關于坡地建筑結構設計的探討

張猛

新鄉市鴻盛建設工程有限公司（453000）

關于坡地建筑結構設計的探討

張猛

新鄉市鴻盛建設工程有限公司（453000）

我國目前關于坡地建筑的研究比較少，在進行坡地建筑結構設計時往往遇到很多問題。如果按照常規平原地形上的建筑結構設計方法對坡地建筑進行結構設計的話，會導致很多計算模型與實際情況不符。這里以煙臺萬科御龍山工程為例，探討了關于坡地建筑結構設計的相關問題和措施要點，希望對該方面工作有所幫助。

坡地建筑；建筑結構；結構設計

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，其最大的特點是建筑物底部的嵌固端不在同一個水平面上[1]。將坡地修整成為多個連續的臺地，在各個臺地上興建高層建筑，已經成為緩解當今土地資源緊張問題的主要舉措，也是塑造良好建筑環境的積極嘗試。不過，由于坡地的地形地貌比較特殊,地質條件比較復雜，所以在坡地上面興建建筑物的難度也較大，對建筑結構設計的要求非常高。筆者以煙臺萬科御龍山工程為例，結合該工程的實際情況，根據相關技術理論，簡單談一談關于坡地建筑結構設計的相關問題和措施。

1 煙臺萬科御龍山工程概況

1）項目概況

煙臺萬科御龍山工程項目位于煙臺市芝罘區，整個項目分為多個地塊，其中D地塊場地條件尤為復雜，整體呈現東高西低、南高北低的臺階形狀，高差較大。D地塊中部橫貫一條沖溝，西南臨水庫，勘察時場區地面標高最大值70.25 m，最小值51.43 m，地表相對高差18.82 m。整個小區包括30～39號共10個單體、一個地下車庫以及一排商業網點，其中32號樓和網點位于車庫范圍之外。由于場地高差大，不同位置的主樓基礎方案存在較大的差異，大概可以分為三大類：東側場地高的部分需要爆破；西側靠近水庫的部分需要打樁；位于沖溝邊緣的主樓需要進行地基處理。

2）地質概況

對煙臺萬科御龍山工程現場進行實地勘察和分析，得出其地質層的基本分布規律和評價：①第一層：素填土，厚度不均，變化較大，松散，固結性一般，工程性質差。②第二層：粉質黏土，場區部分鉆孔分布，可塑，工程性質較差；③第三層：上層粉質黏土，場區部分鉆孔分布，可塑至硬塑，中等壓縮性，工程性質一般；中層中砂，場區部分鉆孔分布，稍密至中密，飽和。工程性質一般；下層角礫混黏性土，主要分布在沖溝區域及商業樓部分區域，松散至稍密，飽和。該層土質極不均勻，局部粘性土與角礫互層，工程性質一般。④第四層：上層全風化云母片巖，風化成砂狀，遇水軟化、泥化，工程性質一般，承載能力一般；下層全風化閃長巖，風化成砂土狀，承載能力一般。⑤第五層：上層強風化云母片巖，場區局部分布，分布區域穩定，厚度連續，場區厚度變化較大，物理力學性質較好，工程性質較好，巖體基本質量等級為V級；中層強風化閃長巖，場區局部分布，場區厚度變化較大，物理力學性質較好，工程性質較好，巖體基本質量等級為V級；下層強風化花崗巖，場區厚度變化較大，物理力學性質較好，工程性質較好，巖體基本質量等級為IV級。⑥第六層：上層中風化云母片巖，場區局部分布，物理力學性質好，工程性質好，為場區穩定基巖；中層中風化閃長巖，場區局部分布，物理力學性質好，工程性質好，為場區穩定基巖；下層中風化花崗巖，場區大部分分布，物理力學性質好，工程性質好，為場區穩定基巖。

2 坡地建筑的基礎設計

坡地建筑的基礎設計應當滿足《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2002）中的相關要求，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。天然淺基礎具有開挖深度小、經濟性好等優點。當坡地建筑的上部結構傳至基礎的荷載較小時這是一種最為經濟合理的基礎選擇。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構傳至基礎的荷載較大，天然淺基礎不能夠滿足其承載力要求，此時可以選擇人工挖孔墩基礎，這種基礎造價較低、質量較好。在持力層埋藏很深的情況下，人工開挖基礎的施工難度增大，需要穿越較厚的巖土層，此時建議采用沖孔灌注樁,不過采用沖孔灌注樁的工程造價比較高，成樁質量不穩定[2]。

