地基基础设计思考与实践（二十）-山地地基

地基基础设计思考与实践（二十）

—山地建筑地基

                         

     结构工程师往往只关注建筑基底范围的地基情况，建筑基底周边一定范围的场地有时和地基基础有关，比如场地类别，但场地类别是地勘给出来的，结构师直接使用，所以结构师关注的还是基底范围地基情况,这对平原建筑基本是没有问题的，但对于山地建筑，仅仅着眼于基底范围内就不够了。

                  

一

   《建筑地基基础规范》对山地建筑第6.1.1（强条）、6.1.2、6.1.3就做了如是规定：

    这里面很多内容和建设场地有关，不是结构工程师能够控制的，但结构师要有这种宏观意识，也就是说对山地建筑要慎重，不能仅仅只看地勘报告，要实地查看，对场地有总体了解，判断宏观、中观和微观各层面的因素。对很多不属于结构师设计范围内的，结构设计总说明中要按上述规范的内容给予说明，要求业主专门另行采取处理措施（假如出现事故，这些属于地基规范的强条，结构师很难证明不是自己的责任），对结构地基有影响的部分设计时要充分考虑，现做如下简述：

   （1）场地排洪问题（地基规范6.1.4条）

    山坡局部一块整平作为建筑场地，但大范围的山坡底的洪水有可能进入场地。这本来属于建筑场地设计的范畴，但因为建筑设计情况的复杂比如甲方委托的设计仅为单体等，这时候结构师需要提醒建筑师和业主，至少在结构图纸上做如下说明：

    本设计仅考虑场地范围内的雨水对结构地基的影响，场地外应做专门的截水沟并经专门的设计，避免场地以外的山洪进入场地，若无法避免时，业主应进行专项的场地排水设计，避免洪水对建筑结构的破坏 （如下图）。

   

   （2）场地及对场地有影响的范围是否存在滑坡、泥石流、山洪、建筑基底范围以外的山坡及场地的稳定性、场地有无采空、岩溶洞、危岩崩塌、因场地挖填堆卸载影响场地的稳定性等。该部分不应该属于结构设计的范围，一般来说结构工程师没有能力对其进行判断，地勘也未必包含此部分的内容。但结构师应该在总说明中注明如： 该场地为山地，业主应专门就什么什么问题（以上所列）委托有关的部门分析评估并采取有关的措施等。

   （3）一般山地场地有大量的挡墙、护坡、锚杆等设计，该部分内容比较复杂，结构工程师一般难当其任，应建议甲方另行委托岩土工程师设计。当然对于简单比较矮的挡土墙（我一般控制在6米以下）结构师也不是不能设计，免的业主对设计有意见。

   （4）以下是结构师设计范围内的了，想推也推不出去：

    地基内岩石厚度及分布；岩石的起伏情况（坡度及坡向）；有无影响地基稳定的临空面；建筑地基的不均匀性；卡斯特地质情况；地基的稳定等。

    场地的地下水对建筑的抗浮设计，要注意短时地表水对结构抗浮的影响。

    这些内容一般比平原地带的地基设计难度要大很多。上期谈过山地特殊地形对地震设计的影响，本次谈下建筑基底范围内山地地基的设计问题（抗浮除外）。  

                           

二

    1、基岩表面坡度的影响

   

    基岩上不均匀的压缩土层必然会引起建筑地基的不均匀沉降，但对建筑伤害的程度如何就千差万别了，需要进行计算及有丰富的经验判断。

   单向坡容易使建筑单向倾斜，《地规》6.2.2给出了无需计算地基变形的条件：

    但4层的砌体和3层的框架的范围很小，按此规定，现在大部分的建筑都要考虑计算地基的变形。

    计算岩层上面土层的沉降时，要知道有刚性下卧层时，上面的土层的变形会变大（上图第2款），这是因为上部土层应力扩散角变小的缘故，本系列（八）谈过这个问题，不再重复。

    当土层为软弱土时，应该验算土的稳定性（上图第3条）。规范对于复杂的地基总是要求设计师验算地基的稳定性。我们系列（十五）谈过，计算的复杂性和参数的离散性使计算结果很值得怀疑（岩土经验更重要），况且复杂的岩石斜面地基呢，所以对位于斜坡基岩上的软弱土以采取处理措施或干脆桩基为宜。

    山间坡地、冲沟、洼地等有局部软弱的坡积土，要注意验算地基变形和软弱下卧层的承载力（上图第4款），算不清的，采用措施处理为宜。

    如上草图，正八字坡的基岩对建筑最为不利，因为建筑两侧类似翘翘板一样的悬臂，满足规范变形要求的所谓的计算数据不一定可靠，建议对地基进行处理，柔性挤密桩、或桩基等解决。

   倒八字是相对有利的地形，因为地基沉降建筑会像深梁一样的上部受压，下部受拉，加强上部结构、基础及底部楼层的纵向构件的刚度和配筋很有必要，比如地梁等，很多时候无需处理地基。

 

    （2）对于石芽密布并出露、大块孤石的地基，地基规范给出了一大堆的不同情况下的处理方法，比如桩、跨越梁、设置沉降缝等，概念很容易理解，但需要地勘的数据的详细，精细设计并不容易。

