基于山体坡地建筑设计技术研究

王孟翔

宁波大学建筑设计研究院有限公司 浙江 宁波 315200

中国山地面积约占国土面积2/3，而基于社会经济的高速发展，在一定程度上引发了诸多土地资源问题，基于逐渐被开发使用的平地资源，致使剩余的平面资源难以满足人类生存与发展的现实需要。因此，发展山地资源，已经成为人类不得不面对的问题。

1 坡地建筑设计原则及注意事项

1.1 设计原则

整体性：设计人员需要深入工程现场，分析地域文化并综合建筑多方面因素，开展整体性与系统化设计[1]。这样山体坡地建筑才会和自然环境协调，功能特性同场地相适应：保护性：最大限度保护自然风貌，通过自然地形打造舒适自然的人居环境。山体坡地建筑应尽可能减少和地面之间的接触面积，由此保护原始植被与地貌特征；通过原始地形存在的高度差，打造独树一帜的建筑空间形式；发展性：坡地建筑通常表现为功能单调、结构简单的小型工程形态，伴随时代发展以及生活水平的提高，针对建筑功能提出多元化需求，建筑的单一功能难以满足现代生活以及生产需求。

1.2 注意事项

充分利用山体特点。平地资源在山地区域中相对稀少，为此设计坡地建筑不能将平地作为出发点，而要考虑各类设计元素让其和山体特征适应。无论是植被还是地质景观等都要归进设计环节，旨在利用自然生态条件达到绿化和装饰的效果，一方面提高建筑工程的景观、人文和生态价值，另一方面改善建筑附近环境，从而提高舒适度。

2 坡地建筑选址要点

2.1 地质情况

山体坡地的安全性是一项重要的考虑因素。既要求基地具备良好的地质情况还要求地质承载力符合设计标准，周边没有潜在地质灾害等。设计人员在选址初始阶段开展实地勘探以及观测，或是结合勘测图分析地质条件、土壤条件和通达条件等，通过这样的形式能够躲避易发地质灾害的地带。

2.2 地形情况

坡度不同的地形，在成本和可建性方面存在一定差异。越大坡度的山体，接地处理越难，从而提高建筑设计和建筑施工难度。应对地形因素综合考虑，明确合适的建筑项目和建筑选址。

2.3 交通情况

坡地建筑的基地标高往往十分复杂，导致项目施工、使用期间的人员、车辆的到达性不足，项目设计在竖向、坡度以及应急消防等方面条件较差。选址场地应分析坡地标高关系，保证场地基础的交通条件、疏散空间以及场地的施工条件、作业空间[2]。

3 坡地建筑设计要点

3.1 基础设计

因为存在差异性的地质条件，在基础设计过程中很有可能遇到严重沉降，一般情况下，在对坡体建筑的基础结构设计时，建筑地基在性质方面出现高度差异，可碍于实际地质情况，基岩面若是起伏明显要把多种土层视作持力层。针对该做法导致的分布不均，要改善土层原有支撑状态避免发生沉降而对建筑结构造成影响。通常选用的解决办法如下：将天然浅基础有机结合人工挖孔墩基础，旨在将持力层引入到岩石层，但在这一过程中可能出现基础滑移，为此要设置相应的岩石锚；将厚度为300-500mm的粗砂、中砂等物料组建为褥垫层，由此处理岩石和基础之间的接触部分[3]。

3.2 挡土墙设计

有关坡地建筑设计，挡土墙设计直接影响到上部结构设计，在实际设计中应该遵循合理、安全、经济性原则。在全面掌握工程地质实际情况的前提下进行因地制宜的设计，常见设计方法如下：

挡土墙分离主体结构设计，该方案的优点是明确受力方向及基础，提高建筑工程的防水和防潮性，可却要在岩石层进行大量施工，工程工期会因其延长，增大造价成本支出。另外，这种设计方案会占据较大空间，因此在一定程度上压缩了坡地建筑的本体空间。

