坡地建筑基坑邊坡與擋土墻處理技術(shù)在某項(xiàng)目中的應(yīng)用

李成

（中衡卓創(chuàng)國際工程設(shè)計(jì)有限公司，重慶 401123）

0 引言

我國國土面積中山區(qū)約占三分之二，沙漠、荒漠化土地同樣不少，同時(shí)還存在十八億畝耕地紅線的控制。 隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，用于建設(shè)的平地越來越少，坡地建筑呈快速發(fā)展之勢(shì)。 尤其對(duì)于很多西部城市來說，地勢(shì)起伏較大，坡地建筑更加普遍，比如重慶，大量建筑都是依山而建。 坡地建筑成本相對(duì)較高，但優(yōu)勢(shì)在于具有豐富的立體層次感，空間變化多樣，環(huán)境優(yōu)美。

坡地建筑[1]屬于建筑形態(tài)的一種，結(jié)合山地地貌特征，依照坡度差異進(jìn)行建筑布局。 坡地建筑設(shè)計(jì)的幾大原則包括尊重自然原則、依山就勢(shì)原則、經(jīng)濟(jì)性原則、美學(xué)原則等。 其中依山就勢(shì)為根據(jù)地形的自然形態(tài)進(jìn)行場(chǎng)地設(shè)計(jì)，不大量開挖方、填方。 如果對(duì)坡地建筑的基坑邊坡和擋土墻處理不當(dāng)，就會(huì)造成土方開挖量大，結(jié)構(gòu)受力不合理，造價(jià)經(jīng)濟(jì)性差，不能滿足建筑使用功能等。

目前設(shè)計(jì)行業(yè)關(guān)于地下工程及擋土墻的研究大多都是基于平地的研究，適用于平地的建筑結(jié)構(gòu)處理方法顯然不適合應(yīng)用在坡地建筑上， 而坡地建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于邊坡及擋土墻的處理[2]。 當(dāng)前我國針對(duì)坡地建筑關(guān)于基坑邊坡和擋土墻處理的研究比平地的研究數(shù)量少， 相關(guān)坡地建筑的設(shè)計(jì)規(guī)范也僅僅在地方的一些規(guī)范中體現(xiàn)。 因此工程師們?cè)陧?xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，大多都是根據(jù)當(dāng)?shù)仡愃祈?xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)來確定處理吊腳或高差的方法，其中，根據(jù)建筑形態(tài)與場(chǎng)地的接合方式通常分為埋地式、接地式、離地式。 接地式[3]是重慶地區(qū)常見的一種形式，由于其基坑上坡方向形成挖方邊坡或基坑邊坡，可將其總結(jié)為兩大類常規(guī)處理方案，如圖1 所示。

圖1 兩種常規(guī)處理方案

本文以重慶某項(xiàng)目為實(shí)例進(jìn)行分析，說明如何選擇合適結(jié)構(gòu)方案及邊坡支護(hù)方案解決場(chǎng)地高差、地質(zhì)情況，如何考慮依山就勢(shì)以減小土方開挖量來減少工程造價(jià)，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

某項(xiàng)目位于重慶市主城區(qū)，面積約20 萬m2，1# 樓為辦公樓，2～6# 樓為住宅，7# 為臨街商業(yè)block。 由于地下室底板、頂板平面分布的高差較大， 通過設(shè)置多條變形縫將結(jié)構(gòu)劃分為多個(gè)單元。本文所述基坑邊坡所對(duì)應(yīng)的樓棟6# 樓地上30 層， 地下3 層，剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)嵌固在基礎(chǔ)，抗震等級(jí)三級(jí)；東、西、北因設(shè)置結(jié)構(gòu)縫無擋土墻，僅南側(cè)有擋土墻；原有場(chǎng)地標(biāo)高約為333.00m，而新建地下室平場(chǎng)后的標(biāo)高為320.00m（圖2）。 基坑邊坡高達(dá)13m，且基坑邊坡南側(cè)紅線處坑頂上還有7m 左右的邊坡， 基坑總高度達(dá)20m。

圖2 6#樓平場(chǎng)標(biāo)高圖

根據(jù)地勘資料，基坑邊坡巖質(zhì)為中風(fēng)化泥巖，但由于場(chǎng)地條件限制， 不具備放坡條件；6# 樓與紅線外邊坡之間為消防撲救場(chǎng)地， 故基坑邊坡頂部需考慮消防車荷載。 對(duì)于6# 樓一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，因?yàn)橛腥龑拥叵率壹耙粋€(gè)架空層，擋土墻高度達(dá)13m。

項(xiàng)目前期針對(duì)場(chǎng)地分析的目的是選擇經(jīng)濟(jì)、 適用的方案，既要考慮場(chǎng)地放坡條件，解決臨時(shí)支護(hù)，又要考慮永久擋土，以及場(chǎng)地排水、管網(wǎng)埋設(shè)等是否滿足要求。

2 方案及分析對(duì)比

2.1 方案一：臨時(shí)基坑邊坡

按照?qǐng)D1 中方案一進(jìn)行處理，地下室外墻采用鋼筋混凝土外墻，基坑邊坡支護(hù)采用臨時(shí)基坑邊坡支護(hù)，邊坡底部排水溝采用臨時(shí)排水溝，基坑邊坡及擋土墻剖面如圖3 所示。

