斜山坡上多层建筑结构设计及基础处理

摘要：随着高层建筑施工的广泛开展，在斜山坡上进行高层建筑的施工不可避免。在斜山坡这种复杂场地上建造多层建筑时，在上部结构设计过程中，为了防止不均匀沉降造成的破坏，形成多层次的空间稳定结构体系；应用结果表明，采用的方法与措施对在斜山坡地基上进行建筑结构设计是行之有效的。本文研究了在上部结构设计过程中，为防止不均匀沉降造成的破坏，提出场地、地基、基础与上部结构协调设计方法。

关键词：斜山坡；多层建筑；结构设计；基础处理

引言

随着经济的发展，我国的建筑业也在不断前进，但是前进的过程中也遇到了很多問题，比如土地紧缺問题，而在斜山坡上建造多（高）层建筑是缓解用地紧张、塑造良好建筑环境的有益尝试。在这种场地上建造房屋，地形、地貌及地质条件往往很复杂，既有利于设计出独特风格的建筑作品，也容易因结构设计不当而酿成事故，也容易因结构设计不当而造成安全隐患。

1.场地的稳定性分析及处理

工程场地地质条件异常复杂，不良的工程地质会影响场地的稳定性。

1.1整体稳定性

建筑场地范围内斜坡土体下为层片状基岩（产状为∠30-32°），若破坏原有的稳定平衡状态，可导致土体滑坡。

1.2局部稳定性

局部稳定性問题的主要表现体现在：挖、填土形成的多级临空台阶，破坏了原有的稳定状态；堆填土在雨水渗入软化时会沿原坡面滑塌。

1.3基础的稳定性

基础的稳定性即地基承载力可靠，满足建筑物正常使用极限状态的要求。

1.4处理方法

为不破坏地基原有稳定性，在确定楼、地面的标高及台阶时应考虑到既要依地形顺坡设计，确保整体稳定。也做好地面排水设计，避免加剧地基差异风化及溶蚀作用。

2.结构设计

（1）挡土墙设计坡地建筑中，设计好挡土墙的意义重大，挡土墙是影响到上部结构设计的关键。挡土墙的设计及施工中都应遵循安全，经济、合理的原则，从实际场地出发，结合地形地质条件及使用要求，因地制宜，以取得最好的社会效益，山区地形地质条件千变万化，每个工程都有其特殊性。工程设计时根据实际情况，因地制宜，力求达到挡土墙建筑物的完美组合，通常坡地建筑挡土墙设计做法有两种：考虑挡土墙与主体结构分开；结合主体结构布置挡土墙。挡土墙要有足够刚度，使墙身在土压力作用下不发生移动或转动。挡土墙设计应满足以下要求，挡土墙强度计算：在静止土压力及水压力作用下，挡土墙计算模型按1m板带宽度，上端简支，下端固定的单向板进行计算，土压力按静止土压力取值，K取0.5。结构刚度要求：在挡土墙高度范围内框架柱截面高度取挡土墙厚的两倍。由于挡土墙内侧为地下室，不能直接设置泄水孔，因此在挡土墙背面底部及中部设置排水盲沟，沿挡土墙顺坡导入地下室外侧边沟。

（2）上部结构设计。山区建筑主要震害表现为：由于架空层太高形成柔弱底层而使结构严重破坏；采用长短柱将坡地架空，短柱易发生剪切破坏；错层处楼梯柱，楼梯板破坏严重；陡坎边缘地带建筑物震害较重等。《建筑抗震设计规范》2010年版规定，当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震参数可能产生的放大作用，其地震影响系数最大值应乘以增大系数，其值可根据不利地段的具体情况确定在1.1-1.6范围内。由于挡土墙与主体结构是整体设计的主体计算时应考虑侧向土压力的影响，根据理正软件取1m板带宽度挡土墙按上端简支下端固定模型计算出上端的支座反力，再乘以框架柱的水平受荷宽度，得出集中力。在进行上部建筑结构设计时应采取以下措施：选择建筑场地时应尽量避开不稳定的边坡；由于山地建筑竖向刚度不规则，扭转效应明显，设计时底部应加强，从概念设计上重视并采取必要的抗震措施，避免出现短柱和上刚下柔的情况；设置防震缝，在建筑高差变化较大处设置防震缝，在底层连廊与主体结构問设置防震缝，均可有效地减少地震作用、温度变形、不均匀沉降等造成的不利影响。加强上部与基础的协调，采用墩基础的形式可减少建筑不均匀沉降的程度，在建筑底层人工挖孔墩的承台問设连系梁，将各墩、柱相互牵制连为一个整体而共同工作，可有效传递水平力，避免因个别墩失稳或失效而引起建筑整体破坏；变形观测，加强监测地基在建筑施工过程的不同阶段因加载的变化引起地基的变形，沉降、滑移情况，检查边坡的稳定性，以便及时发现隐患，采取必要的处理措施。

