山地建筑場地穩定及結構設計理論綜述

李超

摘? 要：加強山地建筑的理論設計與設計應用，對于我國社會經濟的發展有著積極的促進作用。絕大多數的山地建筑工程項目的地質條件都極為惡劣，施工環境都極為復雜，對于設計人員和施工人員的要求非常苛刻。文章重點針對山地建筑場地穩定及結構設計理論進行了詳細的分析，以供參考。

關鍵詞：山地建筑;場地穩定及結構;設計理論

中圖分類號：TU47? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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 工程概況及其地質條件分析

某山地項目的總用地面積為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一層地下室（儲藏室）高3.0m。本項目別墅均采用框架結構，設計使用年限為50年，抗震設防烈度為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，北東側地形坡度較陡約為15～20°，南西側地形坡度相對較緩約5～10°，東南側沖溝岸坡地帶坡度較陡，約25～35°。場地自然邊坡總長約280m，最大相對高差約58m，構成邊坡的巖土體主要由殘坡積黏土及全風化玄武巖層組成，而全風化玄武巖呈含碎石黏性土狀，總體為土質邊坡。場地自然邊坡存在較高的臨空面，從場地南東側沖溝壁出現小型塌滑（如圖3）表明，邊坡巖土體的內在因素決定了邊坡坡度越陡，其穩定性越差，安全越低，所以自然邊坡的穩定性將對工程建設產生較大影響。

2 該斜山坡地建筑工程地基穩定度分析

由于需要在斜山坡地上施工，為了保證施工安全與施工質量，需要先對部分區域進行平整處理，即通過挖、填的方式保持施工區域的平整性。而在填土的過程中，必須要對填土厚度進行嚴格的控制，否則將會對地基的平穩性產生影響，甚至引起滑坡等地質災害。一般情況下，該施工區域地基穩定性方面主要存在著以下兩方面的問題。第一，挖土過程中可能會對原坡體產生影響，出現滑坡問題;第二，填土過程新進填土穩定性較差，會沿著原坡面進行滑動，會增加滑坡問題出現的幾率[2]。另外，還需要加強施工區域與其他施工區域連接部位土壤的夯實處理，壓實度控制在0.94以上[3]。

2.1 驗算場地整體穩定

按照土質邊坡進行邊坡穩定性驗算，為驗算邊坡穩定性，取勘察場地巖土體經驗參數作為驗算參數，選擇A-A'、B-B'、C-C'具有代表性的剖面，對邊坡自然狀態下和根據規劃，場地分臺挖、填整平，填方及擬建別墅對斜坡起到加載作用兩種情況進行場地穩定性驗算（如圖4-圖9）。

邊坡穩定性驗算選取的典型驗算斷面主要考慮邊坡坡高及坡度最大值位置，驗算利用理正軟件自動搜索最危險滑動面，以最小穩定性系數相對應的滑動面為潛在滑動面，并結合實際情況對剖面進行簡化。驗算考慮兩種狀態下的邊坡穩定性：

（1）現狀條件下的邊坡穩定性。

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

驗算計算參數考慮按自然狀態及浸水狀態分別取值，驗算計算參數取值詳見表1。

驗算考慮了在不考慮地震自然狀態下和浸水作用、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。驗算結果如表2。

根據表2結果，天然斜坡在不考慮地震的條件下，穩定系數均大于1.30，說明自然斜坡處于穩定狀態。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，天然斜坡的穩定性將明顯降低，斜坡安全度大幅度下降，但仍處于穩定狀態。

根據表3結果，場地經過整平后，A-A'、B-B'整體穩定性有所降低，但降幅較小，C-C'場地經過整平后，局部穩定性有所增強，穩定系數均大于1.30，說明場地整平后斜坡仍處于穩定狀態。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，各坡面穩定系數均大于1.2，仍處于穩定狀態。僅 B-B'剖面穩定性稍弱。

綜合以上，擬建場地區域上處于基本穩定狀態，場地整體為穩定場地，現狀無滑坡、崩塌、泥石流等不良地質作用，通過工程措施對人工挖填方邊坡進行有效處治后，場地滿足建設要求。

