坡地建筑、巖石地基的基礎設計探討

張建北

在山區或者坡地建筑工程設計過程中，經常會碰到以下情況：堅硬巖石層的頂面變化大、巖石中間夾雜黏土等軟弱夾層，坡地建筑周邊地坪標高不同，各方向埋深不同，建筑基礎在山坡上開挖基坑時影響原山體地下水的流動，基礎持力層為巖石時基礎埋深不滿足規范要求的深度。這些因素都會給設計帶來挑戰，增加設計的復雜性。下文為本人設計的幾個坡地建筑、巖石地基的工程案例，均已竣工多年，沉降穩定。對該類地基基礎的設計進行總結，供同類工程參考。

一、平頂山某高層住宅樓

該項目地上33層，地下1層，剪力墻結構。抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第一組，建筑場地類別I0類，特征周期為0.20s。土層從上到下分別為第1層雜填土，第2層粉質粘土，第3層全風化砂巖夾頁巖，第4層強風化砂巖夾頁巖，第5層中風化砂巖夾頁巖。

地勘報告建議的基礎持力層為第4層強風化砂巖夾頁巖，地基承載力特征值為750kPa。基坑開挖至設計標高后，部分與地勘資料不符，補充勘探后發現巖層頂北高南低（見圖1 補充地勘剖面圖），巖頂最深的地方距基底4m深。地勘單位最開始提的方案是用C10毛石混凝土回填至基底標高，但后經綜合技術經濟分析，認為該部分混凝土回填量過大，最終采用變標高筏板基礎，基底做1∶2臺階式放坡，在南側比較深的地方局部設夾層，該部分構造參考箱型基礎做法（見圖2 基礎剖面圖）。在夾層內沿基礎斜面方向增設橫向剪力墻，提高基礎剛度。

圖1 補充地勘剖面圖

圖2 基礎剖面圖

二、海南保亭某住宅小區

該項目場地為坡地，場地原始標高變化大，方案設計時盡量利用自然地形布置建筑，場區局部剖面見圖3， 土層典型剖面見圖4。地上11～12層，部分樓棟無地下室，部分樓棟設1層地下室，剪力墻結構。抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第一組，建筑場地類別II類，特征周期為0.35s。土層從上到下分別為第1層雜填土，第2層礫砂，第3層礫質粘性土，第4層強風化花崗巖，第5層中等風化花崗巖。中風化花崗巖飽和單軸抗壓強度標準值為56.28MPa，巖體大多較破碎，RQD=12～88，巖體基本質量等級為Ⅳ級，承載力特征值為5000kPa。

圖3 土層典型剖面圖（1）

圖4 土層典型剖面圖（2）

地勘報告建議高層建筑采用沖孔灌注樁基礎，以第5層中等風化花崗巖為樁端持力層，對于個別建筑基底標高低于第5層巖面標高的，可以采用天然地基，以第5層作為基礎持力層 。樁基礎設計時我們比較了樁+承臺梁基礎和樁+筏板基礎，樁盡可能布置于剪力墻下面或附近，便于就近傳力，減小承臺梁和筏板的內力。比較的結果是對于未設地下室的樓棟，采用樁+承臺梁方案經濟；對于設有地下室的樓棟，采用樁+筏板經濟。由于巖層頂標高變化大，基礎底與巖層頂的高差也大，部分樓棟的高差從0m到10m，綜合考慮后按以下原則進行設計：根據地勘報告中的巖頂標高圖確定巖頂標高，當基底距巖頂的距離小于0.5m時直接做天然地基，基礎采用局部筏板基礎和墻下條形基礎，基礎進入中風化巖巖體深度不小于0.5m；當基底距巖頂的距離為0.5～6m之間時采用墩基礎，將600mm直徑的樁改為900mm直徑的墩，墩的構造做法參考樁基礎，墩的承載力按天然地基計算；當基底距巖頂的距離大于6m時采用樁基礎，工程樁樁徑為600mm。這樣本工程的基礎就采用天然地基局部基礎+墩基礎+樁基礎的組合做法。開挖至巖頂標高后如果與設計要求不符時及時與設計溝通，進行圖紙調整。在施工過程中，有的樓棟開挖時發現了局部巖石，肉眼看著像孤石或者局部巖石，經與地勘及施工單位溝通，采取了如下措施：

（1）首先確認該巖石是否為中風化巖，若是，則需要判斷此區域內樁頂標高下5m范圍內有無軟弱夾層、斷裂破碎帶、孤石和洞穴分布，若無，則可做天然地基條形基礎或者筏板；（2）若不滿足以上條件，則按照原施工方案，打樁穿透孤石至穩定中風化巖。

部分樓棟未設地下室，當基礎在滿足進入巖石持力層的前提下適當淺埋，如果埋深不滿足地基基礎規范要求時，按罕遇地震作用進行抗滑移和抗傾覆穩定性驗算，確保大震不倒。計算時可采用振型分解反應譜法，調整成對應的罕遇地震相應的計算參數，核對程序計算結果中的抗傾覆驗算結果。抗滑移驗算取該計算結果的水平荷載與重力作用下的摩擦力對比。由于本工程單體層數不多，各子項均能滿足要求。

