某山地高層住宅基礎設計

林鎮權

廈門陸原建筑設計院有限公司，福建 廈門 361000

1 工程概況

1.1 建筑概況

建發璽院住宅樓群建筑項目地處山地區域，主要高層建筑分為9層、18層、24～26層和31～33層等層級，分布于山腳平地和山頂，絕對標高最大高差約為30m，部分建筑塔樓存在臨空范圍，塔樓范圍內最大高差約為12m?；A施工主要采用機械成孔灌注樁的方式，通過地下室結構接地。

1.2 地質概況

經實地勘測，該工程所處山地地區為抗震不利地段，地震烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，地震最大影響系數為0.04。土層主要按照雜填土、坡積黏土、砂土狀強風化片巖、碎塊狀強風化片巖、中風化片巖的順序分布?；A底面主要位于碎塊狀強風化片巖、中風化片巖，局部巖面較淺，開挖具有一定難度。

2 結構設計

建筑整體采用剪力墻結構。針對基礎底面巖層較硬、巖面較淺，不利于開挖的問題，基礎設計采用地下室掉層無錨桿連接結構接地，便于利用山地地形高差處的空間，以最高接地點為上基準，按照層高設置樓面[1]。同時，利用結構側壁充當擋土墻，使主體結構與邊坡牢牢嵌固，承受邊坡壓力參與抗震。

以該工程中典型高層塔樓A棟基礎結構為例，其剖面圖如圖1所示。樓體建筑樁筏基礎依山勢設定為不同標高變階基礎，階梯間高差約為6m，掉層部分只架設框架梁，但不設置樓板，形成架空層。每一處變標高的位置加設厚500mm的側壁作為變階的連接，兼做擋土墻。工程中，上、下接地端之間最大高差為12m，如遇單個掉層高度達到約12m時，可將掉層參數分別調整為小掉層（兩個6m高）、掉層水平距離（約14m）、高寬比例（0.55）。

圖1 塔樓A棟基礎剖面圖

3 抗震相關因素計算分析

基于復雜的山地地形，建筑工程會受到更強的地震作用和各荷載力的影響，在山地住宅建筑的基礎設計中，必須先保證建筑結構的安全穩定性[2]。為此，需要詳細計算和分析抗震相關作用力，以便結合其結果采取適合的處置方法，提高建筑的抗震能力和安全性?；A設計抗震相關因素計算分析如下。

（1）抗震性能。計算依據：《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3—2010）。結果設定分析：①邊坡借力于工程階梯變標高位置的側壁同時起到的支護作用，設置為B級性能；②梁板可協調傳遞上接地端四面的地震力，按C級性能設計；③掉層結構的豎向構件與上接地豎向構件的剛度存在較大差異，屬抗震薄弱部位，抗震性能設置為B級。

（2）樁基水平承載力。計算依據：《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008）。結果設定分析：按配筋率高于0.65%估算，樁水平承載力取10mm位移下的水平力，得到單樁水平承載力為617kN（樁頂水平位移系數按固接取值，為確保樁與筏板固接，樁入承臺深度增至150mm）。

（3）土壓力。計算依據：靜止土壓力公式和塔樓樁筏向土傳遞的附加應力公式。靜止土壓力公式如下：

式中：γ為土重度；D為樁直徑；h為階梯的高度；k為靜止土壓力系數；q為坡體上方均布荷載。

塔樓樁筏向土傳遞的附加應力公式為

式中：P為基礎底面總壓力；A為基礎底面面積；S為地基最終變形量；E0為土的彈性模量；b為基礎寬度；υ為泊松比；w為試驗深度與土類有關系數。

結果設定分析：得到Y向總土壓力為26127kN，附加應力為40.70kPa，鑒于地基變形量為估算值，將附加應力放大至50kPa。

（4）抗傾覆驗算。計算依據：①參考《山地建筑結構設計標準》（GGJ/T 472—2020）；②抗傾覆力矩MAR；③傾覆安全系數K。

式中：G1為上部結構樓層提供的總豎向荷載；B為上部結構的建筑物寬度；G2為掉層部分樓層提供的總豎向荷載；b為掉層部分的寬度。

式中：MOV為結構相對于A點的整體傾覆力矩。

結果設定分析：假設掉層結構傾覆點都在基礎地面最外側，以正向荷載作用下的傾覆點A為例，得到A點抗傾覆力矩為6.45×106，傾覆安全系數為3.16，滿足安全系數大于3的要求。

4 基礎施工設計

4.1 基礎結構施工設定

建筑基礎采用機械成孔灌注樁施工，樁基持力層主要位于中風化片巖巖層，樁縱向承載力為9000kN，筏板厚1400mm。由于樁筏基礎面受彎矩較大，群樁效應可忽略不計[3]。樁基從功能上更接近于支護樁，鄰邊坡最外側的樁等同于無側土嵌固，受力方式與柱極為接近。為了進一步提高樁基的抗彎性能，樁頂入承臺的構造措施采用抗拔樁構造，以加強樁與筏板的連接。

4.2 特殊性問題及處理方法

鑒于山地與平地建筑在受力等方面存在較大差異，在進行山地住宅基礎設計時，需要在相關計算方面留有一定的富余，同時需針對特殊性問題進一步加強對構造的控制措施，以保證其質量和安全性[4]。

（1）在設計前要提前做好地質安全性評價，保證施工場地可施工的安全性。依據相關的實地地質勘察成果進行系統評價。該工程的建設用地基本符合施工條件，其地質條件基本適宜。

（2）對于臺地上的建筑，要根據地形、地貌等影響因素，運用相關軟件進行風速壓強等參數的室內模擬分析，進而對其參數修正后的數值進行相關運算，并且依據等高線選取適宜的地質災害參數的合理值。

（3）為了平衡其地下室底板的抗壓水平效應，需將上下接地的端板厚度控制在300～500mm，而且相應的配筋率也應有所提高。

（4）樁與承臺的連接方式對樁水平力有較大的影響，為了使樁與承臺的連接更加緊固，可將其深度增加50m（原有深度為100mm），并且將承臺部位進行結構優化，使其成為抗拔樁類型的設施，以強化連接。

（5）依據基坑支護相關的技術規范，最短樁長應按照雙排樁支護的方式進行計算，而且對于顆粒較小的碎屑而言（如黏土、粉砂巖等細顆粒），外側最短樁的支護楔入深度一般在0.6h及以上。由于該項目的短樁楔入區域巖性主要為細碎屑顆粒，L÷h＞0（L為深度，h為高度），基本符合基坑中最短樁的支護要求。

（6）為了保證基礎嵌固條件的有效性，用作結構嵌固的邊坡應達到罕遇地震作用下不破壞的性能要求。為了確保樁柱結構牢固穩定，除最外側柱外的其他柱在深度上均應深入薄弱面即中風化巖層，且入中風化層3m，如圖2所示。

圖2 嵌固深度示意圖（單位：mm）

5 結束語

在進行山地高層住宅建筑基礎設計時，建筑結構應盡量選擇在地質條件較好且穩定的邊坡上，并需要加強邊坡的支護設計，以保證結構底部與山體連接穩固。另外，在注重項目經濟效益的同時，也應注意滿足適度的居住所需條件，同時避免對自然環境造成過度破壞。