坡地建筑、岩石地基的基础设计探讨

张建北

在山区或者坡地建筑工程设计过程中，经常会碰到以下情况：坚硬岩石层的顶面变化大、岩石中间夹杂黏土等软弱夹层，坡地建筑周边地坪标高不同，各方向埋深不同，建筑基础在山坡上开挖基坑时影响原山体地下水的流动，基础持力层为岩石时基础埋深不满足规范要求的深度。这些因素都会给设计带来挑战，增加设计的复杂性。下文为本人设计的几个坡地建筑、岩石地基的工程案例，均已竣工多年，沉降稳定。对该类地基基础的设计进行总结，供同类工程参考。

一、平顶山某高层住宅楼

该项目地上33层，地下1层，剪力墙结构。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别I0类，特征周期为0.20s。土层从上到下分别为第1层杂填土，第2层粉质粘土，第3层全风化砂岩夹页岩，第4层强风化砂岩夹页岩，第5层中风化砂岩夹页岩。

地勘报告建议的基础持力层为第4层强风化砂岩夹页岩，地基承载力特征值为750kPa。基坑开挖至设计标高后，部分与地勘资料不符，补充勘探后发现岩层顶北高南低（见图1 补充地勘剖面图），岩顶最深的地方距基底4m深。地勘单位最开始提的方案是用C10毛石混凝土回填至基底标高，但后经综合技术经济分析，认为该部分混凝土回填量过大，最终采用变标高筏板基础，基底做1∶2台阶式放坡，在南侧比较深的地方局部设夹层，该部分构造参考箱型基础做法（见图2 基础剖面图）。在夹层内沿基础斜面方向增设横向剪力墙，提高基础刚度。

图1 补充地勘剖面图

图2 基础剖面图

二、海南保亭某住宅小区

该项目场地为坡地，场地原始标高变化大，方案设计时尽量利用自然地形布置建筑，场区局部剖面见图3， 土层典型剖面见图4。地上11～12层，部分楼栋无地下室，部分楼栋设1层地下室，剪力墙结构。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别II类，特征周期为0.35s。土层从上到下分别为第1层杂填土，第2层砾砂，第3层砾质粘性土，第4层强风化花岗岩，第5层中等风化花岗岩。中风化花岗岩饱和单轴抗压强度标准值为56.28MPa，岩体大多较破碎，RQD=12～88，岩体基本质量等级为Ⅳ级，承载力特征值为5000kPa。

图3 土层典型剖面图（1）

图4 土层典型剖面图（2）

地勘报告建议高层建筑采用冲孔灌注桩基础，以第5层中等风化花岗岩为桩端持力层，对于个别建筑基底标高低于第5层岩面标高的，可以采用天然地基，以第5层作为基础持力层 。桩基础设计时我们比较了桩+承台梁基础和桩+筏板基础，桩尽可能布置于剪力墙下面或附近，便于就近传力，减小承台梁和筏板的内力。比较的结果是对于未设地下室的楼栋，采用桩+承台梁方案经济；对于设有地下室的楼栋，采用桩+筏板经济。由于岩层顶标高变化大，基础底与岩层顶的高差也大，部分楼栋的高差从0m到10m，综合考虑后按以下原则进行设计：根据地勘报告中的岩顶标高图确定岩顶标高，当基底距岩顶的距离小于0.5m时直接做天然地基，基础采用局部筏板基础和墙下条形基础，基础进入中风化岩岩体深度不小于0.5m；当基底距岩顶的距离为0.5～6m之间时采用墩基础，将600mm直径的桩改为900mm直径的墩，墩的构造做法参考桩基础，墩的承载力按天然地基计算；当基底距岩顶的距离大于6m时采用桩基础，工程桩桩径为600mm。这样本工程的基础就采用天然地基局部基础+墩基础+桩基础的组合做法。开挖至岩顶标高后如果与设计要求不符时及时与设计沟通，进行图纸调整。在施工过程中，有的楼栋开挖时发现了局部岩石，肉眼看着像孤石或者局部岩石，经与地勘及施工单位沟通，采取了如下措施：

（1）首先确认该岩石是否为中风化岩，若是，则需要判断此区域内桩顶标高下5m范围内有无软弱夹层、断裂破碎带、孤石和洞穴分布，若无，则可做天然地基条形基础或者筏板；（2）若不满足以上条件，则按照原施工方案，打桩穿透孤石至稳定中风化岩。

部分楼栋未设地下室，当基础在满足进入岩石持力层的前提下适当浅埋，如果埋深不满足地基基础规范要求时，按罕遇地震作用进行抗滑移和抗倾覆稳定性验算，确保大震不倒。计算时可采用振型分解反应谱法，调整成对应的罕遇地震相应的计算参数，核对程序计算结果中的抗倾覆验算结果。抗滑移验算取该计算结果的水平荷载与重力作用下的摩擦力对比。由于本工程单体层数不多，各子项均能满足要求。

部分主楼周边埋深不同，且由于景观原因未采取坡顶侧设永久挡墙与主体结构脱开的方案，结构计算时要把地下室外墙传来的水平荷载差作为附加荷载考虑到结构上，如果坡底边由于无土不需要设挡土墙时，则应在未设挡土墙侧适当增设剪力墙数量，增加该侧结构刚度，避免由于仅一边挡土墙造成的结构刚度偏心过大。

