基于山體坡地建筑設計技術研究

王孟翔

寧波大學建筑設計研究院有限公司 浙江 寧波 315200

中國山地面積約占國土面積2/3，而基于社會經濟的高速發展，在一定程度上引發了諸多土地資源問題，基于逐漸被開發使用的平地資源，致使剩余的平面資源難以滿足人類生存與發展的現實需要。因此，發展山地資源，已經成為人類不得不面對的問題。

1 坡地建筑設計原則及注意事項

1.1 設計原則

整體性：設計人員需要深入工程現場，分析地域文化并綜合建筑多方面因素，開展整體性與系統化設計[1]。這樣山體坡地建筑才會和自然環境協調，功能特性同場地相適應：保護性：最大限度保護自然風貌，通過自然地形打造舒適自然的人居環境。山體坡地建筑應盡可能減少和地面之間的接觸面積，由此保護原始植被與地貌特征；通過原始地形存在的高度差，打造獨樹一幟的建筑空間形式；發展性：坡地建筑通常表現為功能單調、結構簡單的小型工程形態，伴隨時代發展以及生活水平的提高，針對建筑功能提出多元化需求，建筑的單一功能難以滿足現代生活以及生產需求。

1.2 注意事項

充分利用山體特點。平地資源在山地區域中相對稀少，為此設計坡地建筑不能將平地作為出發點，而要考慮各類設計元素讓其和山體特征適應。無論是植被還是地質景觀等都要歸進設計環節，旨在利用自然生態條件達到綠化和裝飾的效果，一方面提高建筑工程的景觀、人文和生態價值，另一方面改善建筑附近環境，從而提高舒適度。

2 坡地建筑選址要點

2.1 地質情況

山體坡地的安全性是一項重要的考慮因素。既要求基地具備良好的地質情況還要求地質承載力符合設計標準，周邊沒有潛在地質災害等。設計人員在選址初始階段開展實地勘探以及觀測，或是結合勘測圖分析地質條件、土壤條件和通達條件等，通過這樣的形式能夠躲避易發地質災害的地帶。

2.2 地形情況

坡度不同的地形，在成本和可建性方面存在一定差異。越大坡度的山體，接地處理越難，從而提高建筑設計和建筑施工難度。應對地形因素綜合考慮，明確合適的建筑項目和建筑選址。

2.3 交通情況

坡地建筑的基地標高往往十分復雜，導致項目施工、使用期間的人員、車輛的到達性不足，項目設計在豎向、坡度以及應急消防等方面條件較差。選址場地應分析坡地標高關系，保證場地基礎的交通條件、疏散空間以及場地的施工條件、作業空間[2]。

3 坡地建筑設計要點

3.1 基礎設計

因為存在差異性的地質條件，在基礎設計過程中很有可能遇到嚴重沉降，一般情況下，在對坡體建筑的基礎結構設計時，建筑地基在性質方面出現高度差異，可礙于實際地質情況，基巖面若是起伏明顯要把多種土層視作持力層。針對該做法導致的分布不均，要改善土層原有支撐狀態避免發生沉降而對建筑結構造成影響。通常選用的解決辦法如下：將天然淺基礎有機結合人工挖孔墩基礎，旨在將持力層引入到巖石層，但在這一過程中可能出現基礎滑移，為此要設置相應的巖石錨；將厚度為300-500mm的粗砂、中砂等物料組建為褥墊層，由此處理巖石和基礎之間的接觸部分[3]。

3.2 擋土墻設計

有關坡地建筑設計，擋土墻設計直接影響到上部結構設計，在實際設計中應該遵循合理、安全、經濟性原則。在全面掌握工程地質實際情況的前提下進行因地制宜的設計，常見設計方法如下：

擋土墻分離主體結構設計，該方案的優點是明確受力方向及基礎，提高建筑工程的防水和防潮性，可卻要在巖石層進行大量施工，工程工期會因其延長，增大造價成本支出。另外，這種設計方案會占據較大空間，因此在一定程度上壓縮了坡地建筑的本體空間。

