复杂山体与退台建筑

山地退台建筑问题的分析及其防治李 荣1 秦 刚2 吴 莉2(1云南省第二监狱，昆明 650102；2 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院，昆明 650051)摘要：云南多数地区地处山地，本文通过某退台建筑工程中的一些典型问题，总结了场地、边坡和退台建筑物相互间的特点和一些不良影响，分析了问题产生的原因，提出了防治的一般措施和注意事项。关键词：退台建筑；山地；挖填方；标高协调；边坡1 引 言在现代的多数城市建设中，用地面积越来越有限，尤其是云南多山地、丘陵的地带，原本用地面积就有限，再加上地形限制，山地退台建筑成为一种趋势。退台建筑是在特定的自然地理条件及人文历史发展影响下逐渐形成，他因地制宜，整体建筑层次变化，建筑单体高低错落。对于多山地带，可以远离城市的喧嚣和污染，又借助了自然地形与风光，其建筑形式大受欢迎。因城市规模的发展，住宅用地已远远无法满足人民的生活需求，部分地区利用退台式建筑在山地丘陵建设住宅。退台建筑若设计合理可以有诸多好处，如采光面积大、增加观赏平台及同等面积的增加使用率，同时最为重要的就是人和自然和谐共存。但是目前对于这样一种新的建筑理念，各方面都缺乏经验，如投资方和房屋设计单位对退台建筑形式、场地地形、地质状况的理解不深，往往出现很多问题。如何利用山地建设退台建筑是个比较复杂的问题，需要综合考虑。本文以某小区项目为例，探讨了目前退台建设中的一些问题，分析了其产生的原因并提出了在未来此种类型建设的一些措施和注意事项。2 概况该项目为某单位的职工经济适用住宅，修建在锅盖山上（为一馒头状山体）。由于职工需求较大，用地面积较小，所以间距较近。同时该丘陵的地质条件较为复杂，存在有滑坡、褶皱、溶沟溶槽及工程中的挖填方等问题。加之设计方对于这种新的建筑形式认识不足，导致在工程建设中遇到了一系列问题。2.1地质概况拟建场区地处昆明古滇池湖积盆地北缘与低山丘陵的过渡地带，地貌上属浅切割剥蚀低山丘陵地貌类型。场区原始地形为一孤立丘陵，总体中部高而四周低，丘陵顶部地形平缓，海拔约2045m。丘陵四周斜坡较陡，自然地形坡度1530，地面标高介于1970.632041.62m之间；北、东两面因采石在场地外形成7080人工高陡边坡，地面标高介于1939.522033.20m之间。开发用地在标高1990.0以上拟建场区区域地质构造上处于扬子准地台滇东褶皱带内的昆明褶束之北部，南北走向构造形迹非常发育，其中规模最大的大三家向斜，长达22km，槽宽0.52km，褶皱走向为NNE5，两翼皆向东倾，呈向东倒转的向斜，勘察场地所在位置处于该向斜的东翼南端，场地邻近区域有两条南北向的逆冲断层，断层面向东倾，均属张性断裂，延伸距离长短不一，为非活动性断裂，对场地稳定性影响不大。受上述南北走向构造带影响，拟建场地处于一小型背斜核部，该背斜轴向约NNW10，轴面倾向NEE，倾角约70；西翼近直立，岩层产状2602808090，东翼岩层产状801104560，南端岩层南向缓倾，形成一个北侧开口的似穹隆构造。该背斜核部地层为震旦系灯影组（Zbdl）白云岩局部夹砂质页岩，两翼地层向外延伸分别为震旦系渔户村组（Zby）白云岩及寒武系邛竹寺组地层，拟建场区内仅揭露到震旦系灯影组（Zbdl）白云岩、砂质页岩及炭质页岩，受构造运动挤压区内岩石较为破碎。经勘察钻探揭露、地质调查及原有资料表明，地层由上至下情况如下：1）第四系人工堆积（Qml）人工填土：褐红、褐黄、褐色，由粘性土混碎石及角砾2030%组成，不均匀，结构松散。