關(guān)于坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

張猛

新鄉(xiāng)市鴻盛建設(shè)工程有限公司（453000）

關(guān)于坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

張猛

新鄉(xiāng)市鴻盛建設(shè)工程有限公司（453000）

我國(guó)目前關(guān)于坡地建筑的研究比較少，在進(jìn)行坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)往往遇到很多問(wèn)題。如果按照常規(guī)平原地形上的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法對(duì)坡地建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的話，會(huì)導(dǎo)致很多計(jì)算模型與實(shí)際情況不符。這里以煙臺(tái)萬(wàn)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(jì)的相關(guān)問(wèn)題和措施要點(diǎn)，希望對(duì)該方面工作有所幫助。

坡地建筑；建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

所謂坡地建筑，就是指那些在高差較大的坡地地形上興建的建筑物，其最大的特點(diǎn)是建筑物底部的嵌固端不在同一個(gè)水平面上[1]。將坡地修整成為多個(gè)連續(xù)的臺(tái)地，在各個(gè)臺(tái)地上興建高層建筑，已經(jīng)成為緩解當(dāng)今土地資源緊張問(wèn)題的主要舉措，也是塑造良好建筑環(huán)境的積極嘗試。不過(guò)，由于坡地的地形地貌比較特殊,地質(zhì)條件比較復(fù)雜，所以在坡地上面興建建筑物的難度也較大，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求非常高。筆者以煙臺(tái)萬(wàn)科御龍山工程為例，結(jié)合該工程的實(shí)際情況，根據(jù)相關(guān)技術(shù)理論，簡(jiǎn)單談一談關(guān)于坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題和措施。

1 煙臺(tái)萬(wàn)科御龍山工程概況

1）項(xiàng)目概況

煙臺(tái)萬(wàn)科御龍山工程項(xiàng)目位于煙臺(tái)市芝罘區(qū)，整個(gè)項(xiàng)目分為多個(gè)地塊，其中D地塊場(chǎng)地條件尤為復(fù)雜，整體呈現(xiàn)東高西低、南高北低的臺(tái)階形狀，高差較大。D地塊中部橫貫一條沖溝，西南臨水庫(kù)，勘察時(shí)場(chǎng)區(qū)地面標(biāo)高最大值70.25 m，最小值51.43 m，地表相對(duì)高差18.82 m。整個(gè)小區(qū)包括30～39號(hào)共10個(gè)單體、一個(gè)地下車(chē)庫(kù)以及一排商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，其中32號(hào)樓和網(wǎng)點(diǎn)位于車(chē)庫(kù)范圍之外。由于場(chǎng)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(lèi)：東側(cè)場(chǎng)地高的部分需要爆破；西側(cè)靠近水庫(kù)的部分需要打樁；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(duì)煙臺(tái)萬(wàn)科御龍山工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘察和分析，得出其地質(zhì)層的基本分布規(guī)律和評(píng)價(jià)：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)黏土，場(chǎng)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)黏土，場(chǎng)區(qū)部分鉆孔分布，可塑至硬塑，中等壓縮性，工程性質(zhì)一般；中層中砂，場(chǎng)區(qū)部分鉆孔分布，稍密至中密，飽和。工程性質(zhì)一般；下層角礫混黏性土，主要分布在沖溝區(qū)域及商業(yè)樓部分區(qū)域，松散至稍密，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(zhǎng)巖，風(fēng)化成砂土狀，承載能力一般。⑤第五層：上層強(qiáng)風(fēng)化云母片巖，場(chǎng)區(qū)局部分布，分布區(qū)域穩(wěn)定，厚度連續(xù)，場(chǎng)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(jí)為V級(jí)；中層強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖，場(chǎng)區(qū)局部分布，場(chǎng)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(jí)為V級(jí)；下層強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，場(chǎng)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(jí)為IV級(jí)。⑥第六層：上層中風(fēng)化云母片巖，場(chǎng)區(qū)局部分布，物理力學(xué)性質(zhì)好，工程性質(zhì)好，為場(chǎng)區(qū)穩(wěn)定基巖；中層中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖，場(chǎng)區(qū)局部分布，物理力學(xué)性質(zhì)好，工程性質(zhì)好，為場(chǎng)區(qū)穩(wěn)定基巖；下層中風(fēng)化花崗巖，場(chǎng)區(qū)大部分分布，物理力學(xué)性質(zhì)好，工程性質(zhì)好，為場(chǎng)區(qū)穩(wěn)定基巖。

