探讨基坑抗隆起稳定性验算

■地基基础工程　福建建设科技２０１３．Ｎｏ．２　７　探讨基坑抗隆起稳定性验算　张耀年（福建省建筑科学研究院［摘福建省绿色建筑技术重点实验室福建福州３５００２５）　要］　本文探讨新颁布规范中基坑抗隆起稳定性验算的方法和规定。　抗隆起稳定性地基极限承我力模式圆弧滑动模式　［关键词］　基坑Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｂａｓａｌ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｇａｉｎｓｔ　Ｕｐｈｅａｖａｌ　ｉｎ　Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｉｓｓｕｅｄ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｃｏｄｅ　ｆｏｒ　ｂａｓａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｇａｉｎｓｔ　ｕｐｈｅａｖａｌ　ｉｎ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ；ｂａｓａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｇａｉｎｓｔ　ｕｐｈｅａｖａｌ；ｔｈｅ　ｕｌｔｉｍａｔｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ；ｃｉｒｃｌｅ　ｓｌｉｐ　ｍｅｔｈｏｄ　１前言　ｑ一地面荷载。　基坑抗隆起稳定性验算是基坑支护设计中一项重要的内　容，我国现行建筑规范中基坑抗隆起稳定性验算主要采用两　种分析模式：地基极限承载力模式和圆弧滑动模式。近三十　圆弧滑动模式的计算简图如图２所示：　基坑底下部土体的强度稳定性应满足下式规定：　年来，大量的基坑工程实践使支护结构设计日臻完善，新修订　的基坑支护设计规范反映了基坑工程实践中积累的经验。基　坑支护结构设计具有很强的地区性，我国地域辽阔，各地工程　地质的差异较大，因此，各行业和各地方的规范对基坑支护结　构设计的方法和规定都稍有差别。本文对２０００年以后新修　订的基坑支护设计规范中隆起稳定性验算的方法和规定作一　点分析和比较，因为，在使用新规范的设计过程中大家发现在　软土地基中抗隆起稳定性验算是基坑支护结构设计的控制因　素。　％　ＭＰ　』。Ｔ０ｔｄＯ　式中：脾，一支护桩、墙横截面抗弯强度标准值；　一抗隆起稳定安全系数，　≥１．４。　规范Ａ中基坑抗隆起稳定性验算方法与《建筑基坑工程　技术规范》（ＹＢ９２５８—９７）的计算方法完全相同，只是稳定安　全系数稍有提高，原稳定安全系数分别为１．４和１．３。　ｑ　¨¨ＩＪ…¨Ｉ　Ｊ　ｈ　１　２国标《建筑地基基础设计规范》　在国标《建筑地基基础设计规范》（ＧＢ５０００７—２０１２）（以　下简称规范Ａ）中，基坑抗隆起稳定性验算采用地基极限承载　力和圆弧滑动两种模式，极限承载力模式的计算简图如图１　所示：　ａ　　ＪＹ　ｈ＋ｑ　ｌ　Ｏ　ｚ＿　一　ｔ　Ｊ　＿，＼＼．　／ｉ　，　图２规范Ａ圆弧滑动模式的计算简图　３建设部《建筑基坑支护技术规程》　在新颁布的建设部行规《建筑基坑支护技术规程》　（ＪＧＪ１２０—２０１２）（以下简称规范Ｂ）中，基坑抗隆起稳定性验　图１　规范Ａ极限承载力模式的计算简图　算采用地基极限承载力和圆弧滑动两种模式，极限承载力模　式的计算简图如图３所示：　基坑底下部土体的强度稳定性应满足下式规定　Ｖ　Ｎｃ１　’　规范Ｂ规定：锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，其嵌　固深度应满足坑底隆起稳定性要求，抗隆起稳定性可按下列　公式验算：　≥Ｋｂ　Ｄ—　（日＋Ｄ）＋ｑ　式中：　一抗隆起稳定安全系数，　≥１．６；　Ⅳｃ一承载力系数，Ｎ　＝５．１４；　ｒ。一由十字板试验确定的总强度；　土的重度；　Ｎ　＝ｔｇ　（４５。　／２）ｅ，ｎｔ＇ａ　Ｎｏ＝（　一１）／ｔａｍｐ　Ｄ一支护结构入土深度；　日一基坑开挖深度；　８　福建建设科技２０１３．Ｎｏ．２　●地基基础工程　广．