為了防止基礎不均勻沉降情況的發生，原則上同一結構單元的基礎不能夠設置在性質相差較大的地基上,也不能夠部分采用天然地基、部分采用樁基。不過在實際建筑設計之時，受坡地地形的影響，當基巖面起伏較大時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大部分基礎落在土層、另外一小部分基礎落在巖石層的情況，從而導致土層上的基礎沉降遠大于基巖上的基礎沉降，進而引發不均勻沉降問題，嚴重者會使建筑結構遭到破壞。對此，解決方法主要有兩種：

采用褥墊層對基礎與巖石接觸區域進行處理，褥墊主要由中砂、粗砂、爐渣等組成，厚度以300～500 mm為宜；

采用天然淺基礎與人工挖孔墩基礎結合的形式,將持力層均引至基巖上，還可以通過在基礎下布設巖石錨桿來解決基礎滑移的問題[3]。

3 坡地建筑的擋土墻設計

在坡地建筑的結構設計中，擋土墻的設計意義重大，因為擋土墻的設計直接關系著建筑上部結構的整體設計，是上部結構設計的關鍵。總體來說，坡地建筑擋土墻的設計應當遵循安全、合理、經濟這三項原則，要從工程場地的實際情況出發，充分結合當地的地形地質條件，因地制宜地進行設計。只有這樣，才能夠使工程項目取得最佳的社會效益。一般情況下，坡地建筑擋土墻的設計有兩種方法：

將擋土墻與建筑的主體結構分開脫離，這種方法的優點是受力明確，有利于建筑防水防潮，缺點在于會增加巖石的開挖量，從而增加工程造價，延長施工工期，還會使建筑的使用空間縮小，容易達不到業主的要求；

結合建筑的主體結構布置擋土墻，也就是說對擋土墻與相應部位的主體結構進行聯合設計，將擋土墻和底板、頂板等組成合理的建筑空間結構，從而既減少工程造價，縮短施工工期，增大空間面積。

當然，坡地建筑的擋土墻本身就對設計要求較高，必須滿足如下要求。①強度要求：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算模型應當按照一米板帶寬度、下端固定、上端簡支的單向板進行計算，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足一定的穩定性要求，一般可以在進行墻身設計之時通過增加墻趾的外挑尺寸來增加擋土墻的抗傾覆力矩和抗滑移摩阻力，穩定土壤性質，緩解墻背土壓力。另外需要注意，擋土墻內側不能直接設置泄水孔，而是要在背面底部和中部設置排水盲溝。

4 坡地建筑的上部結構設計

在對坡地建筑的主體結構進行計算時，首先要考慮到側向壓力的影響，利用理正軟件得出集中力，再對結構整體進行計算分析。坡地建筑的結構設計不但要滿足承載能力極限狀態，還應當滿足正常使用極限狀態。除去基礎不均勻沉降外，坡地建筑在風、地震等水平荷載的作用下也容易產生局部滑坡、失穩等破壞。煙臺位于環渤海地震帶，故而煙臺萬科御龍山工程的建筑結構設計更要重點關注抗震設計。綜合考慮各種不利因素，在坡地建筑的上部結構設計中應當采取如下措施：①建筑場地盡量避開不穩定的邊坡,并嚴格控制施工質量；②加強對底部的設計,從概念設計上重視抗震措施；③設置防震縫;④增強建筑上部結構與基礎之間的協調性；⑤加強對基礎的監測，及時發現沉降、滑移等情況，并采取有效措施進行處理。

5 結語

隨著土地資源越來越緊缺，興建坡地建筑是必然趨勢，但坡地建筑對結構設計的要求較高，我國目前又對這方面研究較少，所以未來還應當加強對坡地建筑的研究，找出更加有效的坡地建筑結構設計方案，以提高坡地建筑質量。

[1]王博.某在建坡地建筑結構設計分析[J].福建建筑,2015,07：46-47.

[2]陳圓.關于坡地建筑結構設計的探討[J].江蘇建筑,2015,05：47-49.

[3]曾偉,賀渝,黃江.一種坡地建筑結構的設計方法[J].重慶建筑,2013,03：55-57.