2 坡地建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

坡地建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2002）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(kāi)挖深度小、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)坡地建筑的上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的荷載較小時(shí)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，天然淺基礎(chǔ)不能夠滿(mǎn)足其承載力要求，此時(shí)可以選擇人工挖孔墩基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)造價(jià)較低、質(zhì)量較好。在持力層埋藏很深的情況下，人工開(kāi)挖基礎(chǔ)的施工難度增大，需要穿越較厚的巖土層，此時(shí)建議采用沖孔灌注樁,不過(guò)采用沖孔灌注樁的工程造價(jià)比較高，成樁質(zhì)量不穩(wěn)定[2]。

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(guò)在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)之時(shí)，受坡地地形的影響，當(dāng)基巖面起伏較大時(shí)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(wèn)題，嚴(yán)重者會(huì)使建筑結(jié)構(gòu)遭到破壞。對(duì)此，解決方法主要有兩種：

采用褥墊層對(duì)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300～500 mm為宜；

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，還可以通過(guò)在基礎(chǔ)下布設(shè)巖石錨桿來(lái)解決基礎(chǔ)滑移的問(wèn)題[3]。

3 坡地建筑的擋土墻設(shè)計(jì)

在坡地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，擋土墻的設(shè)計(jì)意義重大，因?yàn)閾跬翂Φ脑O(shè)計(jì)直接關(guān)系著建筑上部結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)，是上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?？傮w來(lái)說(shuō)，坡地建筑擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循安全、合理、經(jīng)濟(jì)這三項(xiàng)原則，要從工程場(chǎng)地的實(shí)際情況出發(fā)，充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚刭|(zhì)條件，因地制宜地進(jìn)行設(shè)計(jì)。只有這樣，才能夠使工程項(xiàng)目取得最佳的社會(huì)效益。一般情況下，坡地建筑擋土墻的設(shè)計(jì)有兩種方法：

將擋土墻與建筑的主體結(jié)構(gòu)分開(kāi)脫離，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是受力明確，有利于建筑防水防潮，缺點(diǎn)在于會(huì)增加巖石的開(kāi)挖量，從而增加工程造價(jià)，延長(zhǎng)施工工期，還會(huì)使建筑的使用空間縮小，容易達(dá)不到業(yè)主的要求；

結(jié)合建筑的主體結(jié)構(gòu)布置擋土墻，也就是說(shuō)對(duì)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(jì)，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(jià)，縮短施工工期，增大空間面積。

當(dāng)然，坡地建筑的擋土墻本身就對(duì)設(shè)計(jì)要求較高，必須滿(mǎn)足如下要求。①?gòu)?qiáng)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(jì)算模型應(yīng)當(dāng)按照一米板帶寬度、下端固定、上端簡(jiǎn)支的單向板進(jìn)行計(jì)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滿(mǎn)足一定的穩(wěn)定性要求，一般可以在進(jìn)行墻身設(shè)計(jì)之時(shí)通過(guò)增加墻趾的外挑尺寸來(lái)增加擋土墻的抗傾覆力矩和抗滑移摩阻力，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。

4 坡地建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)坡地建筑的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先要考慮到側(cè)向壓力的影響，利用理正軟件得出集中力，再對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行計(jì)算分析。坡地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不但要滿(mǎn)足承載能力極限狀態(tài)，還應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足正常使用極限狀態(tài)。除去基礎(chǔ)不均勻沉降外，坡地建筑在風(fēng)、地震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。煙臺(tái)位于環(huán)渤海地震帶，故而煙臺(tái)萬(wàn)科御龍山工程的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更要重點(diǎn)關(guān)注抗震設(shè)計(jì)。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(jì)中應(yīng)當(dāng)采取如下措施：①建筑場(chǎng)地盡量避開(kāi)不穩(wěn)定的邊坡,并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量；②加強(qiáng)對(duì)底部的設(shè)計(jì),從概念設(shè)計(jì)上重視抗震措施；③設(shè)置防震縫;④增強(qiáng)建筑上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的協(xié)調(diào)性；⑤加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)沉降、滑移等情況，并采取有效措施進(jìn)行處理。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著土地資源越來(lái)越緊缺，興建坡地建筑是必然趨勢(shì)，但坡地建筑對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求較高，我國(guó)目前又對(duì)這方面研究較少，所以未來(lái)還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)坡地建筑的研究，找出更加有效的坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以提高坡地建筑質(zhì)量。

[1]王博.某在建坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].福建建筑,2015,07：46-47.

[2]陳圓.關(guān)于坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討[J].江蘇建筑,2015,05：47-49.

[3]曾偉,賀渝,黃江.一種坡地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法[J].重慶建筑,2013,03：55-57.