部分主樓周邊埋深不同，且由于景觀原因未采取坡頂側設永久擋墻與主體結構脫開的方案，結構計算時要把地下室外墻傳來的水平荷載差作為附加荷載考慮到結構上，如果坡底邊由于無土不需要設擋土墻時，則應在未設擋土墻側適當增設剪力墻數量，增加該側結構剛度，避免由于僅一邊擋土墻造成的結構剛度偏心過大。

本項目為坡地建筑，院區標高差異大。地勘報告中論述地下水位低于地下室基礎底板，可不考慮地下水抗浮。我們在設計地下室擋土墻時考慮了地表水的影響，尤其是在南方地區，在雨季里短時下雨量會非常大，雨水如果排放不及會對擋土墻產生不利影響。地下室的開挖有時會影響原有地勢的地下水流向，可能造成坡頂側擋土墻部位的水頭上升，對擋土墻和基礎產生不利影響，所以此時防水應考慮地下水的水流梯度影響，地下室外墻、底板根據室外地坪標高分區域考慮設防水位。

三、海南澄邁某醫療養老項目門診樓

該項目主樓地上15層，裙樓5層，1層地下室。主樓建筑高度為64.5m，裙樓建筑高度為22.2m，地上建筑面積為64100m2，框架剪力墻結構。抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.20g，設計地震分組為第二組，建筑場地類別II類，特征周期為0.40s。土層從上到下分別為第1層粘土，第2層強風化玄武巖，第3層中等風化玄武巖，局部孔有土層3-1粘土層和3-2強風化凝灰巖，局部孔有第4層強風化凝灰巖。土層典型剖面見圖5、圖6。其中第3層中等風化玄武巖分布全場地，局部間夾5～15cm風化土，RQD=20～90。該層巖體基本質量等級為Ⅳ類，巖石飽和單軸抗壓強度平均值frk=46.39MPa，由于巖石均勻性整體性一般，裂隙發育，局部間夾5～15cm風化土，地勘建議承載力特征值fak=2500kPa。

地勘報告建議門診樓基礎方案如下：基坑開挖后大部分處于第2層強風化玄武巖中，局部處于第3層中等風化玄武巖中，適宜采用天然地基方案，采用第2層強風化玄武巖、第3層中等風化玄武巖共同作為基礎持力層，基礎形式采用片筏基礎。或采用墩基礎結合樁基礎方案，采用第3層中等風化玄武巖作為基礎持力層，樁型可采用沖孔灌注樁。裙樓可采用獨立基礎，各巖土層均為作為基礎持力層。

本項目地基基礎設計有兩個特點，一是巖石頂標高不同，二是持力層第3層中等風化玄武巖中間局部有夾層，而且夾層位置離基底標高不均勻。設計主樓基礎時進行了方案比選：方案一是主樓基礎采用筏板基礎，柱下設柱墩，由于筏板基礎大部分處于第2層強風化玄武巖中，局部處于第3層中等風化玄武巖中，筏板截面及配筋較大，沉降差大。方案二采用天然地基獨基條基或局部筏板+墩基礎+樁基礎，基礎或樁端持力層均為第3層中等風化玄武巖，該方案傳力短捷、明確，沉降差異小，綜合造價低，但該方案存在樁進入第3層中風化巖較深，成樁困難，而且中間有軟弱夾層，需要施工前進行超前鉆，了解樁端下面土層情況。經綜合考慮，最終采用的是方案二。設計前先進行了試樁，設計院根據試樁結果及地勘報告進行施工圖設計。設計要求樁基施工前須進行超前鉆，鉆孔位置為每個框架柱和墻下，深度為第三層中風化玄武巖頂面下5.5m。超前鉆施工時施工單位根據地勘情況，部分地方加密了超前鉆布孔數量。根據超前鉆結果能夠更準確的了解柱、墻下和樁端土層情況，設計院根據超前鉆的結果對設計進行了調整，獨基條基或樁端下5m范圍內如果有軟弱夾層時采用樁基礎穿過軟弱夾層。最終本項目采用了天然地基局部筏板、獨基、條基+墩基礎+樁基礎的組合基礎形式。

四、結論與建議

（1）基礎持力層為巖石且頂標高傾斜量大時，可考慮將筏板基礎按1∶2放坡，局部層高大的部位設夾層，參考箱型基礎做法，并沿斜面方向增設剪力墻，加強基礎剛度。

（2）巖石頂標高距基底差異大時可根據巖石頂與基礎底的距離做成天然地基獨基、條基、局部筏板、墩基、樁基的組合形式，保證基礎持力層位于同一巖石層上。

（3）巖石地基中如果巖石中間夾有軟弱土層時，應在柱、墻、樁下一定范圍進行超前鉆，確定軟弱夾層的位置，如果夾層頂距基底或樁端底小于5m，要考慮打樁穿越該夾層。

（4）巖石地基中如果基礎埋深不滿足規范要求時要按罕遇地震作用驗算抗滑移和抗傾覆穩定性。建筑周邊地坪高度不同時要根據周邊土體對建筑的約束程度確定建筑高度、基礎埋深、抗震等級，差異大時建筑高度和抗震等級按坡底取值，嵌固端可按坡地上下層分別計算包絡設計。

（5）主樓周邊埋深不同時要把擋土側外墻傳來的水平荷載作用到結構上。此時未設擋土墻側應適當增設剪力墻，平衡由于對邊設擋土墻造成的結構剛心偏移過大。

（6）對坡地建筑下面可能有堅硬巖石時在方案設計之前宜先做初勘，初步確定巖層頂標高，便于合理考慮地下室方案。