基于建筑主體結構進行擋土墻設計，不同于前一設計方案的是，其將建筑相關部分與擋土墻設計為整體，一方面壓縮工程造價，避免工期延長；另一方面擴大空間面積，降低施工難度等。但對于山體坡地建筑而言，本就對擋土墻設計提出較高要求，而這一設計要求共同表現在剛度、強度等方面。強度方面，擋土墻設計應符合計算標準，擋土墻的單位面積可以承擔靜止水壓力、土壓力的作用；剛度方面，在框架柱處安設鋼筋混凝土扶壁柱；穩定性方面，擋土墻既要承受土壓以及水壓等作用，并且符合穩定性標準。保障穩定性最理想的方法應是增加墻趾外挑尺寸，擋土墻能增加自身的抗傾覆力矩分擔一定墻背土壓力。

3.3 上部結構設計

主體結構的設計和計算，首先要考慮側向上壓力到來的影響，首先需要獲得集中力，在此基礎上對結構整體的參數計算分析。一般情況下，設計山體坡地建筑結構不僅要滿足常規使用極限，也能夠滿足承載能力的極限要求。針對坡地建筑而言，受限于地震、風力等相關荷載因素，有可能出現滑坡和失穩等現象，所以在上部結構設計環節，應該規避失穩邊坡且對施工質量嚴格控制。還能選擇以下方法：上部結構設計抗震縫；監測建筑基礎設計，針對滑移或是沉降及時有效處理；重視底部設計，采取針對性的抗震方案。

3.4 水土保持和防水設計

有關山地生態系統，山地徑流過量所帶來的危害巨大。不僅會因為沖蝕地表而破壞植被造成泥石流，還會因為山地徑流滲透地下，而降低山體自身抗剪強度，導致滑坡或者是建筑地下室浮起。針對設計人員而言，為了達到水土平衡必須重視對排水系統的科學設計，坡體建筑若設有地下室，使用地表硬化結合截排水，以及地下疏水層自排水。

4 工程案例分析——仙居國家級風景名勝區神仙居南天索道提升改造工程

4.1 設計規模

上站總用地面積約4481.03㎡，建筑面積2015.5㎡，建筑密度27.48%，容積率0.45，室內等候廳700㎡，可容納700人，配套廣場面積2100㎡，可容納2100人。下站總用地面積約6623.63㎡，建筑面積2933.2㎡，建筑密度22.08%，容積率0.44，室內等候廳560㎡，可容納560人，配套廣場面積2200㎡，可容納2200人。

4.2 平面設計

第一，索道上站（見圖1）。南天索道上站站房和配套用房位于地塊西側，為地下一層，地上二層建筑，其中地下一層設置配電房、備用件倉庫、小型工具倉庫、辦公室、特殊人群房間、候車大廳、售票室、衛生間；地上一層為技術辦公、機修車間、控制室、值班室、貴賓接待室、候車大廳；地上二層主要為員工宿舍。

圖1 索道上站

圖2 索道下站

第二，索道下站。南天索道下站站房和配套用房位于地塊東側，為地下一層、地上一層的建筑，其中地下一層包括售票室、等候大廳、發電機房、電器元件倉庫、配電房、電工器具室、索道站下部設備基礎、應援救援物資室等；地上一層為等候大廳、機修車間、特殊人群房間、技術人員辦公室、貴賓接待、會議室、值班室、操作室以及電氣控制室等。建設期不涉及建設期臨時用地。

4.3 工程設計

結構設計。本項目為上下站均為地上三層框架結構，采用全現澆樓、屋蓋結構，部分鋼結構屋面，考慮經濟性因素，綜合平面布置，采用以單向板為主，主次梁為輔的平面結構體系?？蚣芸拐鸬燃墳樗募?，局部大跨度框架為三級。板厚一般控制L/30-L/35之間（L為板短方向跨度）并不小于100mm，屋面最小板厚120。墻體內應配置一定量的拉結筋，以防止墻體收縮開裂。樓屋面板盡量采用細密配筋方法，并增添混凝土外加劑。

給排水設計。水源與生活給水系統。以城市自來水為水源，從下站引下DN100的一根進水管進入本地塊室內外的消防水池，利用消防水泵供環狀消防供水管網，從而滿足消防用水。引入DN100一根進水管供地塊生活用水。市政的供水壓力約為0.25MPa。供水系統。采用市政直供，下行上給式。計量方式，根據不同使用性質及計費標準，綠化、消防等用水點分別設水表計量。消防水池補水管上設消防水表。室外綠化澆灑采用微噴灌的節水灌溉方式。排水系統。室外排水采用雨污分流制，室內排水廢污合流。上站污水經凈化池（景區原采用一體化設備）處理達標后，排入山區林間；下站污水經化糞池處理后排入市政污水管網。雨水系統。屋面雨水通過雨水斗收集，場地雨水通過雨水口有組織收集。雨水匯集后就近排入市政雨水管網或景區綠化帶。屋面雨水管采用防紫外線PVC-U。