基于建筑主体结构进行挡土墙设计，不同于前一设计方案的是，其将建筑相关部分与挡土墙设计为整体，一方面压缩工程造价，避免工期延长；另一方面扩大空间面积，降低施工难度等。但对于山体坡地建筑而言，本就对挡土墙设计提出较高要求，而这一设计要求共同表现在刚度、强度等方面。强度方面，挡土墙设计应符合计算标准，挡土墙的单位面积可以承担静止水压力、土压力的作用；刚度方面，在框架柱处安设钢筋混凝土扶壁柱；稳定性方面，挡土墙既要承受土压以及水压等作用，并且符合稳定性标准。保障稳定性最理想的方法应是增加墙趾外挑尺寸，挡土墙能增加自身的抗倾覆力矩分担一定墙背土压力。

3.3 上部结构设计

主体结构的设计和计算，首先要考虑侧向上压力到来的影响，首先需要获得集中力，在此基础上对结构整体的参数计算分析。一般情况下，设计山体坡地建筑结构不仅要满足常规使用极限，也能够满足承载能力的极限要求。针对坡地建筑而言，受限于地震、风力等相关荷载因素，有可能出现滑坡和失稳等现象，所以在上部结构设计环节，应该规避失稳边坡且对施工质量严格控制。还能选择以下方法：上部结构设计抗震缝；监测建筑基础设计，针对滑移或是沉降及时有效处理；重视底部设计，采取针对性的抗震方案。

3.4 水土保持和防水设计

有关山地生态系统，山地径流过量所带来的危害巨大。不仅会因为冲蚀地表而破坏植被造成泥石流，还会因为山地径流渗透地下，而降低山体自身抗剪强度，导致滑坡或者是建筑地下室浮起。针对设计人员而言，为了达到水土平衡必须重视对排水系统的科学设计，坡体建筑若设有地下室，使用地表硬化结合截排水，以及地下疏水层自排水。

4 工程案例分析——仙居国家级风景名胜区神仙居南天索道提升改造工程

4.1 设计规模

上站总用地面积约4481.03㎡，建筑面积2015.5㎡，建筑密度27.48%，容积率0.45，室内等候厅700㎡，可容纳700人，配套广场面积2100㎡，可容纳2100人。下站总用地面积约6623.63㎡，建筑面积2933.2㎡，建筑密度22.08%，容积率0.44，室内等候厅560㎡，可容纳560人，配套广场面积2200㎡，可容纳2200人。

4.2 平面设计

第一，索道上站（见图1）。南天索道上站站房和配套用房位于地块西侧，为地下一层，地上二层建筑，其中地下一层设置配电房、备用件仓库、小型工具仓库、办公室、特殊人群房间、候车大厅、售票室、卫生间；地上一层为技术办公、机修车间、控制室、值班室、贵宾接待室、候车大厅；地上二层主要为员工宿舍。

图1 索道上站

图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块东侧，为地下一层、地上一层的建筑，其中地下一层包括售票室、等候大厅、发电机房、电器元件仓库、配电房、电工器具室、索道站下部设备基础、应援救援物资室等；地上一层为等候大厅、机修车间、特殊人群房间、技术人员办公室、贵宾接待、会议室、值班室、操作室以及电气控制室等。建设期不涉及建设期临时用地。

4.3 工程设计

结构设计。本项目为上下站均为地上三层框架结构，采用全现浇楼、屋盖结构，部分钢结构屋面，考虑经济性因素，综合平面布置，采用以单向板为主，主次梁为辅的平面结构体系。框架抗震等级为四级，局部大跨度框架为三级。板厚一般控制L/30-L/35之间（L为板短方向跨度）并不小于100mm，屋面最小板厚120。墙体内应配置一定量的拉结筋，以防止墙体收缩开裂。楼屋面板尽量采用细密配筋方法，并增添混凝土外加剂。

给排水设计。水源与生活给水系统。以城市自来水为水源，从下站引下DN100的一根进水管进入本地块室内外的消防水池，利用消防水泵供环状消防供水管网，从而满足消防用水。引入DN100一根进水管供地块生活用水。市政的供水压力约为0.25MPa。供水系统。采用市政直供，下行上给式。计量方式，根据不同使用性质及计费标准，绿化、消防等用水点分别设水表计量。消防水池补水管上设消防水表。室外绿化浇洒采用微喷灌的节水灌溉方式。排水系统。室外排水采用雨污分流制，室内排水废污合流。上站污水经净化池（景区原采用一体化设备）处理达标后，排入山区林间；下站污水经化粪池处理后排入市政污水管网。雨水系统。屋面雨水通过雨水斗收集，场地雨水通过雨水口有组织收集。雨水汇集后就近排入市政雨水管网或景区绿化带。屋面雨水管采用防紫外线PVC-U。

