坡地建筑基坑边坡与挡土墙处理技术在某项目中的应用

李成

（中衡卓创国际工程设计有限公司，重庆 401123）

0 引言

我国国土面积中山区约占三分之二，沙漠、荒漠化土地同样不少，同时还存在十八亿亩耕地红线的控制。 随着城市建设的快速发展，用于建设的平地越来越少，坡地建筑呈快速发展之势。 尤其对于很多西部城市来说，地势起伏较大，坡地建筑更加普遍，比如重庆，大量建筑都是依山而建。 坡地建筑成本相对较高，但优势在于具有丰富的立体层次感，空间变化多样，环境优美。

坡地建筑[1]属于建筑形态的一种，结合山地地貌特征，依照坡度差异进行建筑布局。 坡地建筑设计的几大原则包括尊重自然原则、依山就势原则、经济性原则、美学原则等。 其中依山就势为根据地形的自然形态进行场地设计，不大量开挖方、填方。 如果对坡地建筑的基坑边坡和挡土墙处理不当，就会造成土方开挖量大，结构受力不合理，造价经济性差，不能满足建筑使用功能等。

目前设计行业关于地下工程及挡土墙的研究大多都是基于平地的研究，适用于平地的建筑结构处理方法显然不适合应用在坡地建筑上， 而坡地建筑设计的关键在于边坡及挡土墙的处理[2]。 当前我国针对坡地建筑关于基坑边坡和挡土墙处理的研究比平地的研究数量少， 相关坡地建筑的设计规范也仅仅在地方的一些规范中体现。 因此工程师们在项目设计时，大多都是根据当地类似项目的经验来确定处理吊脚或高差的方法，其中，根据建筑形态与场地的接合方式通常分为埋地式、接地式、离地式。 接地式[3]是重庆地区常见的一种形式，由于其基坑上坡方向形成挖方边坡或基坑边坡，可将其总结为两大类常规处理方案，如图1 所示。

图1 两种常规处理方案

本文以重庆某项目为实例进行分析，说明如何选择合适结构方案及边坡支护方案解决场地高差、地质情况，如何考虑依山就势以减小土方开挖量来减少工程造价，提高项目经济效益。

1 工程概况

某项目位于重庆市主城区，面积约20 万m2，1# 楼为办公楼，2～6# 楼为住宅，7# 为临街商业block。 由于地下室底板、顶板平面分布的高差较大， 通过设置多条变形缝将结构划分为多个单元。本文所述基坑边坡所对应的楼栋6# 楼地上30 层， 地下3 层，剪力墙结构，结构嵌固在基础，抗震等级三级；东、西、北因设置结构缝无挡土墙，仅南侧有挡土墙；原有场地标高约为333.00m，而新建地下室平场后的标高为320.00m（图2）。 基坑边坡高达13m，且基坑边坡南侧红线处坑顶上还有7m 左右的边坡， 基坑总高度达20m。

图2 6#楼平场标高图

根据地勘资料，基坑边坡岩质为中风化泥岩，但由于场地条件限制， 不具备放坡条件；6# 楼与红线外边坡之间为消防扑救场地， 故基坑边坡顶部需考虑消防车荷载。 对于6# 楼一个结构单元，因为有三层地下室及一个架空层，挡土墙高度达13m。

