山地建筑場地穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論綜述

李超

摘? 要：加強(qiáng)山地建筑的理論設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)應(yīng)用，對(duì)于我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用。絕大多數(shù)的山地建筑工程項(xiàng)目的地質(zhì)條件都極為惡劣，施工環(huán)境都極為復(fù)雜，對(duì)于設(shè)計(jì)人員和施工人員的要求非?？量?。文章重點(diǎn)針對(duì)山地建筑場地穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：山地建筑;場地穩(wěn)定及結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)理論

中圖分類號(hào)：TU47? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）26-0001-06

Abstract： Strengthening the theoretical design and the design application of mountain architecture plays a positive role in promoting the social and economic development of our country. The geological conditions of the vast majority of mountain construction projects are extremely bad， the construction environment is extremely complex， and the requirements for designers and construction personnel are very stringent. This paper focuses on the mountain architecture site stability and structure design theory for a detailed analysis for reference.

Keywords： mountain architecture; site stability and structure; design theory

1 工程概況及其地質(zhì)條件分析

某山地項(xiàng)目的總用地面積為158667m2，總建筑面積為70784m2，其中地下面積23945m2。擬建建筑物均為低層別墅，每棟別墅地上層高為3層，按建筑物輪廓單棟別墅設(shè)一層地下室（儲(chǔ)藏室）高3.0m。本項(xiàng)目別墅均采用框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為8度（0.3g），場地類別為Ⅱ類。建筑總平面圖及典型斷面如圖1。

如圖2，場地自然邊坡總體地勢北東高南西低，北東側(cè)地形坡度較陡約為15～20°，南西側(cè)地形坡度相對(duì)較緩約5～10°，東南側(cè)沖溝岸坡地帶坡度較陡，約25～35°。場地自然邊坡總長約280m，最大相對(duì)高差約58m，構(gòu)成邊坡的巖土體主要由殘坡積黏土及全風(fēng)化玄武巖層組成，而全風(fēng)化玄武巖呈含碎石黏性土狀，總體為土質(zhì)邊坡。場地自然邊坡存在較高的臨空面，從場地南東側(cè)沖溝壁出現(xiàn)小型塌滑（如圖3）表明，邊坡巖土體的內(nèi)在因素決定了邊坡坡度越陡，其穩(wěn)定性越差，安全越低，所以自然邊坡的穩(wěn)定性將對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生較大影響。

2 該斜山坡地建筑工程地基穩(wěn)定度分析

由于需要在斜山坡地上施工，為了保證施工安全與施工質(zhì)量，需要先對(duì)部分區(qū)域進(jìn)行平整處理，即通過挖、填的方式保持施工區(qū)域的平整性。而在填土的過程中，必須要對(duì)填土厚度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，否則將會(huì)對(duì)地基的平穩(wěn)性產(chǎn)生影響，甚至引起滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。一般情況下，該施工區(qū)域地基穩(wěn)定性方面主要存在著以下兩方面的問題。第一，挖土過程中可能會(huì)對(duì)原坡體產(chǎn)生影響，出現(xiàn)滑坡問題;第二，填土過程新進(jìn)填土穩(wěn)定性較差，會(huì)沿著原坡面進(jìn)行滑動(dòng)，會(huì)增加滑坡問題出現(xiàn)的幾率[2]。另外，還需要加強(qiáng)施工區(qū)域與其他施工區(qū)域連接部位土壤的夯實(shí)處理，壓實(shí)度控制在0.94以上[3]。

2.1 驗(yàn)算場地整體穩(wěn)定

按照土質(zhì)邊坡進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算，為驗(yàn)算邊坡穩(wěn)定性，取勘察場地巖土體經(jīng)驗(yàn)參數(shù)作為驗(yàn)算參數(shù)，選擇A-A'、B-B'、C-C'具有代表性的剖面，對(duì)邊坡自然狀態(tài)下和根據(jù)規(guī)劃，場地分臺(tái)挖、填整平，填方及擬建別墅對(duì)斜坡起到加載作用兩種情況進(jìn)行場地穩(wěn)定性驗(yàn)算（如圖4-圖9）。

邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算選取的典型驗(yàn)算斷面主要考慮邊坡坡高及坡度最大值位置，驗(yàn)算利用理正軟件自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，以最小穩(wěn)定性系數(shù)相對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面為潛在滑動(dòng)面，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)剖面進(jìn)行簡化。驗(yàn)算考慮兩種狀態(tài)下的邊坡穩(wěn)定性：

（1）現(xiàn)狀條件下的邊坡穩(wěn)定性。

（2）考慮附加力條件下的邊坡穩(wěn)定性;其中附加力主要考慮以下因素：a.場區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，計(jì)算時(shí)按8度考慮地震作用，地震加速度0.20g。b.考慮強(qiáng)降雨和加載的作用。

驗(yàn)算計(jì)算參數(shù)考慮按自然狀態(tài)及浸水狀態(tài)分別取值，驗(yàn)算計(jì)算參數(shù)取值詳見表1。

驗(yàn)算考慮了在不考慮地震自然狀態(tài)下和浸水作用、考慮8度地震條件、既考慮浸水作用又考慮8度地震條件四種工況。驗(yàn)算結(jié)果如表2。

根據(jù)表2結(jié)果，天然斜坡在不考慮地震的條件下，穩(wěn)定系數(shù)均大于1.30，說明自然斜坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。在考慮8度地震條件和既考慮浸水作用又考慮8度地震條件下，天然斜坡的穩(wěn)定性將明顯降低，斜坡安全度大幅度下降，但仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)表3結(jié)果，場地經(jīng)過整平后，A-A'、B-B'整體穩(wěn)定性有所降低，但降幅較小，C-C'場地經(jīng)過整平后，局部穩(wěn)定性有所增強(qiáng)，穩(wěn)定系數(shù)均大于1.30，說明場地整平后斜坡仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。在考慮8度地震條件和既考慮浸水作用又考慮8度地震條件下，各坡面穩(wěn)定系數(shù)均大于1.2，仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。僅 B-B'剖面穩(wěn)定性稍弱。

綜合以上，擬建場地區(qū)域上處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，場地整體為穩(wěn)定場地，現(xiàn)狀無滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)作用，通過工程措施對(duì)人工挖填方邊坡進(jìn)行有效處治后，場地滿足建設(shè)要求。

2.2 驗(yàn)算場地局部穩(wěn)定

根據(jù)規(guī)劃總平面圖，場地?cái)M采取分臺(tái)階挖填整平，由上至下將形成基本8個(gè)平臺(tái)，平臺(tái)自編號(hào)為A、B、C、D、E、F、G、H。根據(jù)各平臺(tái)±0.00標(biāo)高，由上至下相鄰平臺(tái)間的高差見表4。

表4 場地整平平臺(tái)基本情況表

由表4可知，因擬建場地處于斜坡地段，工程建設(shè)需進(jìn)行場地整平。場平時(shí)盡可能的做到“以挖為主，少挖少填，依山就勢布設(shè)擬建建筑物”。但局部地段較陡，根據(jù)現(xiàn)狀及規(guī)劃設(shè)計(jì)整平，局部地段仍將出現(xiàn)大挖大填的現(xiàn)象，挖方邊坡厚度最大高達(dá)10.1m;填方邊坡厚度最大高達(dá)13.5m。

根據(jù)場地整平設(shè)計(jì)標(biāo)高，結(jié)合現(xiàn)地形，選取具有典型代表性的剖面進(jìn)行驗(yàn)算（如圖10）。邊坡主要由填土、黏土、全風(fēng)化玄武巖構(gòu)成，考慮了擬建建筑物形成后，擬建建筑物按60kpa加載，驗(yàn)算考慮了在不考慮地震自然狀態(tài)下和浸水作用、考慮8度地震條件、既考慮浸水作用又考慮8度地震條件四種工況。驗(yàn)算結(jié)果見表5。

從表5可以看出，邊坡一旦開挖可能失穩(wěn)，考慮地震及水的作用，安全系數(shù)明顯降低，邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)。必須對(duì)邊坡進(jìn)行處理。