3.基础处理

3.1基础方案选择

基础方案主要包括：柱下独立基础、柱下条形基础、筏形基础。经承载力计算，基础的地基反力都远小于地基承载力特征值，但前两种基础型式显然因有地下室难以满足防水要求，而梁板式筏形基础型式还合适。经变形计算，如果仅从变形值结果看，应该没有問题，但即使在地形平坦和地质非常均匀土层的场地上进行理论变形计算结果与实际测试结果都有较大误差，更何况在该持力层厚度和坡度变化较大的场地上计算变形值与实际有多大的偏差就更难以估计。最常用的地基稳定性计算方法有：圆弧滑动法、平面滑动法、折线滑动法、赤平极射投影法、实体比例投影法、数值分析法。根据地基土的物理特性，桩基础方案应根据场地岩土条件进行选择，如表1：⑨-1层混合土相对松散，局部含滚石，均匀性较差；⑨-2层含砾粉质粘土强度尚可，但其埋深变化较大；⑩-1层全风化花岗岩强度较高，但其埋深变化较大；⑩-2层强风化花岗岩强度较高，但其厚度变化较大；⑩-3层中风化花岗岩层强度高，分布尚稳定。因此，上述各岩土层均不宜选作为桩基础持力层，对于钻孔灌注桩，由于⑨-1层相对松散、护壁较为困难，普遍含有滚石、施工相对困难，因此不宜使用，故最合适的是选用人工挖孔灌注桩。

3.2人工挖孔灌注桩计算和施工

3.2.1成桩可能性分析

由于⑨-1层混合土含水丰富，适合用人工挖孔桩方案应采用混凝土护壁。由于持力层层面变化较大，桩基础施工时应按实际层位控制为准，以避免桩长不满足承载力要求。

3.2.2桩承载力计算

当滑坡推力的水平分力小于桩的水平承载力时就是安全的，在水平力计算过程中需要考虑的因素太多，要让每个假定都符合实际困难较大，力求符合设计的计算模型和构造要求。

3.2.3施工要求

斜坡地上嵌岩桩的护壁材料应采用钢筋混凝土制作，护壁内配置一定数量的水平环向钢筋和竖向钢筋，护壁厚度和配筋应加大。编制爆破作业施工方案时必须采用爆破作业向下炸岩进行松动爆破和凿除处理时炸药爆破应合理布孔，以尽量减小冲击波对护壁的破坏及对周围环境的影响。在孔井口应采取能泄爆又能阻挡碎碴飞溅的有效措施，爆破时必须由专人统一指挥。炸药爆破后，爆破人员先下井检查，挖孔人员方可下井。在挖孔过程中遇到不良地质时必须处理：桩基成孔后，保证桩基底部持力范围内有完整的基岩层。当桩基处于竖向软弱裂隙带或深熔洞顶部，可在该桩侧补桩，加大桩截面及持力底面层。或者在该桩侧一定范围内补两根桩。穿越土洞的桩基，护壁外侧土洞应填实。对桩基穿越大溶洞时，可以采用喷浆加固溶洞、填砌毛石或砌块。对桩底局部的溶槽、溶沟、石牙等，对桩底，应根据具体情况放置钢筋予以加强。

4.结语

山坡地形情况非常复杂，怎样做好基础及上部结构的设计，选择合理的施工方案，尤其是控制建筑物的沉降量符合规范要求，沉降均匀，以确保工程质量、结构安全、节省工程造价，是建筑工程技术人员面临着的一个长期艰巨的课题。在山坡上建造大体量的多（高）层建筑时，需将建筑物跨越各级台阶顺坡建造，其建筑及结构设计具有特殊性，也容易因结构设计不当而酿成事故，建筑结构设计的关键是基础设计及处理問题。因此，研究斜山坡上多层建筑结构设计及基础处理具有一定的现实意义。

参考文献

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[2]江正荣.我国地基与基础施工技术的新进展——新版《建筑施工手册》第12章内容精选.

[3]莫运明.岩溶区溶洞及土洞对建筑物地基稳定性影响的处理方法探讨[J].企业导报，201 1（11）.

收稿日期：2013-4-16

作者简介：肖烽（1982-），男，工程师，本科，主要从事结构设计方面的工作。