层厚1.302.10m，仅分布于滑坡后缘地段，为施工堆填形成。第四系植物层（Qpd）1：主要由粘性土组成，结构松散。层厚一般0.500.60m，整个场地均有分布。2）第四系滑坡堆积（Qdel）含砾粉质粘土：褐红褐黄夹灰、灰白色，局部褐色，硬塑状态，稍湿。无摇震反应，无光泽，韧性低，干强度中等。含角砾及碎石2030%，局部仅含少量角砾。埋藏深度0.002.10m，层厚3.6015.20m，整个场地均有分布。角砾：灰白灰黄色，局部褐色，成分主要为白云岩及砂质页岩，棱角形，粒径一般13cm，大者5cm，结构稍密，稍湿。充填粘性土1020%，局部含少量碎石。埋藏深度0.5015.80m，层厚1.505.70m，整个场地均有分布，呈透镜体状间夹于含砾粉质粘土层中。3）震旦系灯影组（Zbdl）白云岩：灰灰白色，泥晶结构，薄中厚层状，强风化。岩芯呈碎块状及角砾状，节理裂隙发育，岩石破碎。埋藏深度0.0052.40m，揭露厚度3.3024.10m，整个场地均有分布。砂质页岩1：灰黄灰绿色，局部地段呈紫红色，砂泥质结构，薄层状，强风化。岩芯呈碎块状及角砾状，局部呈土状，节理裂隙发育，岩石破碎。埋藏深度1.2025.60m，揭露厚度1.7014.00m，仅分布于场地局部地段。炭质页岩2：黑黑灰色，砂泥质结构，薄层状，强风化。岩芯呈碎块状及角砾状，节理裂隙发育，岩石破碎。埋藏深度0.000.60m，揭露厚度1.7020.00m，仅分布于场地北西角。据调查及走访周围居民，该层具一定的可燃性。白云岩：灰灰白色，泥晶结构，薄中厚层状，中等风化。岩芯呈柱状及碎块状，节理裂隙较发育。埋藏深度0.0019.70m，揭露厚度4.8012.20m，整个场地均揭露到该层。2.2场地规划及建筑结构概况根据规划，该工程红线内用地面积为145334m2，净用地面积75614m2，其中A型退台建筑56个，B型退台建筑16个，其中各户型又分为49拼，栋间为绿化带。山顶部还规划有观景园区和幼儿园等，场地西侧入场道路边还规划了两座小高层。因场地狭小而职工需求大，规划建筑非常拥挤，道路和建筑在山地进行组合后场地内标高相互协调起来很困难。图1 单体结构示意图综合说来该工程有如下几个特点：1、场地用地空间狭小，建筑数量太多，规划基于满足房屋数量和减少土方的考虑，随坡就势的进行场地规划，也造成建筑的形式显得多样复杂。2、建筑设计为了争取用地，其基础台阶的长高比基本在1：1.5，个别达到1：1，同时上层的建筑基本在45层，部分在后期调整又有所增加。形成了建筑物整体上头重脚轻的情况，增加了结构受力的负担。3、规划和结构基础形式的设计又使边坡问题变得突出，形成了场地和建筑物基础的边坡问题。3 退台建筑在山地上建设需注意的几个问题3.1 退台坡度与挖填方退台建筑修建在坡度不规则的山体上，首先需要考虑建筑本身的一个比较合理的长高比，还需要考虑场地原有的坡度和地质情况。在本工程中，场地的原始地形坡度在1530，而最初的整体规划仅在进行了少量的修坡基础上进行的整体规划设计。由于退台台阶长高比基本上在1:1.5，则在缓坡地带，形成了大量的架空楼阁（见图2所示），需要需要进行大量的填方及开挖较深的桩基础。这样的做法存在几个缺点：1、山地本身坡形变化较大，采用单一的台阶坡比会形成局部的挖填方。对于较小的台阶（如本工程单个台阶横轴长20m宽4.5m高3m）来说，挖填方需做的非常细致，否则容易使后面的坡面修整施工变得非常困难。