   

   本文只谈下褥垫，看下图：

    如果不设褥垫，对结构基础的影响不仅仅是坐落于岩石上的零沉降与位于一般土上的沉降之间的差造成的倾斜，还在于局部岩石与土质地基相接处对基础的微观层面的应力集中，对脆性基础比如砖混基础尤甚，对钢筋混凝土基础可能产生裂缝。

    褥垫的作用主要是避免这个微观的应力集中的，犹如CFG桩复合地基的褥垫层通过其侧向挤出而调整着桩和土的应力比。如果理解为：增加了500的褥垫层，可以减少沉降差，概念就偏差了，因为其减少的沉降差是极其有限的。褥垫调整基础局部应力集中的作用无法计算，也无必要，所以这只是一个概念性的具体措施而已，但非常有效。

三

    朋友公司设计四川某地的一个卡斯特地质的项目，请我参谋一下，关于卡斯特地基我的经验也不多，所以吃不准，故只根据我的理解为他们写了几条意见，恰好本系列写的是山地地基，故抄录与大家探讨。本系列读者的留言往往给我很大的收获，希望大家也在岩溶地基上面提供宝贵的见解。

    项目为工业建筑，是几栋单层大跨度的散料仓库 。

           

            关于四川某项目地基基础的设计意见

    1：该场地地形复杂，有溶洞，且下层岩石坡度较大，地基基础设计应该适当保守些。

   

    原地勘报告中给出的第2层粉质粘土和4-1层强风化岩，不宜作为持力层：

 

    但从提供的承载力数据和一般情况来说是可以作为地基持力层的。甲方为了经济质询地勘，地勘单位将2层粉质粘土修改成可以作为持力层，并说是笔误。但我觉的不是，应该是因为下层的基岩坡度太大，该土层厚薄不均，地勘单位是从偏于保守的角度考虑的。故设计若采用该层土做持力层时，应加大基础面积和刚度，适当保守。   

   

    2：

    地勘说岩溶发育主要在3~5米浅层，但实际给出的均为岩石溶洞深度约5~12米，所以地勘给出的剖面未必能真实的反应实际情况。地勘只给出了孔位揭露的溶洞，从概率上说其它地方也应该会有，除常规的钻孔勘察外，我们应该要求地勘采用溶洞透视仪、地质雷达等方法进行补充勘察，以查明基底范围内的溶洞或土洞的分布情况。

    建议设计院给业主去函提出要求。但实际未必能做到，所以我们设计尽量考虑周全些慎重些。有利的一点是对于一般的民用建筑，这些单层的大跨度库房，对变形相对不敏感。

   3：

    建议该库均按条基设计（山墙无需），并根据2层到基岩的不同厚度适当增加基础宽度（计算的沉降差仅供参考），从而减少不均匀沉降，对距离基岩很近的部分，可以做独立基础，但在粉质粘土厚度开始增大的地方开始做拉梁。 做条基好处是假如遇到溶洞，条基可以起到跨越作用。

 

     4：

  

   这个库房，因三面正好有散料挡墙，利用挡墙基础作为连接的条基，一举两得。设计师担心挡墙荷载作用在主体基础上不好计算怕审图不好过，采用挡墙基础和主体基础断开的方式，我觉的没必要。设计主体基础时加上这个挡墙弯矩即可（挡墙和主体钢柱离开至少100）。两者分别计算，实际连在一起，这样偏于保守，审图问题不大。
    建筑前面因为没有挡墙，建议做成独基加条基，至少做上拉梁。

    3：该项目有大面积地面堆载很重，分别为100和60KN/平米，对建筑沉降有较大的影响，但我们设计并未考虑。回填土未自重固结，查看下地基剖面，要求对这部分填土做强夯处理。同时考虑地面荷载对建筑变形的影响，如果算不清，应该人为加大基础面积。

   4：地震放大系数1.4，因为是6度区   可能影响不大。  

   5：场地属于不适于建筑场地（勘察这样可以避免责任），我们地基基础设计尽量考虑周全和保守些。

      6：总说明和基础图纸里这段话：

    照抄地勘的原话不合适，建议后半部分改一下：
    场地存在......综合判定为岩溶中等发育期。 本设计根据甲方提供的地勘报告及考虑地勘揭露的岩石层溶洞分布进行设计的，因布点距离原因，在建筑基础以下可能存在勘察未发现的岩层溶洞和浅层发育的土洞，在基础施工前，必须对基底范围内进行施工勘察。对可能影响上部结构和基础的岩层溶洞一般采用开孔灌注素混凝土处理，土洞需要挖开重新回填，具体措施需要通知设计人根据根据发现的溶洞土洞等情况进行处理。

    我们要求进行施工阶段勘察，现场未必做的到，但对设计是避免意外情况发生的一种保护。                                          

                                           2021年6月11日

参考文献：

1：地基基础工程283问    刘惠珊 等

2：《抗震设计规范》及条文。

3：《建筑地基基础设计规范》、《桩基设计规范》等及条文。

4：基础工程、土力学   清华大学 李广信等  

5：某公司项目的地勘及初步设计资料