某小區(qū)建筑地基變形機(jī)理分析

摘 要 丘陵地帶及山區(qū)因地形限制，隨著城市的逐步開發(fā)，很多建（構(gòu)）筑受場(chǎng)地限制在設(shè)計(jì)及施工時(shí)會(huì)形成很多高陡邊坡，在建筑自重荷載的長(zhǎng)期作用下及邊坡土體自重作用影響下，建（構(gòu)）物地基會(huì)因荷載長(zhǎng)期作用變形，引發(fā)土體滑動(dòng)，產(chǎn)生整體失穩(wěn)的問題。依托某小區(qū)建筑地基及高陡邊坡變形監(jiān)測(cè)，從地質(zhì)情況、建筑荷載、臨近邊坡變形數(shù)據(jù)采用數(shù)值模擬進(jìn)行機(jī)理分析，望能為今后的類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞 建筑變形;高陡邊坡;數(shù)值模擬;機(jī)理分析

1前言

中國(guó)西南地區(qū)多丘陵、山地，隨著城市的開發(fā)，土地資源日益緊張。目前很多建筑為了不對(duì)自然生態(tài)造成較大影響，節(jié)約建造成本，進(jìn)行了因地制宜的設(shè)計(jì)，很多建（構(gòu)）筑受場(chǎng)地限制在設(shè)計(jì)及施工時(shí)會(huì)形成很多高陡邊坡，在建筑自重荷載的長(zhǎng)期作用下及邊坡土體自重作用影響下，建（構(gòu)）物地基會(huì)因荷載長(zhǎng)期作用變形，引發(fā)土體滑動(dòng)，產(chǎn)生整體失穩(wěn)的問題。

部分建筑由于臨近高陡邊坡，造成了整體性的傾斜變形，影響建筑安全性，除了針對(duì)性的進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，還應(yīng)對(duì)高陡邊坡附近的建筑地基變形機(jī)理結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析研究，從根本上了解引起變形的原因，采取針對(duì)性的措施，確保建筑安全。

2工程概況

圖1 18#樓代表性測(cè)點(diǎn)與坡頂裂縫

昌都市2015年度市直公共租賃住房項(xiàng)目位于昌都市扎曲花園北西側(cè)，分兩期建設(shè)。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，其中一期規(guī)劃用地面積33108.12m2，建筑面積22364m2，共有建筑12棟;二期規(guī)劃用地面積48411.41m2，建筑面積20997.20m2，共有建筑10棟，均為6層的多層建筑，結(jié)構(gòu)高度均為18.00m，剪力墻結(jié)構(gòu)，采用筏板基礎(chǔ)。

根據(jù)建筑設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)情況，場(chǎng)地形成很多高陡邊坡，本次分析研究18#樓變形機(jī)理。

18#樓位于小區(qū)邊緣位置，6層（無地下室）剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，高度H=18.3m ，于2017年封頂，2019年底主樓附近擋墻頂部土體出現(xiàn)地表裂縫，且結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜。建筑及邊坡變形監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)級(jí)坡頂裂縫如圖1所示，其中F代表房屋測(cè)點(diǎn)，PD為坡頂測(cè)點(diǎn)，DQ為擋墻測(cè)點(diǎn)，PJ為坡腳測(cè)點(diǎn)，QD為墻底測(cè)點(diǎn)。

3機(jī)理分析

3.1 工程地質(zhì)情況

根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)勘察報(bào)告，地層主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)崩坡積層（Q4col+dl）以及侏羅系察雅群、肯做尕組并層砂巖泥巖（J）組成，分別為素填土、雜填土、粉砂、粉質(zhì)黏土、含碎石粉質(zhì)黏土及碎石組成。

地下水：場(chǎng)地地下水主要為賦存于碎石層中的孔隙潛水。場(chǎng)地地勢(shì)較高，地下水埋藏較深，勘探深度范圍內(nèi)未見地下水。此外，在雨季，上部粉質(zhì)黏土、含碎石粉質(zhì)黏土層中會(huì)存在少量上層滯水。

以18#樓4個(gè)地質(zhì)剖面為主要的坡面建模參數(shù)，結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的地層分布主要為②粉砂層、⑤-1松散碎石層、⑤-2稍密碎石層和⑤-3中密碎石層，其分布由上到下依次為②、⑤-1、⑤-2、⑤-3、⑤-1、⑤-2，中間有部分夾層和地層變化。地層力學(xué)參數(shù)以地勘報(bào)告所給出指標(biāo)為準(zhǔn)。

3.2 分析計(jì)算相關(guān)參數(shù)

