式擋墻墻較高，墻后回填土方量較大，造成“頭重腳輕”現(xiàn)象，墻后回填土層施工質(zhì)量要求高，土方回填后常遇到坡頂?shù)孛娉两盗看?，?dǎo)致坡頂產(chǎn)生裂縫、滲水等危及支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性問題。并且，回填土體與原狀土體形成一潛在的滑動(dòng)面，回填土體產(chǎn)生的水平土壓力較大，邊坡整體穩(wěn)定性較差[4]。

通過采用結(jié)構(gòu)措施對(duì)沖溝位置進(jìn)行架空，有效降低了回填土方量，并通過設(shè)置小型衡重式擋土墻保證建筑物地下室周邊土方回填，可很好地解決建筑物偏壓和場(chǎng)地利用率問題；同時(shí)，對(duì)原狀坡體造成盡量小的影響[5]。原狀土體穩(wěn)定性基本不受影響，整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性亦得到保證。同等安全條件下支護(hù)構(gòu)件受力參見表2所示。

表2 結(jié)構(gòu)受力表

表2對(duì)比分析可見，常規(guī)支護(hù)形式受力明顯大于考慮結(jié)構(gòu)措施優(yōu)化后支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較高，因施工質(zhì)量引起的安全事故造成的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)影響較大；優(yōu)化后的支護(hù)結(jié)構(gòu)受力明顯變小，對(duì)施工水準(zhǔn)要求較低。

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

常規(guī)邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)較笨重，支護(hù)工程量較大，造價(jià)較高。優(yōu)化后邊坡支護(hù)機(jī)構(gòu)小巧靈活，可隨地形變化進(jìn)行調(diào)整。兩種施工方案具體每延米工程量及造價(jià)對(duì)比如表3所示。

表3 每延米工程量及造價(jià)對(duì)比

由表3對(duì)比分析可見，常規(guī)支護(hù)形式支結(jié)構(gòu)工程量大于優(yōu)化后支護(hù)結(jié)構(gòu)工程量；常規(guī)支護(hù)結(jié)構(gòu)造價(jià)每延米約8.9萬元，而優(yōu)化后支護(hù)結(jié)構(gòu)每延米支護(hù)造價(jià)約4.3萬元，優(yōu)化方案每延米節(jié)省造價(jià)約4.6萬元。

綜合對(duì)比分析，常規(guī)支護(hù)形式對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力要求高，技術(shù)難度大，工后沉降對(duì)場(chǎng)地正常使用影響大，對(duì)原狀坡體生態(tài)破壞嚴(yán)重，并且工程造價(jià)較高，經(jīng)濟(jì)性差。通過結(jié)構(gòu)措施進(jìn)行優(yōu)化處理后，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求變低，技術(shù)難度小，并且工程造價(jià)降低明顯，工后沉降對(duì)場(chǎng)地正常使用影響小，對(duì)原狀坡體生態(tài)破壞較小，并且工程造價(jià)較底，經(jīng)濟(jì)性較好。

4 結(jié)論

(1)常規(guī)邊坡支護(hù)措施擋土墻尺寸大，墻后回填土方量大，工后沉降大，對(duì)場(chǎng)地正常使用造成不利影響。采用與結(jié)構(gòu)措施相結(jié)合的方式優(yōu)化設(shè)計(jì)后，擋墻尺寸變小，墻后回填土方量較小，上部架空結(jié)構(gòu)板覆土層沉降量小、沉降均勻，對(duì)場(chǎng)地后期使用影響較小。

(2)常規(guī)邊坡支護(hù)形式對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高，施工技術(shù)難度大。優(yōu)化后，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力小，支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求低，施工技術(shù)難度小。

(3)工程造價(jià)上，常規(guī)邊坡支護(hù)形式，工程量大，造價(jià)高，工期長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性差；優(yōu)化后，邊坡支護(hù)工程量小，造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)性較好，施工便捷，工期短。

(4)常規(guī)支護(hù)結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)大，受地形限制明顯，采用與結(jié)構(gòu)措施相結(jié)合的邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化后，地形適應(yīng)性好，對(duì)原狀地形破壞較少，具有經(jīng)理合理的特點(diǎn)。

(5)優(yōu)化后邊坡支護(hù)形式，結(jié)構(gòu)架空層可通過與幕墻景觀專業(yè)配合，裝飾裝修更加方便，后期裝修適應(yīng)性強(qiáng)，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)和諧。