吊脚山地建筑边坡稳定性控制与结构设计

吊脚山地建筑边坡稳定性控制与结构设计

李胜

身份证号：342622198910157750

摘要：土质边坡基础嵌固的有效性是山地建筑结构设计的重点，本文提出了严格控制边坡设计、加强主体基础刚度和承载能力以及考虑地震工况等综合措施。山地高层建筑一般无法做地下室，需要根据不同的接地形态有针对性地进行大震抗倾覆验算。

关键词：吊脚山地建筑结构；边坡稳定性；施工可行性；坡地风荷载

引言

中国的山区地大面广，土地资源十分丰富。据统计，中国的山区面积约占全国2/3。但是，山区地面崎岖不平，交通不便，同时还是泥石流、滑坡、山崩等地质灾害多发地区，给山区建筑设计、施工带来了诸多困难。重庆作为典型的山地城市，其建筑多修建于崎岖不平的山地上。建筑场地的开挖和平整需要设置修建不同类型和形式的挡土结构，随着科学技术的发展，边坡规模日趋高大复杂，使得以往单一边坡支挡结构已经不适应发展的潮流。在此形势下，混合支挡结构在技术发展和实践中应运而生。纵观前人的研究成果，对山地地区混合支挡结构涉及较少。

1、山地建筑与支挡结构

山地建筑应充分利用地形地貌、地形高差，合理进行道路及建筑的竖向布置，充分做到场地土石方挖填平衡。并兼顾各项经济指标，最大程度满足建筑功能的需要。项目中楼与楼建筑物垂直高差16m多，而水平距离仅有7m多。设计边坡时，比较了多种方案。如果全部采用抗滑桩，由于挡墙较高（悬臂大），并不经济。全部采用肋锚结构，则上层锚杆无法穿越B6#号楼地下室。最终确定采用桩板挡墙+重力式挡墙的混合支挡结构，该结构的受力特点是利用嵌入基岩的桩承受土体和重力式挡墙的竖向荷载，利用桩上的锚杆锚索承受土体的水平荷载。

2、结构布置

根据建筑与边坡的关系，在满足整体稳定性和建筑与功能的前提下，楼采用框架结构。标高±0.000以下框架柱与基础不等高相连，在-5.500m、-10.000m、-16.700m及-21.000m标高设置平面逐渐退收的结构掉层。为提高结构整体抗扭转能力，同时也尽量保证掉层上下刚度尽量接近，在吊脚高度范围内两个方向均增设4片剪力墙（-16.700m以下由于结构退收，每个方向增设2片剪力墙），剪力墙厚度300mm。为满足建筑功能和造型，靠H轴线侧在-16.700m～±0.000段沿建筑外边设置斜柱，倾斜角度15°～18°。框架柱、斜柱截面尺寸为600mm×600mm。±0.000层及以下掉层结构楼面采用现浇主次梁+现浇板，±0.000层板厚160mm，以下掉层板厚均为130mm。为有效提高教室净高，达到节能减噪目的，同时满足装配率的要求，±0.000以上楼盖采用现浇主梁+装配箱密肋空心楼盖，空心楼盖总厚度390mm，肋梁尺寸150mm宽，上板100mm现浇板，下板为预制装配箱底板。

3、提高建筑边坡支护施工质量的策略

3.1施工要点及注意事项

（1）施工过程中严禁爆破施工，应避免边坡大规模无序施工，加强边坡治理施工和相邻建筑的实时变形监测，以避免和降低对相邻建筑物和设施的影响。（2）施工中应采取可靠的安全措施，施工前坡顶底均应设置好安全围栏和安全警醒标志，全面清理坡面危石及松动岩块。（3）确保道路运营安全，并采取专门有效措施和合理施工方案，对相邻管线进行保护。（4）边坡施工应按“动态设计、信息施工”的原则进行，加强施工期的监测和信息反馈，并根据现场开挖后边坡的裂隙、稳定性等具体岩土情况，复核调整施工处理措施。（5）收集坡顶既有建（构）筑物的基础、荷载及地面堆载情况，边坡设计应考虑其作用。施工时应采用有效措施确保已建建筑（构筑）物及道路的安全，并加强检测。（6）桩、板施工完成后，应将裸露在外的连接钢筋和帮条锚具用混凝土封闭。（7）桩施工应隔桩进行，桩身混凝土应边续灌注，不得形成水平施工缝。（8）施工时当土石方开挖后边坡稳定性较差时，应采用“逆作法”施工，适当加密伸缩缝。（9）挡墙后填料为非渗水土时，应在墙后地面处设置砂砾石反滤层，反滤层的设置方式与重力式挡土墙相同。

