坡地建筑的基础设计探讨
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摘要：坡地建筑的工程地质及水文条件比较复杂特殊，建筑物跨越各级台阶顺坡建造，比较容易因设计不当而造成安全隐患，其建筑结构设计的关键是基础设计。笔者根据多年的设计实践经验，通过参阅大量文献资料并依据现行国家、省及行业规范要求，结合实际工程设计案例，对坡地建筑的基础设计若干问题进行分析探讨。
关键词：坡地建筑；滑坡稳定；基础；挡土墙
中图分类号: TU2文献标识码：A
在山坡上建造大体量的多（高）层建筑，需预先将复杂坡地修整为若干连续台阶地，建筑物往往跨越各级台阶顺坡建造。由于坡地的工程地质及水文条件比较复杂，其建筑结构基础设计具有一定的特殊性。本文根据中山市传盛东方名都花园商住区的实际工程案例，对坡地建筑的基础设计的基础选型、挡土墙设计等若干问题进行分析探讨。
一、工程概况
本工程位于中山市中山路南侧，场地北侧邻中山路，西侧邻水泥路，南侧邻规划路，东侧邻空地，交通较便利，利于大型桩基进场施工。场地属花岗岩低山残丘及山间冲积平原地貌，地形开阔，原始地貌单元已经挖填土破坏，在场地北侧有大水坑，西南侧有掩埋鱼塘。场地拟建商住楼20层商住楼6栋、21层商住楼4栋、25层商住楼2栋，商住楼裙楼均为1层商铺；2层别墅住宅楼10栋，1层地下室（地下室埋深为4～5米），总建筑面积167890㎡。塔楼采用剪力墙结构，地下室及别墅采用框架结构设计。建筑规划设计布局上打破了传统并列排布的空间秩序，所有建筑随着坡度从低至高的走势依势而建，最高处设置2层的别墅群，而多栋高层塔楼巧妙分散落在各连续平整台阶地上，退台式布置。采用掉层式（图1）、退台式等比较合理形式（图1）连接建筑主体工程部分与山体地表，在建筑的基面存在不确定性情况下尽量优化。
（a）掉层式（b）退台式
图1 坡地建筑高差处理形式
二、几种常见的基础开挖处理形式
根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）要求，坡地建筑物的布局应依山就势，根据坡地的类型、环境、高度及可能发生边坡稳定破坏模式，选择合理的坡地稳定计算方法，并注意采取排水措施。依据坡地类型，按照建筑工程基础处理形式分类，对主体工程基础开挖处理可以分以下几种情况：
1、对于坡度较缓的情况，坡度达到1:2时可以采用自然放坡。
2、根据坡地的实际情况，将施工区域的坡地修整为局部平地，并在建筑设施的外围采用防护措施，如设置支护桩等。
3、若施工场地内的坡地具有较大坡度时，可根据工程项目的实际情况，将整体工程进行灵活的分隔处理，分隔成几段台阶式的施工地段，然后在建筑设施的内部设置挡土墙结构。
本工程项目整个场地大概坡度为3.4%，属于缓坡，但整个小区跨度比较大，并带一层地下室，需要整体开挖，因此我们采用第3种情况处理方式，将地下室分成5个台阶段，每段高差1.5米。各分隔台阶交接处设置在塔楼与塔楼之间的地下室部分，这样确保各塔楼和局部地下室底板联合成为一个独立水平基础面嵌固端，确保合理的结构设计计算。
图2 地下室剖面（局部）
三、土体滑坡稳定分析
该工程根据现状地质情况， 1层地下室底板埋深为4～5米，地层为砂质粘性土层为主，局部地段为素填土、淤泥质土层或粗砂层。需要将部分复杂斜坡进行整理，修整为有利于抗滑的台阶式平整的施工场地，并对填土区进行分层夯实施工。但若填土面积较大则夯实效果不易保证，在填土施工后，由于土体的固结附加压力及填土自重可能会引起填土沿原坡面蠕动，有土体滑坡的隐患。因此，本工程为解决这个问题，在各分隔台阶交接处均设置结构柱，并设置挡土墙，此挡土墙跟高低地下室底板、桩承台联合成一体，形成稳固的支挡及防水作用。
