某山坡地高层建筑基础设计分析

文/程昭波



某山坡地高层建筑基础设计分析

文/程昭波

1　工程概况

某山坡地高层住宅楼总建筑面积约3.2万平方米，地上18层无地下室，总高度54米，单体平面33.4m×16.8m。高层住宅结构型式为混凝土剪力墙结构。高层住宅建设于开挖平整的山坡平台上。地形现状为高层住宅外侧6米处临空边坡高差6米（详见图1）；坡脚处相邻地块项目拟建二层地下室，地下室施工期间坡地高差达16米（详见图2）。

图1　现状地形剖面图

图2　后期建设地形剖面图

本工程场地位于剥蚀低丘坡地和丘前洪冲积阶地上。土层自上而下分别为①人工填土层：松散，层厚0.6～4.2m；②粉质粘土：由粘粒、粉粒组成，不均匀含岩砾，可硬塑状态，层厚1.02～17.20m；③粉质粘土：由粘粒、粉粒和全风化、强风化岩砾组成，可硬塑状态，层厚1.3～6.2m；④-1泥质粉砂岩全风化层：风化强烈，岩芯土状、半土岩状，易散、易断，标贯标准值32.70，层厚1.90～17.28m；④-2泥质粉砂岩强风化层：岩芯半岩土状、块状、短柱状，N’＞50，层厚1.10～25.00m；④-3泥质粉砂岩中风化层：岩石裂隙发育，岩芯呈块状、硬柱状，单值强度标准值38.62MPa，岩体基本质量等级为Ⅳ类。高层住宅所处坡地地质剖面详见图3。

图3　坡地地质剖面

2　坡地整体稳定分析及基础选型

高层住宅室外地面土层为全风化泥质粉砂岩，按现状边坡条件通过优化调整高层住宅的基础埋深、基础宽度能满足《建筑地基基础设计规范》第5.4.2条的规定，可选用独立基础型式。但考虑到相邻地块项目坡脚处拟建二层地下室，地下室开挖时坡地高差达16米，则难以满足基础边至坡顶最小距离要求，需验算坡地整体稳定性。经计算单体高层住宅总质量为12968吨，住宅总质量作为附加荷载作用于边坡坡顶，分别以直线滑坡法和圆弧滑法对比分析边坡整体稳定性。经验算边坡安全系数分别为1.121和1.056，均不满足整体稳定要求。

相邻地块项目在坡脚拟建的地下室存在一定不确定性，坡顶实际安全距离、边坡高度均存在调整可能。为降低后期边坡支护的安全风险，保证高层住宅的结构安全，高层住宅荷载不宜作为附加荷载直接作用于坡顶。设计选用大直径人工挖孔灌注端承桩基础，可将高层住宅荷载直接传递至滑动面以下稳定岩层确保建筑安全。

3　坡地桩基础设计

为保证边坡的整体稳定，确保高层住宅附加荷载不作用于滑动体上，避免桩间桩端应力叠加，桩基础设计桩长根据以下原则确定：①最接近边坡的大直径灌注桩桩端嵌入相邻地块项目拟建地下室底以下不小于桩径的三倍且不小于3米。②相邻桩桩端高差应控制在桩间距之内，按45度扩散角控制。③连接桩端形成的斜线不应与岩层倾斜角相同，以防止顺坡滑动。④应确保有效桩长不小于6倍桩径，避免形成短桩。⑤嵌入滑动面以下稳定岩层的深度应根据桩基础与上部结构形成的整体结构进行整体分析，得到桩顶水平作用力，按照抗滑桩计算规定确定最小嵌入深度。

4　坡地桩基高层结构整体分析

由用地红线和规划条件可确定相邻地块项目建设完成后高层住宅边至坡顶的距离约6米，边坡高差约6米。相邻项目通过两层地下室分阶设计，边坡支护设计时按照坡顶有重要建筑物的边坡工程进行设计能保证边坡稳定性。高层住宅的承台也有一定的埋深，岩层能对桩侧、承台侧形成有效的约束，高层住宅结构永久受力嵌固端可从承台面算起。而坡脚处地下室开挖施工期间边坡则高差达16米，建筑桩基础外侧临空高，此时再以承台面作为高层结构的嵌固端是不安全的。为充分保证坡脚地下室施工期间高层住宅的结构安全，降低地下室施工期边坡支护的设计难度，高层住宅上部结构与桩基础建立整体模型应该综合考虑以下因素并进行整体分析：①确定稳定岩层上独立桩的自由计算高度；②高边坡开挖时可能出现的局部坍塌对桩基础产生的土侧推力；③考虑施工期间的风荷载作用、不考虑地震作用。整体模型建模时可通过计算分析获得边坡滑动面，并按照抗滑桩计算方法最终确定桩嵌固岩层埋深，整体模型形成三排不同自由计算高度的独立桩，参照抗滑桩有效宽度计算桩自由高度段局部坍塌对桩基身产生的土侧推力。

根据整体结构分析结果，首层地基梁需加强、与承台一起形成能保证上部剪力墙与大直径灌注桩间有效可靠连接的转换层，同时加强大直径灌注桩与地基梁形成下部大抗侧刚度框架结构，空间整体模型灌注桩需加强配筋并根据整体分析结果需要进行桩身配筋。

5　结语

在项目竣工验收将要移交使用前，坡脚处相邻地块二层地下室开建，由于相邻地块项目进行地下室设计时未采取措施创造有利条件保证边坡的安全，同时边坡支护方案欠妥，加之当地遭遇五十年一遇暴雨，边坡出现严重坍塌，已建高层住宅地基梁、承台外露，威胁结构安全。后经专业机构测量、监测高层主体结构未出现异常偏移、沉降变形，结构安全。事实证明，山坡地高层建筑基础设计应充分预见场地可能出现的各种不利因素，充分分析不利因素对边坡整体稳定、基础设计、基础与上部结构整体结构的影响，并采取相应有效的措施以确保结构安全。

作者简介：程昭波（1980-），男，工程师，本科，任职于广东省建筑设计研究院，研究方向为建筑结构设计。