3 斜山坡地建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在斜山坡地建筑工程的施工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，針對(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，需要重點(diǎn)注意以下兩方面。

首先，針對(duì)擋土墻的布置，應(yīng)當(dāng)結(jié)合施工實(shí)際來選擇最適合的施工方式。目前在我國的擋土墻布置形式主要有重力式擋土墻、混凝土懸臂式擋土墻、樁板墻、加筋土擋土墻。根據(jù)本工程特點(diǎn)、便于施工及工程造價(jià)考慮，選取了以加筋土擋土墻為主，局部重力式擋土墻的設(shè)計(jì)方案。加筋土擋土墻通過筋帶與填土之間的摩擦力來抵抗土側(cè)壓力來穩(wěn)定土體，尤其對(duì)填土區(qū)有很好的適應(yīng)性，同時(shí)擋土面層可較方便的根據(jù)場地平面設(shè)計(jì)做成弧形或折角，滿足建筑場地要求（如圖11）。

其次，擋土墻與主體建筑的關(guān)系（如圖12）。由于山地建筑大部分利用建筑層高處理高差，造成局部一層地下室或局部二層地下部分。本次設(shè)計(jì)采用建筑主體與擋墻分離方案，需處理擋墻與建筑周邊產(chǎn)生的縫隙，采用加筋土擋土墻時(shí)，由于擋墻面層的基礎(chǔ)寬度較小，避讓主體基礎(chǔ)后，縫寬一般為1.5m左右，設(shè)計(jì)采用圖13大樣進(jìn)行處理。

3.2 主體設(shè)計(jì)

在斜山坡地建筑工程主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于如圖12中一側(cè)有土一側(cè)開敞的建筑高差，一般采用主體擋土和擋土墻與主體分離的兩種方案進(jìn)行處理。當(dāng)采用主體擋土方案時(shí)，主體結(jié)構(gòu)需同時(shí)考慮土體的側(cè)壓力與結(jié)構(gòu)自重，尤其在地震作用時(shí)其不同標(biāo)高的土體面層造成地震剪力分布與常規(guī)設(shè)計(jì)不同，結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析復(fù)雜。當(dāng)采用整體剛度較差的框架結(jié)構(gòu)時(shí)，地震剪力對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞影響較大。因此本次設(shè)計(jì)按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]條文說明中第6.1.14條規(guī)定“在山（坡）地建筑中出現(xiàn)地下室各邊填埋深度差異較大時(shí)，宜單獨(dú)設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)”，采用擋墻與主體分離的設(shè)計(jì)方案。

3.3 人工挖孔樁設(shè)計(jì)

在山地建筑工程的施工建設(shè)中，由于地形條件和地質(zhì)條件比較復(fù)雜，很多大型施工設(shè)備都無法進(jìn)入，所以在樁的施工中以人工挖孔樁為主。同時(shí)采用人工挖孔樁可以在空間上形成抗滑效果，將建筑豎向荷載通過樁傳遞至穩(wěn)定的巖面，減少基礎(chǔ)對(duì)邊坡的影響，增強(qiáng)斜山坡地建筑工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本工程中由于需要對(duì)場地先進(jìn)行分臺(tái)平整，即需要先進(jìn)行加筋土擋墻的施工，采用人工挖孔可盡量避免對(duì)已有筋帶的破壞。本工程樁端持力層選④層全風(fēng)化玄武巖，樁長控制在6m-18m之間，將樁徑控制在800mm左右，樁端擴(kuò)底控制在1600mm以內(nèi)。

4 結(jié)束語

綜上所述，在斜山坡地上施工建設(shè)具有較高的危險(xiǎn)性，所以，在斜山坡地上的建筑施工，必須要對(duì)場地穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)引起足夠的重視，通過一系列措施來提升各項(xiàng)因素之間的協(xié)調(diào)性，為工程進(jìn)度的持續(xù)推進(jìn)以及施工安全提供保障。

參考文獻(xiàn)：

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