墙体工程设计。墙体防潮层选择30厚1:2水泥砂浆掺5%防水剂，置于标高－0.060位置上，墙的两侧地面存在高差时，需要上下分别安设水平防潮层两层，而且在存在高差埋土一侧的墙身做20厚1:2水泥砂浆掺5%防水剂的垂直防潮层使上下水平防潮层贯通。外墙：钢筋砼墙、柱具体详结施，其余外墙除注明外均采用240厚非黏土烧结多孔砖，专用粘结剂砌筑。内墙：一般内墙采用240厚非黏土烧结多孔砖，砂浆砌筑（M10）。防火墙：采用耐火极限超过三小时的筋砼墙、非黏土烧结多孔砖。穿越防火分区防火墙的管线、桥架等采用不燃烧材料将其周围的空隙填塞密实；穿过防火墙的管道保温材料。

地下室防水工程设计。地下防水工程执行（GB50108-2008)和地方的有关规程和规定。本项目具有厚覆土层的种植顶板的防水等级为一级。采用两道防水做法，迎水面钢筋砼结构除采用防水砼自防水外，还在迎水面设置防水涂料、防水卷材等防水层外防水，侧墙在防水层外设保护层50厚EPS板保护层。地下室一层，层高3.6m，地下，地下室顶板覆土1.5m。局部半地下室顶板。地面——绿地：轻质混合营养土，植被由绿化景观设计选定；聚酯针刺土工布滤水层；200厚陶粒排水层；50～100厚C20细石砼随捣随抹光并找坡（内配6@200双向，设分格缝纵横间距小于等于6m；缝宽20，分格缝内嵌防水密封油膏）；干铺无纺聚酯纤维布一层；4厚聚氯乙烯高分子耐根穿刺防水卷材（出板面墙体根部、管井根部等阴角部位须增加防；水附加层，延伸高至室外地坪）；20厚1：3水泥砂浆找平层；1.5厚水泥基渗透结晶型防水涂料，用量每立方米超过1.5kg；现浇钢筋砼结构自防水顶板，表面清理干净。地面——硬质路面：50厚毛面花岗石；50厚C25透水细石砼，撒干拌1:2水泥砂一边振捣一边抹平，分格缝宽设置为20mm，纵横间距小于等于6m，缝内会嵌填具有防水效果的密封油膏；100厚碎石垫层并将素土回填，施工人员分层夯实；50～100厚且强度为C20细石砼，一般振捣一边抹光并找坡（内配6@200双向，设分格缝纵横间距小于等于6m，钢筋必须断开，分格缝宽20，分格缝内嵌防水密封油膏）；干铺一层无纺聚酯纤维布；4厚聚氯乙烯高分子耐根穿刺防水卷材（出板面墙体根部、管井根部等阴角部位须增加防水附加层，延伸高至室外地坪）；20厚1：3水泥砂浆找平层；1.5厚水泥基渗透结晶型防水涂料，用量每立方米大于等于1.5kg；现浇钢筋砼结构自防水顶板，表面清理干净。

天棚设计。地上部分：使用钢筋砼结构板并且对板面全面清理；批刮两道腻子。地下部分：使用钢筋砼结构板并板面进行清理；喷两道水性防霉乳胶漆，针对水泵房则会贴防一层噪毯；架空楼板：针对钢筋砼楼板现浇并清理基层；选择轻钢龙骨；使用50厚岩棉毡保温层。

5 结语

综上所述，和平地建筑设计相比，坡地建筑设计存在较大难度，有关结构设计环节，既要对地形地貌因素综合考虑，还要分析建筑项目结构受力。作为设计人员，必须重视基础结构、上部结构以及挡土墙等部分的设计优化，这样坡地建筑才会更好地适应山地环境，从而提升建筑工程的可靠性及稳定性。