圖3 臨時(shí)基坑邊坡（A-A剖面）

方案一的優(yōu)點(diǎn)：

（1） 場(chǎng)地功能不受限制，場(chǎng)地內(nèi)的管網(wǎng)埋設(shè)不受基坑邊坡和擋土墻限制；

（2） 場(chǎng)地排水可順地表重力流，不受限制；

（3） 基坑邊坡按臨時(shí)設(shè)計(jì)，施工控制精度及變形控制較永久邊坡適當(dāng)放寬，后期不需變形監(jiān)測(cè)；

（4） 臨時(shí)基坑邊坡比永久基坑邊坡造價(jià)低。

方案一的缺點(diǎn)：

（1） 高達(dá)13m 的主動(dòng)土壓力為單側(cè)土壓力，致土推力由主體結(jié)構(gòu)來承擔(dān)，主體結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)造價(jià)因此增加；

（2） 當(dāng)?shù)卣鸪霈F(xiàn)后，地震縱波通過土體傳遞給主體結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)需考慮額外的地震放大作用[4]，從而增加結(jié)構(gòu)造價(jià)；

（3） 鋼筋混凝土擋土墻與主體結(jié)構(gòu)整體澆筑時(shí)，形成剛度很大的與剪力墻相似的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件，使結(jié)構(gòu)單元的剛心與質(zhì)心產(chǎn)生較大的偏置，從而使得結(jié)構(gòu)單元在水平作用，尤其是地震作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)位移與結(jié)構(gòu)的平均位移之比大大超過規(guī)范的范圍[5]。

也可以在單體結(jié)構(gòu)平面北側(cè)增設(shè)剛度接近的剪力墻，以平衡結(jié)構(gòu)的剛度分布。 由此帶來的問題是為了解決結(jié)構(gòu)的模型計(jì)算參數(shù)，增設(shè)的剪力墻不但不具備建筑使用功能，還增加了結(jié)構(gòu)的造價(jià)成本。

2.2 方案二：永久基坑邊坡

將基坑邊坡設(shè)計(jì)為永久性邊坡，地下室擋土墻與基坑邊坡合二為一，地下室外墻采用磚砌體填充外墻，邊坡底部排水溝采取重力式排水溝，基坑邊坡及擋土墻的剖面如圖4 所示。

圖4 永久基坑邊坡（A-A剖面）

方案二的優(yōu)點(diǎn)：

（1） 由于南側(cè)為中風(fēng)化巖石邊坡，根據(jù)臨時(shí)邊坡及永久邊坡計(jì)算對(duì)比分析，臨時(shí)邊坡與永久邊坡的造價(jià)差異并不太大（大約相差30%左右），因此，與結(jié)構(gòu)主體整澆的鋼筋混凝土擋土墻可取消，而采用砌體填充墻代替作為圍護(hù)，節(jié)約了鋼筋混凝土擋土墻的造價(jià)；

（2） 永久支護(hù)結(jié)構(gòu)單獨(dú)承擔(dān)巖土水平推力，避免了主體結(jié)構(gòu)因巖土推力產(chǎn)生結(jié)構(gòu)附加的造價(jià)增加，而且結(jié)構(gòu)傳力直接，受力清晰；

（3） 地下室外墻可僅考慮防潮，不需防水設(shè)計(jì)，減少后期滲水風(fēng)險(xiǎn)；

（4） 不需回填肥槽，節(jié)約工期，減少填方工程造價(jià)。

方案二的缺點(diǎn)：

（1） 室外墻與邊坡之間形成空腔或者采用結(jié)構(gòu)板封閉，或者敞開，建筑功能和設(shè)備管網(wǎng)埋設(shè)受到一定限制；

（2） 邊坡底部排水溝采取重力式排水溝，受到排水接入點(diǎn)標(biāo)高限制；

（3） 永久基坑邊坡需要進(jìn)行定期變形觀測(cè)。

該項(xiàng)目4#，5#，6# 以及7# 商業(yè)樓， 均存在接地式吊腳形式，通過以上兩個(gè)方案的對(duì)比分析，與業(yè)主進(jìn)行了多次討論，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基坑邊坡設(shè)計(jì)、施工便捷度、施工周期、土建造價(jià)綜合多方面因素，這些樓棟最終均采用了方案二作為最后的實(shí)施形式，整個(gè)項(xiàng)目為業(yè)主節(jié)約了施工周期約2 個(gè)月時(shí)間，綜合造價(jià)節(jié)約5%左右，受到業(yè)主的好評(píng)。

根據(jù)以上對(duì)比發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)基坑邊坡后為巖石邊坡，場(chǎng)地條件不允許放坡，邊坡底部排水能通過重力方式排出，且總圖管網(wǎng)埋設(shè)不受限制時(shí)，采用方案二的綜合效益較好。

3 結(jié)語

擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則，從實(shí)際場(chǎng)地出發(fā)， 結(jié)合地形地質(zhì)條件及使用要求，因地制宜[6]，以取得最好的社會(huì)效益為目的。

本文結(jié)合工程實(shí)例，通過兩種方案對(duì)比，分析了坡地接地式建筑的處理技術(shù)。當(dāng)上坡方向基坑邊坡形成的吊腳結(jié)構(gòu)，在滿足邊坡地質(zhì)條件、場(chǎng)地條件、排水、管網(wǎng)要求的情況下，選擇基坑邊坡?lián)跬翂隙橐?，即主體結(jié)構(gòu)不承受巖土推力的形式，可以為項(xiàng)目節(jié)省工程造價(jià)，取得良好的綜合效益。 研究對(duì)相關(guān)工程的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)人在項(xiàng)目初期對(duì)地形地貌較復(fù)雜項(xiàng)目進(jìn)行場(chǎng)地分析、邊坡處理、成本控制具有借鑒意義。