某山坡地高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計分析

文/程昭波

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某山坡地高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計分析

文/程昭波

1　工程概況

某山坡地高層住宅樓總建筑面積約3.2萬平方米，地上18層無地下室，總高度54米，單體平面33.4m×16.8m。高層住宅結(jié)構(gòu)型式為混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。高層住宅建設(shè)于開挖平整的山坡平臺上。地形現(xiàn)狀為高層住宅外側(cè)6米處臨空邊坡高差6米（詳見圖1）；坡腳處相鄰地塊項目擬建二層地下室，地下室施工期間坡地高差達16米（詳見圖2）。

圖1　現(xiàn)狀地形剖面圖

圖2　后期建設(shè)地形剖面圖

本工程場地位于剝蝕低丘坡地和丘前洪沖積階地上。土層自上而下分別為①人工填土層：松散，層厚0.6～4.2m；②粉質(zhì)粘土：由粘粒、粉粒組成，不均勻含巖礫，可硬塑狀態(tài)，層厚1.02～17.20m；③粉質(zhì)粘土：由粘粒、粉粒和全風化、強風化巖礫組成，可硬塑狀態(tài)，層厚1.3～6.2m；④-1泥質(zhì)粉砂巖全風化層：風化強烈，巖芯土狀、半土巖狀，易散、易斷，標貫標準值32.70，層厚1.90～17.28m；④-2泥質(zhì)粉砂巖強風化層：巖芯半巖土狀、塊狀、短柱狀，N’＞50，層厚1.10～25.00m；④-3泥質(zhì)粉砂巖中風化層：巖石裂隙發(fā)育，巖芯呈塊狀、硬柱狀，單值強度標準值38.62MPa，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ類。高層住宅所處坡地地質(zhì)剖面詳見圖3。

圖3　坡地地質(zhì)剖面

2　坡地整體穩(wěn)定分析及基礎(chǔ)選型

高層住宅室外地面土層為全風化泥質(zhì)粉砂巖，按現(xiàn)狀邊坡條件通過優(yōu)化調(diào)整高層住宅的基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)寬度能滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》第5.4.2條的規(guī)定，可選用獨立基礎(chǔ)型式。但考慮到相鄰地塊項目坡腳處擬建二層地下室，地下室開挖時坡地高差達16米，則難以滿足基礎(chǔ)邊至坡頂最小距離要求，需驗算坡地整體穩(wěn)定性。經(jīng)計算單體高層住宅總質(zhì)量為12968噸，住宅總質(zhì)量作為附加荷載作用于邊坡坡頂，分別以直線滑坡法和圓弧滑法對比分析邊坡整體穩(wěn)定性。經(jīng)驗算邊坡安全系數(shù)分別為1.121和1.056，均不滿足整體穩(wěn)定要求。

相鄰地塊項目在坡腳擬建的地下室存在一定不確定性，坡頂實際安全距離、邊坡高度均存在調(diào)整可能。為降低后期邊坡支護的安全風險，保證高層住宅的結(jié)構(gòu)安全，高層住宅荷載不宜作為附加荷載直接作用于坡頂。設(shè)計選用大直徑人工挖孔灌注端承樁基礎(chǔ)，可將高層住宅荷載直接傳遞至滑動面以下穩(wěn)定巖層確保建筑安全。

3　坡地樁基礎(chǔ)設(shè)計

為保證邊坡的整體穩(wěn)定，確保高層住宅附加荷載不作用于滑動體上，避免樁間樁端應(yīng)力疊加，樁基礎(chǔ)設(shè)計樁長根據(jù)以下原則確定：①最接近邊坡的大直徑灌注樁樁端嵌入相鄰地塊項目擬建地下室底以下不小于樁徑的三倍且不小于3米。②相鄰樁樁端高差應(yīng)控制在樁間距之內(nèi)，按45度擴散角控制。③連接樁端形成的斜線不應(yīng)與巖層傾斜角相同，以防止順坡滑動。④應(yīng)確保有效樁長不小于6倍樁徑，避免形成短樁。⑤嵌入滑動面以下穩(wěn)定巖層的深度應(yīng)根據(jù)樁基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)形成的整體結(jié)構(gòu)進行整體分析，得到樁頂水平作用力，按照抗滑樁計算規(guī)定確定最小嵌入深度。

4　坡地樁基高層結(jié)構(gòu)整體分析

由用地紅線和規(guī)劃條件可確定相鄰地塊項目建設(shè)完成后高層住宅邊至坡頂?shù)木嚯x約6米，邊坡高差約6米。相鄰項目通過兩層地下室分階設(shè)計，邊坡支護設(shè)計時按照坡頂有重要建筑物的邊坡工程進行設(shè)計能保證邊坡穩(wěn)定性。高層住宅的承臺也有一定的埋深，巖層能對樁側(cè)、承臺側(cè)形成有效的約束，高層住宅結(jié)構(gòu)永久受力嵌固端可從承臺面算起。而坡腳處地下室開挖施工期間邊坡則高差達16米，建筑樁基礎(chǔ)外側(cè)臨空高，此時再以承臺面作為高層結(jié)構(gòu)的嵌固端是不安全的。為充分保證坡腳地下室施工期間高層住宅的結(jié)構(gòu)安全，降低地下室施工期邊坡支護的設(shè)計難度，高層住宅上部結(jié)構(gòu)與樁基礎(chǔ)建立整體模型應(yīng)該綜合考慮以下因素并進行整體分析：①確定穩(wěn)定巖層上獨立樁的自由計算高度；②高邊坡開挖時可能出現(xiàn)的局部坍塌對樁基礎(chǔ)產(chǎn)生的土側(cè)推力；③考慮施工期間的風荷載作用、不考慮地震作用。整體模型建模時可通過計算分析獲得邊坡滑動面，并按照抗滑樁計算方法最終確定樁嵌固巖層埋深，整體模型形成三排不同自由計算高度的獨立樁，參照抗滑樁有效寬度計算樁自由高度段局部坍塌對樁基身產(chǎn)生的土側(cè)推力。

根據(jù)整體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，首層地基梁需加強、與承臺一起形成能保證上部剪力墻與大直徑灌注樁間有效可靠連接的轉(zhuǎn)換層，同時加強大直徑灌注樁與地基梁形成下部大抗側(cè)剛度框架結(jié)構(gòu)，空間整體模型灌注樁需加強配筋并根據(jù)整體分析結(jié)果需要進行樁身配筋。

5　結(jié)語

在項目竣工驗收將要移交使用前，坡腳處相鄰地塊二層地下室開建，由于相鄰地塊項目進行地下室設(shè)計時未采取措施創(chuàng)造有利條件保證邊坡的安全，同時邊坡支護方案欠妥，加之當?shù)卦庥鑫迨暌挥霰┯?，邊坡出現(xiàn)嚴重坍塌，已建高層住宅地基梁、承臺外露，威脅結(jié)構(gòu)安全。后經(jīng)專業(yè)機構(gòu)測量、監(jiān)測高層主體結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)異常偏移、沉降變形，結(jié)構(gòu)安全。事實證明，山坡地高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)充分預見場地可能出現(xiàn)的各種不利因素，充分分析不利因素對邊坡整體穩(wěn)定、基礎(chǔ)設(shè)計、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)的影響，并采取相應(yīng)有效的措施以確保結(jié)構(gòu)安全。

作者簡介：程昭波（1980-），男，工程師，本科，任職于廣東省建筑設(shè)計研究院，研究方向為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。