四、挡土墙结构设计
1、挡土墙结构形式
坡地建筑中，因地质条件复杂多样，设计时应根据实际情况，结合地形地质条件及使用要求，因地制宜，力求减少挖填土方量，增加挡土墙的整体刚度。通常坡地建筑挡土墙处理形式主要有两种：
（1）挡土墙与主体结构分开。该做法可以适当放宽对挡土墙的位移控制，受力明确，并有利于室内防潮防水，但挡土墙单独设置会增加工程造价，且会使施工周期延长，性价比不高，不符合业主要求。
（2）结合主体结构布置挡土墙，协同工作。该做法将挡土墙与相应部位主体结构联合设计，地下室底板、顶板及挡土墙等组成合理的空间结构，此形式挡土墙具有足够刚度，使墙身在土压力作用下不发生变形。
本项目工程采用第（2）种方案设计，经过本工程地下一层车库的施工表明，采用此方式既能保证施工的进度，又不占用地下车库的建筑面积，具有很好的经济性能。
2、挡土墙设计
选定挡土墙的结构形式后，即可对其相关构件计算。挡土墙的墙身强度计算，需要考虑土压力、水压力、挡土墙外侧车道活荷载折算以及填土或原坡土体可能产生滑推力和填土上的建筑设施荷载作用，根据场地的实际情况进行具体分析。挡土墙刚度要求方面，本工程项目通过框架柱位置设置钢筋混凝土扶壁柱和增大地下室顶底板厚度的方法来实现。挡土墙高度范围内框架柱截面高度取挡土墙厚的2倍，而地下室防水底板采用400mm厚板，顶板采用160mm厚板。抗滑移及抗倾覆验算，在满足挡土墙稳定性的情况下，增加墙趾外挑尺寸1米，利用其上土自重增加挡土墙的抗滑移摩阻力及抗倾覆力矩，同时缓解墙背土压力及稳定土壤的性质。
五、基础设计
1、基础的桩基设计
根据东方名都花园工程地勘报告，由于场地上中部存在厚层的软土和砂层，地下水丰富。从场地岩土条件、施工难度、施工和建筑物的安全等综合分析考虑，场地不宜采用沉管灌注桩及人工挖孔灌注桩。根据场地的环境和岩土工程的条件，技术可行性和经济合理性，结合拟建工程特点的综合分析，该工程基础选型采用打入式预制桩基础。桩径采用d=500mm预应力管桩，取强风化花岗岩层作为桩端持力层，桩端嵌入持力层的深度2米。根据有效桩长的差异，单桩竖向承载力特征值为1600 kN（有效桩长约为 8～12m）及2000 kN（有效桩长约为12～24m）两种。值得注意的是，在管桩设计中，桩身穿过欠固结填土层时，因填土层沉降而产生的负摩擦力，也应作为桩承载力参与进行计算。
2、地基承台梁设计。
本工程地下室底板采用梁板式结构，其地基梁不仅支撑地下室底板填充墙体的荷重作用，更是起到承台间的连系梁作用，因此适当加大地基梁的梁高，大部分梁高取值为1.2米。地基梁截面控制基本以水反力作用控制为主，在考虑水平荷载作用时，适当增加梁高可以保证桩基的整体性，并使桩基与上部结构形成整体受力体系以减少个别桩的可能失效而对建筑设施产生不良影响。
六、结语
综上所述，坡地地形情况复杂多样，怎样做好基础与上部结构的协调设计，选择合理的基础处理方案，尤其是控制坡地的土体稳定性，做好挡土墙设计，控制好建筑物的沉降均匀，确保工程质量结构安全、节省工程造价，是我们建筑工程技术人员的责任，也是我们面临的一个长期艰巨的任务。根据本方案处理建设的传盛东方名都花园商住区坡地工程，不仅满足质量要求，而且成本相对比较低，施工工期也比较短，具有良好的经济效益和社会效益。因此，在进行坡地建筑基础设计时，应根据施工地区的实际情况，结合地形地质条件和使用要求，因地制宜，才能制定合理的设计方案。
参考文献：
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