2、对填方来说，即使施工质量较高，也难以保证在边坡作用和填土下沉双重作用下的地基质量。为避免地基的沉降，将不得不增加地基处理和基础的投资。图2 形成填方的房屋示意图对于该工程而言，由于户数较多，建筑的形式比较单一，单个建筑即采用了相同的台阶长高比。未考虑到山地原有的坡形情况，形成了部分房屋的基础悬空问题。如果在规划时即进行分别对待或特殊处理，则不会产生这类情况。3.2 结构本身的稳定性退台建筑的结构本身形成梯状坡度，若整体建筑的平台长高比不合适，将使结构上的弯矩和剪力的增大，从而使结构设计要求提高。同时不适宜的长高比，也会对地基的要求有所提高。所以在进行退台建筑的设计时，需充分考虑基础的长高比，避免出现结构本身的稳定性问题。同时，需避免建筑物顶部过分的增高，以影响整体的稳定性。如因建筑要求长高比过小，需考虑增加斜梁等措施。此处不予赘述。从抗震方面考虑，根据2008年汶川512特大地震后的经验，建设部修改了建筑抗震设计规范，在4.1.8一节中明确提出了边坡等不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，地震影响系数最大值应乘以增大系数，根据具体情况在1.11.6范围内。所以，根据实际的地质情况，对建筑物结构的长高比合理选取，不但有利于结构本身的投资降低，也有利于地基处理和边坡处理费用的降低。3.3 结构与道路之间的协调目前一般的建筑规划，场地的高差比较小，而退台建筑一般在山坡上，就会产生如下问题：一是单栋建筑物的拼数不同形成了建筑物的总体长度不同从而导致上下台出口高差不同；二是相邻建筑物，由于拼数不同上下台出口的高差差异过大引起场区道路坡度的变化。所以，场地设计时需了解建筑结构的形式、长度以及摆放角度与道路的关系等等，否则可能出现道路与房屋上下台出口无法衔接或者道路坡度极陡的低级错误。图3 4拼户型建筑形式示意图图4 8拼户型建筑形式示意图如图3、4所示，由于进行经济适用房的建筑，建筑的的户型从四拼到八拼在单个结构形式上一致，其上下层出口的高差及整间建筑的长度即与拼数成正比。如果两栋房子距离太近，则会形成上下出口路面高差的起伏过大或者道路转弯较急等现象。若多栋建筑同时出现拼数的不稳定变化，则会形成道路的多个急弯和路面起伏不平的现象。正确的做法应该是在设计开始就明确退台建筑的三维立体概念。在规划时不但要清楚建筑物的占地长宽情况，也需要明确建筑物的长轴与其高差变化的关系。将建筑物的长宽高与周围道路的关系调整至最合理。3.4 结构与退台台阶的关系退台台阶的长高比不但影响了结构本身的稳定，也会影响退台台阶地基的稳定性。尤其对于地质情况不太好的山地，台阶长高比较小，可能形成边坡问题。图5 N拼户型建筑挖孔桩形式示意图而整个建筑物的长高比较小，则形成了建筑物下的一个边坡整体问题，若在场地中顺着坡形建造退台建筑，则形成了山体的大边坡问题（如图5，几栋建筑较长并沿坡面布置时就会引出大边坡问题）。就结构本身来说建筑基础与土质、强风化岩质边坡的边缘应留有足够的距离【4】，否则形成台阶的剥落，导致基础的失稳。 就退台建筑来说，纵轴越短该方向的占地长度越短，而就地基台阶来说，纵轴越短则边坡越陡，而处理代价越高，结构自身稳定越差。所以，对于山地退台建筑来说，权衡边坡和结构的安全与造价是个重点问题。