林镇权

厦门陆原建筑设计院有限公司，福建 厦门 361000

1.1 建筑概况

建发玺院住宅楼群建筑项目地处山地区域，主要高层建筑分为9层、18层、24～26层和31～33层等层级，分布于山脚平地和山顶，绝对标高最大高差约为30m，部分建筑塔楼存在临空范围，塔楼范围内最大高差约为12m。基础施工主要采用机械成孔灌注桩的方式，通过地下室结构接地。

1.2 地质概况

经实地勘测，该工程所处山地地区为抗震不利地段，地震烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，地震最大影响系数为0.04。土层主要按照杂填土、坡积黏土、砂土状强风化片岩、碎块状强风化片岩、中风化片岩的顺序分布。基础底面主要位于碎块状强风化片岩、中风化片岩，局部岩面较浅，开挖具有一定难度。

建筑整体采用剪力墙结构。针对基础底面岩层较硬、岩面较浅，不利于开挖的问题，基础设计采用地下室掉层无锚杆连接结构接地，便于利用山地地形高差处的空间，以最高接地点为上基准，按照层高设置楼面[1]。同时，利用结构侧壁充当挡土墙，使主体结构与边坡牢牢嵌固，承受边坡压力参与抗震。

以该工程中典型高层塔楼A栋基础结构为例，其剖面图如图1所示。楼体建筑桩筏基础依山势设定为不同标高变阶基础，阶梯间高差约为6m，掉层部分只架设框架梁，但不设置楼板，形成架空层。每一处变标高的位置加设厚500mm的侧壁作为变阶的连接，兼做挡土墙。工程中，上、下接地端之间最大高差为12m，如遇单个掉层高度达到约12m时，可将掉层参数分别调整为小掉层（两个6m高）、掉层水平距离（约14m）、高宽比例（0.55）。

图1 塔楼A栋基础剖面图

基于复杂的山地地形，建筑工程会受到更强的地震作用和各荷载力的影响，在山地住宅建筑的基础设计中，必须先保证建筑结构的安全稳定性[2]。为此，需要详细计算和分析抗震相关作用力，以便结合其结果采取适合的处置方法，提高建筑的抗震能力和安全性。基础设计抗震相关因素计算分析如下。

（1）抗震性能。计算依据：《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）。结果设定分析：①边坡借力于工程阶梯变标高位置的侧壁同时起到的支护作用，设置为B级性能；
②梁板可协调传递上接地端四面的地震力，按C级性能设计；
③掉层结构的竖向构件与上接地竖向构件的刚度存在较大差异，属抗震薄弱部位，抗震性能设置为B级。

（2）桩基水平承载力。计算依据：《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）。结果设定分析：按配筋率高于0.65%估算，桩水平承载力取10mm位移下的水平力，得到单桩水平承载力为617kN（桩顶水平位移系数按固接取值，为确保桩与筏板固接，桩入承台深度增至150mm）。

（3）土压力。计算依据：静止土压力公式和塔楼桩筏向土传递的附加应力公式。静止土压力公式如下：

式中：γ为土重度；
D为桩直径；
h为阶梯的高度；
k为静止土压力系数；
q为坡体上方均布荷载。

塔楼桩筏向土传递的附加应力公式为

式中：P为基础底面总压力；
A为基础底面面积；
S为地基最终变形量；
E0为土的弹性模量；
b为基础宽度；
υ为泊松比；
w为试验深度与土类有关系数。

结果设定分析：得到Y向总土压力为26127kN，附加应力为40.70kPa，鉴于地基变形量为估算值，将附加应力放大至50kPa。

（4）抗倾覆验算。计算依据：①参考《山地建筑结构设计标准》（GGJ/T 472—2020）；
②抗倾覆力矩MAR；
③倾覆安全系数K。

式中：G1为上部结构楼层提供的总竖向荷载；
B为上部结构的建筑物宽度；
G2为掉层部分楼层提供的总竖向荷载；
b为掉层部分的宽度。

式中：MOV为结构相对于A点的整体倾覆力矩。

结果设定分析：假设掉层结构倾覆点都在基础地面最外侧，以正向荷载作用下的倾覆点A为例，得到A点抗倾覆力矩为6.45×106，倾覆安全系数为3.16，满足安全系数大于3的要求。

4.1 基础结构施工设定

建筑基础采用机械成孔灌注桩施工，桩基持力层主要位于中风化片岩岩层，桩纵向承载力为9000kN，筏板厚1400mm。由于桩筏基础面受弯矩较大，群桩效应可忽略不计[3]。桩基从功能上更接近于支护桩，邻边坡最外侧的桩等同于无侧土嵌固，受力方式与柱极为接近。为了进一步提高桩基的抗弯性能，桩顶入承台的构造措施采用抗拔桩构造，以加强桩与筏板的连接。

4.2 特殊性问题及处理方法

鉴于山地与平地建筑在受力等方面存在较大差异，在进行山地住宅基础设计时，需要在相关计算方面留有一定的富余，同时需针对特殊性问题进一步加强对构造的控制措施，以保证其质量和安全性[4]。

（1）在设计前要提前做好地质安全性评价，保证施工场地可施工的安全性。依据相关的实地地质勘察成果进行系统评价。该工程的建设用地基本符合施工条件，其地质条件基本适宜。

（2）对于台地上的建筑，要根据地形、地貌等影响因素，运用相关软件进行风速压强等参数的室内模拟分析，进而对其参数修正后的数值进行相关运算，并且依据等高线选取适宜的地质灾害参数的合理值。

（3）为了平衡其地下室底板的抗压水平效应，需将上下接地的端板厚度控制在300～500mm，而且相应的配筋率也应有所提高。

（4）桩与承台的连接方式对桩水平力有较大的影响，为了使桩与承台的连接更加紧固，可将其深度增加50m（原有深度为100mm），并且将承台部位进行结构优化，使其成为抗拔桩类型的设施，以强化连接。

（5）依据基坑支护相关的技术规范，最短桩长应按照双排桩支护的方式进行计算，而且对于颗粒较小的碎屑而言（如黏土、粉砂岩等细颗粒），外侧最短桩的支护楔入深度一般在0.6h及以上。由于该项目的短桩楔入区域岩性主要为细碎屑颗粒，L÷h＞0（L为深度，h为高度），基本符合基坑中最短桩的支护要求。

（6）为了保证基础嵌固条件的有效性，用作结构嵌固的边坡应达到罕遇地震作用下不破坏的性能要求。为了确保桩柱结构牢固稳定，除最外侧柱外的其他柱在深度上均应深入薄弱面即中风化岩层，且入中风化层3m，如图2所示。

图2 嵌固深度示意图（单位：mm）

在进行山地高层住宅建筑基础设计时，建筑结构应尽量选择在地质条件较好且稳定的边坡上，并需要加强边坡的支护设计，以保证结构底部与山体连接稳固。另外，在注重项目经济效益的同时，也应注意满足适度的居住所需条件，同时避免对自然环境造成过度破坏。

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