3.2吊脚结构抗震性能

吊脚式山地建筑结构房屋的特点是采用长短不同的柱将坡地架空后再修建建筑物。根据历次地震的统计资料，吊脚式山地建筑的架空层易形成柔弱底部，吊脚柱破坏较为严重，且多数为剪切破坏。如何提高吊脚式山地建筑竖向构件的受剪承载力，以达到提高结构整体的抗震性能的目的是本次研究的主要方向。为分析剪力墙对于吊脚建筑结构的抗震性能影响，针对薄弱部位提出相应建议，本论文主要从以下几个方面着手分析考虑：（1）比较地震作用下，吊脚建筑中框架-剪力墙结构与普通框架结构的差异性；（2）分析剪力墙的设置部位对吊脚结构的整体抗侧刚度的影响。该工程主要对建筑的竖向不规则进行分析，默认拟采用的计算模型平面规则。其余模型计算参数如下：抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第一组。

3.3结构加强措施

当采用结构高度不高的高层结构或多层结构时，设置水平向、竖向斜撑可有效提高吊脚部位结构承载力及抗侧刚度。但满足计算要求的同时，应采取适当的结构加强措施，以提高构件延续，增强其耗散地震力的能力。该项目采取加强措施如下：（1）接地吊脚短柱及连梁、上接地柱，提高一级抗震等级并提高配筋率，全长加密配箍；（2）加强上接地楼盖，双层双向配筋，提高配筋率至0.25%；（3）提高坡地桩基础截面及配筋，并沿边坡向设置刚度较大的基础拉梁。

3.4嵌固有效性分析

山地建筑边坡与基础设计应保证基础嵌固的有效性，楼采取下列措施。（1）严格控制放坡坡率不超过1:2.0，采用喷射80mm厚钢筋混凝土护面，并做好边坡截、排水；增大坡底抗滑桩直径及嵌入中风化基岩深度，提高抗滑桩刚度，严格控制坡底桩板挡墙顶部位移。楼范围坡底抗滑桩顶部水平位移控制在35mm以内。（2）增大塔楼桩基刚度，提高桩基混凝土强度等级，桩顶双向设计基础梁拉结。考虑极端条件下边坡表层土体浅层变形，桩基局部外露变成柱子受力模式，按照《混凝土结构设计规范》（GB50010），验算桩基水平抗剪承载力（不考虑土体约束影响），确保桩基抗剪承载力大于相应框架柱底地震作用下水平地震剪力。（3）平时工况一般要考虑上部结构基础对边坡的加载作用，包括竖向荷载和水平荷载。由于该项目场地的特殊性，边坡表层素填土尚未完成自重固结，结构竖向荷载直接通过大直径嵌岩桩传给稳定下伏基岩，稳定计算时滑块下滑力计算不考虑主体结构的竖向荷载，也不考虑桩侧负摩阻力对下滑段（楼桩基均位于下滑段）自重减小的有利作用。如有桩基位于滑坡体的阻滑段，应考虑负摩阻力对整体阻滑的不利影响。主体结构传给边坡的水平荷载采用承载力极限状态的标准组合基底剪力，由于不同位置岩土界面坡度差别很大，按基础实际位置将基顶水平力附加到相应的滑块上。由于山地结构边坡支档结构对结构整体安全至关重要，参《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3），支护桩采用性能化设计方法，性能目标不低于主体结构关键构件的C级。

结束语

山地建筑依山就势而建，应尽可能利用原始地貌地形，避免大开挖或深回填，减小对环境的破坏，防止诱发地质灾害。根据项目特点，本文对吊脚山地结构荷载取值进行了梳理，重点分析了基础与边坡的关系，超限吊脚结构和边坡支护桩采用性能化设计方法，性能目标为C级，论证了施工可行性，为吊脚山地结构设计提供参考。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑边坡工程技术规范：GB50330—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]重庆市建设委员会.地质灾害防治工程设计规范：DB50/5029—2004[S].2004.

[3]中华人民共和国水利部.水利水电工程边坡设计规范：SL386—2007[S].2007.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.山地建筑结构设计标准：JGJ/T472—2020[S].北京：中国建筑工业出版社，2020.