某山地高層住宅基礎(chǔ)設(shè)計

林鎮(zhèn)權(quán)

廈門陸原建筑設(shè)計院有限公司，福建 廈門 361000

1 工程概況

1.1 建筑概況

建發(fā)璽院住宅樓群建筑項目地處山地區(qū)域，主要高層建筑分為9層、18層、24～26層和31～33層等層級，分布于山腳平地和山頂，絕對標(biāo)高最大高差約為30m，部分建筑塔樓存在臨空范圍，塔樓范圍內(nèi)最大高差約為12m?；A(chǔ)施工主要采用機械成孔灌注樁的方式，通過地下室結(jié)構(gòu)接地。

1.2 地質(zhì)概況

經(jīng)實地勘測，該工程所處山地地區(qū)為抗震不利地段，地震烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度為0.05g，地震最大影響系數(shù)為0.04。土層主要按照雜填土、坡積黏土、砂土狀強風(fēng)化片巖、碎塊狀強風(fēng)化片巖、中風(fēng)化片巖的順序分布?；A(chǔ)底面主要位于碎塊狀強風(fēng)化片巖、中風(fēng)化片巖，局部巖面較淺，開挖具有一定難度。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

建筑整體采用剪力墻結(jié)構(gòu)。針對基礎(chǔ)底面巖層較硬、巖面較淺，不利于開挖的問題，基礎(chǔ)設(shè)計采用地下室掉層無錨桿連接結(jié)構(gòu)接地，便于利用山地地形高差處的空間，以最高接地點為上基準(zhǔn)，按照層高設(shè)置樓面[1]。同時，利用結(jié)構(gòu)側(cè)壁充當(dāng)擋土墻，使主體結(jié)構(gòu)與邊坡牢牢嵌固，承受邊坡壓力參與抗震。

以該工程中典型高層塔樓A棟基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為例，其剖面圖如圖1所示。樓體建筑樁筏基礎(chǔ)依山勢設(shè)定為不同標(biāo)高變階基礎(chǔ)，階梯間高差約為6m，掉層部分只架設(shè)框架梁，但不設(shè)置樓板，形成架空層。每一處變標(biāo)高的位置加設(shè)厚500mm的側(cè)壁作為變階的連接，兼做擋土墻。工程中，上、下接地端之間最大高差為12m，如遇單個掉層高度達(dá)到約12m時，可將掉層參數(shù)分別調(diào)整為小掉層（兩個6m高）、掉層水平距離（約14m）、高寬比例（0.55）。

圖1 塔樓A棟基礎(chǔ)剖面圖

3 抗震相關(guān)因素計算分析

基于復(fù)雜的山地地形，建筑工程會受到更強的地震作用和各荷載力的影響，在山地住宅建筑的基礎(chǔ)設(shè)計中，必須先保證建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性[2]。為此，需要詳細(xì)計算和分析抗震相關(guān)作用力，以便結(jié)合其結(jié)果采取適合的處置方法，提高建筑的抗震能力和安全性?；A(chǔ)設(shè)計抗震相關(guān)因素計算分析如下。

（1）抗震性能。計算依據(jù)：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）。結(jié)果設(shè)定分析：①邊坡借力于工程階梯變標(biāo)高位置的側(cè)壁同時起到的支護作用，設(shè)置為B級性能；②梁板可協(xié)調(diào)傳遞上接地端四面的地震力，按C級性能設(shè)計；③掉層結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件與上接地豎向構(gòu)件的剛度存在較大差異，屬抗震薄弱部位，抗震性能設(shè)置為B級。

（2）樁基水平承載力。計算依據(jù)：《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）。結(jié)果設(shè)定分析：按配筋率高于0.65%估算，樁水平承載力取10mm位移下的水平力，得到單樁水平承載力為617kN（樁頂水平位移系數(shù)按固接取值，為確保樁與筏板固接，樁入承臺深度增至150mm）。

（3）土壓力。計算依據(jù)：靜止土壓力公式和塔樓樁筏向土傳遞的附加應(yīng)力公式。靜止土壓力公式如下：

式中：γ為土重度；D為樁直徑；h為階梯的高度；k為靜止土壓力系數(shù)；q為坡體上方均布荷載。

塔樓樁筏向土傳遞的附加應(yīng)力公式為

式中：P為基礎(chǔ)底面總壓力；A為基礎(chǔ)底面面積；S為地基最終變形量；E0為土的彈性模量；b為基礎(chǔ)寬度；υ為泊松比；w為試驗深度與土類有關(guān)系數(shù)。