本项目为坡地建筑，院区标高差异大。地勘报告中论述地下水位低于地下室基础底板，可不考虑地下水抗浮。我们在设计地下室挡土墙时考虑了地表水的影响，尤其是在南方地区，在雨季里短时下雨量会非常大，雨水如果排放不及会对挡土墙产生不利影响。地下室的开挖有时会影响原有地势的地下水流向，可能造成坡顶侧挡土墙部位的水头上升，对挡土墙和基础产生不利影响，所以此时防水应考虑地下水的水流梯度影响，地下室外墙、底板根据室外地坪标高分区域考虑设防水位。

三、海南澄迈某医疗养老项目门诊楼

该项目主楼地上15层，裙楼5层，1层地下室。主楼建筑高度为64.5m，裙楼建筑高度为22.2m，地上建筑面积为64100m2，框架剪力墙结构。抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第二组，建筑场地类别II类，特征周期为0.40s。土层从上到下分别为第1层粘土，第2层强风化玄武岩，第3层中等风化玄武岩，局部孔有土层3-1粘土层和3-2强风化凝灰岩，局部孔有第4层强风化凝灰岩。土层典型剖面见图5、图6。其中第3层中等风化玄武岩分布全场地，局部间夹5～15cm风化土，RQD=20～90。该层岩体基本质量等级为Ⅳ类，岩石饱和单轴抗压强度平均值frk=46.39MPa，由于岩石均匀性整体性一般，裂隙发育，局部间夹5～15cm风化土，地勘建议承载力特征值fak=2500kPa。

地勘报告建议门诊楼基础方案如下：基坑开挖后大部分处于第2层强风化玄武岩中，局部处于第3层中等风化玄武岩中，适宜采用天然地基方案，采用第2层强风化玄武岩、第3层中等风化玄武岩共同作为基础持力层，基础形式采用片筏基础。或采用墩基础结合桩基础方案，采用第3层中等风化玄武岩作为基础持力层，桩型可采用冲孔灌注桩。裙楼可采用独立基础，各岩土层均为作为基础持力层。

本项目地基基础设计有两个特点，一是岩石顶标高不同，二是持力层第3层中等风化玄武岩中间局部有夹层，而且夹层位置离基底标高不均匀。设计主楼基础时进行了方案比选：方案一是主楼基础采用筏板基础，柱下设柱墩，由于筏板基础大部分处于第2层强风化玄武岩中，局部处于第3层中等风化玄武岩中，筏板截面及配筋较大，沉降差大。方案二采用天然地基独基条基或局部筏板+墩基础+桩基础，基础或桩端持力层均为第3层中等风化玄武岩，该方案传力短捷、明确，沉降差异小，综合造价低，但该方案存在桩进入第3层中风化岩较深，成桩困难，而且中间有软弱夹层，需要施工前进行超前钻，了解桩端下面土层情况。经综合考虑，最终采用的是方案二。设计前先进行了试桩，设计院根据试桩结果及地勘报告进行施工图设计。设计要求桩基施工前须进行超前钻，钻孔位置为每个框架柱和墙下，深度为第三层中风化玄武岩顶面下5.5m。超前钻施工时施工单位根据地勘情况，部分地方加密了超前钻布孔数量。根据超前钻结果能够更准确的了解柱、墙下和桩端土层情况，设计院根据超前钻的结果对设计进行了调整，独基条基或桩端下5m范围内如果有软弱夹层时采用桩基础穿过软弱夹层。最终本项目采用了天然地基局部筏板、独基、条基+墩基础+桩基础的组合基础形式。

四、结论与建议

（1）基础持力层为岩石且顶标高倾斜量大时，可考虑将筏板基础按1∶2放坡，局部层高大的部位设夹层，参考箱型基础做法，并沿斜面方向增设剪力墙，加强基础刚度。

（2）岩石顶标高距基底差异大时可根据岩石顶与基础底的距离做成天然地基独基、条基、局部筏板、墩基、桩基的组合形式，保证基础持力层位于同一岩石层上。

（3）岩石地基中如果岩石中间夹有软弱土层时，应在柱、墙、桩下一定范围进行超前钻，确定软弱夹层的位置，如果夹层顶距基底或桩端底小于5m，要考虑打桩穿越该夹层。

（4）岩石地基中如果基础埋深不满足规范要求时要按罕遇地震作用验算抗滑移和抗倾覆稳定性。建筑周边地坪高度不同时要根据周边土体对建筑的约束程度确定建筑高度、基础埋深、抗震等级，差异大时建筑高度和抗震等级按坡底取值，嵌固端可按坡地上下层分别计算包络设计。

（5）主楼周边埋深不同时要把挡土侧外墙传来的水平荷载作用到结构上。此时未设挡土墙侧应适当增设剪力墙，平衡由于对边设挡土墙造成的结构刚心偏移过大。

（6）对坡地建筑下面可能有坚硬岩石时在方案设计之前宜先做初勘，初步确定岩层顶标高，便于合理考虑地下室方案。