2.2 驗算場地局部穩定

根據規劃總平面圖，場地擬采取分臺階挖填整平，由上至下將形成基本8個平臺，平臺自編號為A、B、C、D、E、F、G、H。根據各平臺±0.00標高，由上至下相鄰平臺間的高差見表4。

表4 場地整平平臺基本情況表

由表4可知，因擬建場地處于斜坡地段，工程建設需進行場地整平。場平時盡可能的做到“以挖為主，少挖少填，依山就勢布設擬建建筑物”。但局部地段較陡，根據現狀及規劃設計整平，局部地段仍將出現大挖大填的現象，挖方邊坡厚度最大高達10.1m;填方邊坡厚度最大高達13.5m。

根據場地整平設計標高，結合現地形，選取具有典型代表性的剖面進行驗算（如圖10）。邊坡主要由填土、黏土、全風化玄武巖構成，考慮了擬建建筑物形成后，擬建建筑物按60kpa加載，驗算考慮了在不考慮地震自然狀態下和浸水作用、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。驗算結果見表5。

從表5可以看出，邊坡一旦開挖可能失穩，考慮地震及水的作用，安全系數明顯降低，邊坡處于失穩狀態。必須對邊坡進行處理。

3 斜山坡地建筑工程的結構設計

3.1 擋土墻結構設計

在斜山坡地建筑工程的施工結構設計中，針對擋土墻結構的設計，需要重點注意以下兩方面。

首先，針對擋土墻的布置，應當結合施工實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。根據本工程特點、便于施工及工程造價考慮，選取了以加筋土擋土墻為主，局部重力式擋土墻的設計方案。加筋土擋土墻通過筋帶與填土之間的摩擦力來抵抗土側壓力來穩定土體，尤其對填土區有很好的適應性，同時擋土面層可較方便的根據場地平面設計做成弧形或折角，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。本次設計采用建筑主體與擋墻分離方案，需處理擋墻與建筑周邊產生的縫隙，采用加筋土擋土墻時，由于擋墻面層的基礎寬度較小，避讓主體基礎后，縫寬一般為1.5m左右，設計采用圖13大樣進行處理。

3.2 主體設計

在斜山坡地建筑工程主體結構設計中，對于如圖12中一側有土一側開敞的建筑高差，一般采用主體擋土和擋土墻與主體分離的兩種方案進行處理。當采用主體擋土方案時，主體結構需同時考慮土體的側壓力與結構自重，尤其在地震作用時其不同標高的土體面層造成地震剪力分布與常規設計不同，結構內力分析復雜。當采用整體剛度較差的框架結構時，地震剪力對結構的破壞影響較大。因此本次設計按照《建筑抗震設計規范》[4]條文說明中第6.1.14條規定“在山（坡）地建筑中出現地下室各邊填埋深度差異較大時，宜單獨設置支擋結構”，采用擋墻與主體分離的設計方案。

3.3 人工挖孔樁設計

在山地建筑工程的施工建設中，由于地形條件和地質條件比較復雜，很多大型施工設備都無法進入，所以在樁的施工中以人工挖孔樁為主。同時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定的巖面，減少基礎對邊坡的影響，增強斜山坡地建筑工程結構的穩定性。本工程中由于需要對場地先進行分臺平整，即需要先進行加筋土擋墻的施工，采用人工挖孔可盡量避免對已有筋帶的破壞。本工程樁端持力層選④層全風化玄武巖，樁長控制在6m-18m之間，將樁徑控制在800mm左右，樁端擴底控制在1600mm以內。

4 結束語

綜上所述，在斜山坡地上施工建設具有較高的危險性，所以，在斜山坡地上的建筑施工，必須要對場地穩定和結構設計引起足夠的重視，通過一系列措施來提升各項因素之間的協調性，為工程進度的持續推進以及施工安全提供保障。

參考文獻：

[1]胡艦.斜山坡地建筑地基基礎及結構設計理論與應用分析[J].建材發展導向（上），2018，16（4）：103.

[2]蔣芝桂，王一.斜山坡地建筑地基基礎及結構設計理論與應用分析[J].建材與裝飾，2017（44）：82-83.

[3]程加亮.斜山坡地建筑地基基礎及結構設計理論與應用核心探索[J].四川水泥，2016（5）：92-92.

[4]GB 50011-2010.建筑抗震設計規范（2016年版）[S].