結(jié)果設(shè)定分析：得到Y(jié)向總土壓力為26127kN，附加應(yīng)力為40.70kPa，鑒于地基變形量為估算值，將附加應(yīng)力放大至50kPa。

（4）抗傾覆驗算。計算依據(jù)：①參考《山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GGJ/T 472—2020）；②抗傾覆力矩MAR；③傾覆安全系數(shù)K。

式中：G1為上部結(jié)構(gòu)樓層提供的總豎向荷載；B為上部結(jié)構(gòu)的建筑物寬度；G2為掉層部分樓層提供的總豎向荷載；b為掉層部分的寬度。

式中：MOV為結(jié)構(gòu)相對于A點的整體傾覆力矩。

結(jié)果設(shè)定分析：假設(shè)掉層結(jié)構(gòu)傾覆點都在基礎(chǔ)地面最外側(cè)，以正向荷載作用下的傾覆點A為例，得到A點抗傾覆力矩為6.45×106，傾覆安全系數(shù)為3.16，滿足安全系數(shù)大于3的要求。

4 基礎(chǔ)施工設(shè)計

4.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工設(shè)定

建筑基礎(chǔ)采用機械成孔灌注樁施工，樁基持力層主要位于中風(fēng)化片巖巖層，樁縱向承載力為9000kN，筏板厚1400mm。由于樁筏基礎(chǔ)面受彎矩較大，群樁效應(yīng)可忽略不計[3]。樁基從功能上更接近于支護樁，鄰邊坡最外側(cè)的樁等同于無側(cè)土嵌固，受力方式與柱極為接近。為了進一步提高樁基的抗彎性能，樁頂入承臺的構(gòu)造措施采用抗拔樁構(gòu)造，以加強樁與筏板的連接。

4.2 特殊性問題及處理方法

鑒于山地與平地建筑在受力等方面存在較大差異，在進行山地住宅基礎(chǔ)設(shè)計時，需要在相關(guān)計算方面留有一定的富余，同時需針對特殊性問題進一步加強對構(gòu)造的控制措施，以保證其質(zhì)量和安全性[4]。

（1）在設(shè)計前要提前做好地質(zhì)安全性評價，保證施工場地可施工的安全性。依據(jù)相關(guān)的實地地質(zhì)勘察成果進行系統(tǒng)評價。該工程的建設(shè)用地基本符合施工條件，其地質(zhì)條件基本適宜。

（2）對于臺地上的建筑，要根據(jù)地形、地貌等影響因素，運用相關(guān)軟件進行風(fēng)速壓強等參數(shù)的室內(nèi)模擬分析，進而對其參數(shù)修正后的數(shù)值進行相關(guān)運算，并且依據(jù)等高線選取適宜的地質(zhì)災(zāi)害參數(shù)的合理值。

（3）為了平衡其地下室底板的抗壓水平效應(yīng)，需將上下接地的端板厚度控制在300～500mm，而且相應(yīng)的配筋率也應(yīng)有所提高。

（4）樁與承臺的連接方式對樁水平力有較大的影響，為了使樁與承臺的連接更加緊固，可將其深度增加50m（原有深度為100mm），并且將承臺部位進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其成為抗拔樁類型的設(shè)施，以強化連接。

（5）依據(jù)基坑支護相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，最短樁長應(yīng)按照雙排樁支護的方式進行計算，而且對于顆粒較小的碎屑而言（如黏土、粉砂巖等細(xì)顆粒），外側(cè)最短樁的支護楔入深度一般在0.6h及以上。由于該項目的短樁楔入?yún)^(qū)域巖性主要為細(xì)碎屑顆粒，L÷h＞0（L為深度，h為高度），基本符合基坑中最短樁的支護要求。

（6）為了保證基礎(chǔ)嵌固條件的有效性，用作結(jié)構(gòu)嵌固的邊坡應(yīng)達(dá)到罕遇地震作用下不破壞的性能要求。為了確保樁柱結(jié)構(gòu)牢固穩(wěn)定，除最外側(cè)柱外的其他柱在深度上均應(yīng)深入薄弱面即中風(fēng)化巖層，且入中風(fēng)化層3m，如圖2所示。

圖2 嵌固深度示意圖（單位：mm）

5 結(jié)束語

在進行山地高層住宅建筑基礎(chǔ)設(shè)計時，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量選擇在地質(zhì)條件較好且穩(wěn)定的邊坡上，并需要加強邊坡的支護設(shè)計，以保證結(jié)構(gòu)底部與山體連接穩(wěn)固。另外，在注重項目經(jīng)濟效益的同時，也應(yīng)注意滿足適度的居住所需條件，同時避免對自然環(huán)境造成過度破壞。