3.5 退台台阶地质情况退台建筑首先进行基础开挖，台阶长高比较小，在进行开挖时，坡体本身会有稳定性问题，若地质情况较差，台阶临空面应力释放而发生的松弛，开挖台阶会迅速风化，加上有时需要进行基础桩的开挖，工程中的震动也使退台台阶渐渐剥蚀，变成滑梯状，形成3.2所说的情况，影响建筑结构安全。原本设想的利用山地坡形本身的想法变成了钢筋混凝土构筑的退台坡形，得不偿失。同时若进行治理，治理结构与建筑结构由于避让问题而非常繁琐。图6 支挡结构与挖孔桩交叉形式示意图图6所示为某栋建筑，最小的横向桩间距为3.6m，除去基础桩的直径，治理结构（此处为预应力锚索）能进入的空间宽度为2.6m，而由于后期为保证结构的稳定，在纵轴方向又增加了斜梁，需要穿过锚索的垫板。如此的设计、施工在实际工作中进行的非常小心，尤其对于边坡施工，若遇到软硬变化的岩层边界，如施工时不规范则很可能会出现偏孔离位的情况，与结构相交。所以在退台的坡形设计时，应该尽量避免出现这类与结构可能交叉的边坡问题。3.6退台台阶与侧边绿化带关系山地建筑最主要的是利用了山地本身的自然特性，房屋四周的绿化带的做法是关系到建筑整体成功的一个方面。但是绿化带与退台台阶坡体如何配合，相互间形成台阶或边坡是否稳定、美观，也是一个问题。相邻建筑物的上下层道路本身的坡度、各对应单个户型结构之间的坡度应符合绿化坡度的要求，否则绿化带本身会形成横向坡度极陡的情况，掩盖建筑物底层结构或者暴露基础的问题，需要重视。图7 相邻建筑间绿化带高差示意图如图7为相邻两栋建筑物的基础线，两栋建筑沿纵轴平行放置，外墙间的水平间距8m。但是出入口位置不同，上层道路的第一个结构高度也不同，形成了相同水平方向上结构基础线相差达8m，即使将绿化带尽量斜线布置，也会有4m的高差。如果按照原有的绿化方案进行布置，则会产生1:1的斜坡，如果降低绿化带水平方向的斜率，尽量随着结构的标高将绿化带斜向摆放，也会产生1:2的斜坡。如此的布置结果，造成排水的困难。或者用另一种方法，即将两侧的建筑一侧土填高些，掩埋住部分房屋，一侧土超挖些露出部分桩基础，也可降缓绿化带坡度，这也会对房屋本身的美观和基础稳定性产生一定的影响。所以绿化带之间距离最好放宽，或者在设计初即将相邻较近的两种建筑的长宽高设计得较为一致。同时在建筑结构、道路的高差问题上应在规划阶段总体考虑解决。3.7 绿化带的稳定性问题绿化带的设计本身要依据场地条件及旁边建筑物的情况进行。由于绿化带在建成后的几年内植物生长期内，植物对坡体及水土无法起到维护作用，初期的灌溉作用反而对坡体产生不利影响。所以其坡体的排水及稳定性问题，是必须要注意的。绿化带还与侧面的房屋地基标高有重要关系，若相差过大，也会形成基础桩露出地表，缺乏支护的不稳定现象。就该工程的绿化带来说，具有坡形陡（上下两条道路及房子之间的两个方向均有此问题）、面积小、地层破碎易风化等特点。有些地方可以采用挡墙等处理，有些地方面积太小结构无法摆放，整个绿化场地状况处在一个小坍塌可能发生但是也不会有什么突然危害的状态，处理与否都很头痛。所以应该设计规划之初即考虑好栋间绿化带的问题，尽量使相邻建筑物基础变化平缓，最好使栋间距离变宽，考虑好绿化带的排水和支挡等问题。4 小结在场地空间有限的情况下，退台建筑的设计本身是个较为复杂的空间问题，涉及的规划问题和结构问题都比较复杂。其本身需考虑建筑物、道路的平面布置和空间上的坡度 、出入口衔接等问题，同时与周围自然环境的协调，绿化及排水、各管线等设施也需要综合考虑。首先，退台台阶在选取场地时应该符合其户型的本意，即自然环境较好，日照和地质情况能满足要求。同时不赞成规划布局过多，既影响总体环境也影响规划设计和投资。