项目前期针对场地分析的目的是选择经济、 适用的方案，既要考虑场地放坡条件，解决临时支护，又要考虑永久挡土，以及场地排水、管网埋设等是否满足要求。

2 方案及分析对比

2.1 方案一：临时基坑边坡

按照图1 中方案一进行处理，地下室外墙采用钢筋混凝土外墙，基坑边坡支护采用临时基坑边坡支护，边坡底部排水沟采用临时排水沟，基坑边坡及挡土墙剖面如图3 所示。

图3 临时基坑边坡（A-A剖面）

方案一的优点：

（1） 场地功能不受限制，场地内的管网埋设不受基坑边坡和挡土墙限制；

（2） 场地排水可顺地表重力流，不受限制；

（3） 基坑边坡按临时设计，施工控制精度及变形控制较永久边坡适当放宽，后期不需变形监测；

（4） 临时基坑边坡比永久基坑边坡造价低。

方案一的缺点：

（1） 高达13m 的主动土压力为单侧土压力，致土推力由主体结构来承担，主体结构受力复杂，结构造价因此增加；

（2） 当地震出现后，地震纵波通过土体传递给主体结构，主体结构需考虑额外的地震放大作用[4]，从而增加结构造价；

（3） 钢筋混凝土挡土墙与主体结构整体浇筑时，形成刚度很大的与剪力墙相似的结构抗侧力构件，使结构单元的刚心与质心产生较大的偏置，从而使得结构单元在水平作用，尤其是地震作用下产生的扭转位移与结构的平均位移之比大大超过规范的范围[5]。

也可以在单体结构平面北侧增设刚度接近的剪力墙，以平衡结构的刚度分布。 由此带来的问题是为了解决结构的模型计算参数，增设的剪力墙不但不具备建筑使用功能，还增加了结构的造价成本。

2.2 方案二：永久基坑边坡

将基坑边坡设计为永久性边坡，地下室挡土墙与基坑边坡合二为一，地下室外墙采用砖砌体填充外墙，边坡底部排水沟采取重力式排水沟，基坑边坡及挡土墙的剖面如图4 所示。

图4 永久基坑边坡（A-A剖面）

方案二的优点：

（1） 由于南侧为中风化岩石边坡，根据临时边坡及永久边坡计算对比分析，临时边坡与永久边坡的造价差异并不太大（大约相差30%左右），因此，与结构主体整浇的钢筋混凝土挡土墙可取消，而采用砌体填充墙代替作为围护，节约了钢筋混凝土挡土墙的造价；

（2） 永久支护结构单独承担岩土水平推力，避免了主体结构因岩土推力产生结构附加的造价增加，而且结构传力直接，受力清晰；

（3） 地下室外墙可仅考虑防潮，不需防水设计，减少后期渗水风险；

（4） 不需回填肥槽，节约工期，减少填方工程造价。

方案二的缺点：

（1） 室外墙与边坡之间形成空腔或者采用结构板封闭，或者敞开，建筑功能和设备管网埋设受到一定限制；

（2） 边坡底部排水沟采取重力式排水沟，受到排水接入点标高限制；

（3） 永久基坑边坡需要进行定期变形观测。

该项目4#，5#，6# 以及7# 商业楼， 均存在接地式吊脚形式，通过以上两个方案的对比分析，与业主进行了多次讨论，从结构设计、基坑边坡设计、施工便捷度、施工周期、土建造价综合多方面因素，这些楼栋最终均采用了方案二作为最后的实施形式，整个项目为业主节约了施工周期约2 个月时间，综合造价节约5%左右，受到业主的好评。

根据以上对比发现， 当基坑边坡后为岩石边坡，场地条件不允许放坡，边坡底部排水能通过重力方式排出，且总图管网埋设不受限制时，采用方案二的综合效益较好。

3 结语

挡土墙的设计应遵循安全、经济、合理的原则，从实际场地出发， 结合地形地质条件及使用要求，因地制宜[6]，以取得最好的社会效益为目的。

本文结合工程实例，通过两种方案对比，分析了坡地接地式建筑的处理技术。当上坡方向基坑边坡形成的吊脚结构，在满足边坡地质条件、场地条件、排水、管网要求的情况下，选择基坑边坡挡土墙合二为一，即主体结构不承受岩土推力的形式，可以为项目节省工程造价，取得良好的综合效益。 研究对相关工程的项目负责人、结构负责人在项目初期对地形地貌较复杂项目进行场地分析、边坡处理、成本控制具有借鉴意义。