墻體工程設計。墻體防潮層選擇30厚1:2水泥砂漿摻5%防水劑，置于標高－0.060位置上，墻的兩側地面存在高差時，需要上下分別安設水平防潮層兩層，而且在存在高差埋土一側的墻身做20厚1:2水泥砂漿摻5%防水劑的垂直防潮層使上下水平防潮層貫通。外墻：鋼筋砼墻、柱具體詳結施，其余外墻除注明外均采用240厚非黏土燒結多孔磚，專用粘結劑砌筑。內墻：一般內墻采用240厚非黏土燒結多孔磚，砂漿砌筑（M10）。防火墻：采用耐火極限超過三小時的筋砼墻、非黏土燒結多孔磚。穿越防火分區防火墻的管線、橋架等采用不燃燒材料將其周圍的空隙填塞密實；穿過防火墻的管道保溫材料。

地下室防水工程設計。地下防水工程執行（GB50108-2008)和地方的有關規程和規定。本項目具有厚覆土層的種植頂板的防水等級為一級。采用兩道防水做法，迎水面鋼筋砼結構除采用防水砼自防水外，還在迎水面設置防水涂料、防水卷材等防水層外防水，側墻在防水層外設保護層50厚EPS板保護層。地下室一層，層高3.6m，地下，地下室頂板覆土1.5m。局部半地下室頂板。地面——綠地：輕質混合營養土，植被由綠化景觀設計選定；聚酯針刺土工布濾水層；200厚陶粒排水層；50～100厚C20細石砼隨搗隨抹光并找坡（內配6@200雙向，設分格縫縱橫間距小于等于6m；縫寬20，分格縫內嵌防水密封油膏）；干鋪無紡聚酯纖維布一層；4厚聚氯乙烯高分子耐根穿刺防水卷材（出板面墻體根部、管井根部等陰角部位須增加防；水附加層，延伸高至室外地坪）；20厚1：3水泥砂漿找平層；1.5厚水泥基滲透結晶型防水涂料，用量每立方米超過1.5kg；現澆鋼筋砼結構自防水頂板，表面清理干凈。地面——硬質路面：50厚毛面花崗石；50厚C25透水細石砼，撒干拌1:2水泥砂一邊振搗一邊抹平，分格縫寬設置為20mm，縱橫間距小于等于6m，縫內會嵌填具有防水效果的密封油膏；100厚碎石墊層并將素土回填，施工人員分層夯實；50～100厚且強度為C20細石砼，一般振搗一邊抹光并找坡（內配6@200雙向，設分格縫縱橫間距小于等于6m，鋼筋必須斷開，分格縫寬20，分格縫內嵌防水密封油膏）；干鋪一層無紡聚酯纖維布；4厚聚氯乙烯高分子耐根穿刺防水卷材（出板面墻體根部、管井根部等陰角部位須增加防水附加層，延伸高至室外地坪）；20厚1：3水泥砂漿找平層；1.5厚水泥基滲透結晶型防水涂料，用量每立方米大于等于1.5kg；現澆鋼筋砼結構自防水頂板，表面清理干凈。

天棚設計。地上部分：使用鋼筋砼結構板并且對板面全面清理；批刮兩道膩子。地下部分：使用鋼筋砼結構板并板面進行清理；噴兩道水性防霉乳膠漆，針對水泵房則會貼防一層噪毯；架空樓板：針對鋼筋砼樓板現澆并清理基層；選擇輕鋼龍骨；使用50厚巖棉氈保溫層。

5 結語

綜上所述，和平地建筑設計相比，坡地建筑設計存在較大難度，有關結構設計環節，既要對地形地貌因素綜合考慮，還要分析建筑項目結構受力。作為設計人員，必須重視基礎結構、上部結構以及擋土墻等部分的設計優化，這樣坡地建筑才會更好地適應山地環境，從而提升建筑工程的可靠性及穩定性。