通過房屋外邊線、坡頂、坡腳、擋墻頂部及底部的空間坐標(biāo)，可以得出房屋結(jié)構(gòu)、坡面和擋墻的剖面形式。

（1）結(jié)構(gòu)及地層力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

地層力學(xué)性質(zhì)及相關(guān)參數(shù)由地勘報(bào)告得知，18#樓對(duì)應(yīng)鉆孔的地層參數(shù)主要集中在39-44剖面位置，其土層主要為②層、⑤-1、⑤-2、⑤-3層，其力學(xué)參數(shù)為：

3.3 變形機(jī)理分析過程

通過地層空間和力學(xué)參數(shù)、結(jié)構(gòu)荷載的確定，整體坡面計(jì)算模型即可采用MIDAS GTS軟件構(gòu)建完成，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 18#樓結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)區(qū)域邊坡計(jì)算模型

由表3結(jié)構(gòu)荷載值和對(duì)應(yīng)的表2土層工程特性指標(biāo)可知，18#樓的筏板基礎(chǔ)應(yīng)位于第⑤層碎石層上，以確保承載力的可靠性。

位于邊坡位置建筑物的變形包括兩種：①在結(jié)構(gòu)重力荷載作用下邊坡的外力變形;②邊坡在自重應(yīng)力下自身的變形。因此，分別對(duì)這兩種情況進(jìn)行計(jì)算分析。

（1）結(jié)構(gòu)重力荷載作用下邊坡的外力變形

在結(jié)構(gòu)自重荷載作用下，邊坡土層頂部土層會(huì)將自身所受到的力沿圖中藍(lán)色滑移面向坡底部傳遞，從而形成下圖3所示的滑移面。

在結(jié)構(gòu)-土層體系的受力滑移過程中，若滑移面上的整體剪應(yīng)力大于土層所能承受的極限值，則會(huì)產(chǎn)生滑坡，如圖3中黑線所示。

（2）邊坡自重下的地基變形

邊坡外側(cè)土體在自身重力下，沿土體內(nèi)部滑移面所產(chǎn)生的位移變形如圖4所示，在滑坡體滑移過程中，坡面頂部的土體面層BA由水平面變?yōu)橄蜻吰路聪騼A斜的BA，其變形趨勢(shì)與圖在重力荷載作用下的坡面模型類似。

圖中紅色部分為土體上抬區(qū)域，黃色部分為土層豎向變形為0的區(qū)域，藍(lán)色和綠色區(qū)域?yàn)橥翆映两祬^(qū)域。從整體看出，在重力作用下，坡頂土層普遍下沉，以通過坡腳的垂直線為界限，坡腳及外側(cè)地表土體有上抬趨勢(shì)。

在土坡滑移過程中，原有楔形土體發(fā)生變形，由原先的ABC形狀，滑動(dòng)至ABC，其頂部AB發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而引發(fā)地面的向右側(cè)傾斜，在距離邊坡較近的18#樓區(qū)域，結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)隨著坡頂變形向右側(cè)傾斜，與滑坡模型變形相似。

4結(jié)束語(yǔ)

在結(jié)構(gòu)重力作用下，邊坡土層雖然沉降均勻，但會(huì)產(chǎn)生沿邊坡發(fā)展的滑動(dòng)面，如果結(jié)構(gòu)荷載較大，引發(fā)滑動(dòng)面貫通而形成整體滑動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生整體失穩(wěn)的問題;在考慮單一的土坡穩(wěn)定性時(shí)（不考慮結(jié)構(gòu)自重引起的土層滑移），雖然自然形成的坡面能夠達(dá)到自穩(wěn)狀態(tài)，但也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，其表現(xiàn)形式就是沿剖面的不均勻沉降。

在整體受力過程中，應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)自重和土坡自重下的變形，既保證在結(jié)構(gòu)荷載下土坡的強(qiáng)度和滑移，又能夠?qū)⑼疗伦灾匾l(fā)的不均勻沉降控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。

18#樓在土體自重和結(jié)構(gòu)自重作用下，整個(gè)地層的變形區(qū)域較大，若采用擋土墻結(jié)構(gòu)，其控制區(qū)域較小，較難實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)和地層的整體變形控制;抗滑樁結(jié)構(gòu)能穿透變形較大的地層，將樁底部嵌固到基巖中去，對(duì)控制結(jié)構(gòu)整體變形效果較好，建議采用抗滑樁結(jié)構(gòu)。

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作者簡(jiǎn)介

張程，（1984-）男，工程師，研究方向：巖土工程監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)。