Ｊ　图３规范Ｂ极限承载力模式的计算简图　式中：　一抗隆起安全系数；　一基坑外挡土构件底面以上土的重度；　基坑内挡土构件底面以上土的重度；　Ｄ一基坑底面至挡土构件底面的土层厚度；　一基坑开挖深度；　ｑ。一地面均布荷载；　、　一承载力系数；　Ｃ、　一挡土构件底面以下土的粘聚力、内摩擦角。　安全等级为一级、二级、三级的支护结构，抗隆起安全系　数Ｋｈ分别不应小于１．８、１．６、１．４；　规范Ｂ还规定：锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，当　坑底以下为软土时，其嵌固深度应符合以最下层支点为转动　轴心的圆弧滑动稳定性要求（本规程报批稿电子文档这段文　字是这样表述的：尚应以最下层支点为转动轴心的圆弧滑动　模式按下列公式验算抗隆起稳定性）：　∑（ｑｂ，＋ＡＧ　）ｓｉｎ　ｆ　≥　ｉ一　式中：Ｋｒ一以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定安全系数；　Ｃｉ、妒，一第　土条在滑弧面处土的粘聚力、内摩擦角；　ｚ，一第　土条的滑弧段长度，取ｚ，：６／ｃｏｓ　；　ｇ，一作用在第　土条上的附加分布荷载标准值；　ｂｉ一第　土条的宽度；　第　土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角；　△Ｇ　一第　土条的自重（ｋＮ），按天然重度。　安全等级为一级、二级、三级的支挡式结构，抗隆起安全　系数Ｋ，分别不应小于２．２、１．９、１．７。　圆弧滑动模式的计算简图如图４所示：　４上海市《基坑工程技术规范》　上海市《基坑工程技术规范》（ＤＧ　Ｔ　Ｊ０８～６１—２０１０）　（以下简称规范Ｃ）基坑抗隆起稳定性验算采用地基极限承　载力和圆弧滑动两种模式，极限承载力模式的计算方法与规　范Ｂ基本相似，但对于安全等级为一级、二级、三级的支护结　构规定：稳定安全系数　。　分别不应小于２．５、２．０、１．７。　规范Ｃ圆弧滑动模式的计算简图如图５所示：　规范Ｃ规定：板式支护体系按圆弧滑动模式验算绕最下　道内支撑点的抗隆起稳定性时，应符合下列公式要求：　Ｍ…，　。ＭｓＬＫ≤—　图４规范Ｂ圆弧滑动模式的计算简图　ｎ２　ｎ３　ＭＲＬＫ＝Ｍ　ｋ＋　ＭＲＬ　ｋｊ＋∑Ｍ　ＲＬｋ　，Ｊ一１　ｌ一１　“ｔ　ｎ４　ＭｓＬＫ＝ＭｓＬｋｑ＋　Ｍｓ　＋　ＭｓＬｋＪ　式中：　一抗隆起安全系数；　Ｍ　一抗隆起力矩标准值　Ｍ　一隆起力矩标准值　Ｍ　一围护墙的容许力矩标准值　Ｍ　～坑外最下道支撑以下第ｊ层土产生的抗隆起力　矩标准值　Ｍ　一坑内开挖面以下第ｍ层土产生的抗隆起力矩标　准值　Ｍ　～坑外地面荷载产生的隆起力矩标准值　Ｍ　～坑外最下道支撑以上第ｉ层土产生的隆起力矩　标准值　Ｍ　一坑外最下道支撑以下、开挖面以上第ｊ层土产生　的隆起力矩标准值　规范ｃ规定：安全等级为一级、二级、三级的支挡式结　构，抗隆起安全系数　分别不应小于２．２、１．９、１．７。　Ｅ　图５规范Ｃ圆弧滑动模式的计算简图　５上海市《城市轨道交通设计规范》　上海市《城市轨道交通设计规范》（沪ＤＢＪ０８—１０９—　２００４）（以下简称规范ＪＤ）的基坑抗隆起稳定性验算仅采用圆　弧滑动一种模式。其计算简图如图６所示：　■地基基础工程　福建建设科技２０１３．Ｎｏ．２　Ｍ　＝Ｍ　＋∑Ｍ　＋Ｍｈ　滑动力矩：　Ｍ　＝（　ｈ０十ｑ）Ｄ　／２　９　川…川Ｉ　Ｊ　’　．　式中：Ｋ　一抗隆起安全系数；　Ｍ？一坑外最下道支撑以上土层产生的抗滑力矩；　ｋ　ｑｆ＝ｒｈ＇０＋ｑ　．∑Ｍ？一坑外最下道支撑以下土层产生的抗滑力矩；　Ｍ　一围护墙的容许力矩。　。　““¨¨“　０最下一道支撑　－　、　规范Ｄ规定：安全等级为一级、二级、三级的支挡式结　构，抗隆起安全系数　分别不应小于２．２、２．０、１．８。　６规范Ｂ、规范Ｃ和规范Ｄ的比较　、＼　上海市由于其地理位置和经济地位集中了我国许多最　图６规范Ｄ的计算简闺　大、最深的基坑工程，上海的基坑开挖支护技术基本上反映了　规范Ｄ规定：板式支护体系按圆弧滑动模式验算绕最下　我国基坑工程的最高水准，上海市的基坑支护设计规范对我　国沿海地区的软土地基基坑开挖支护工程具有示范作用。表　１以规范Ｂ、规范Ｃ和规范Ｄ为例，对计算特征和稳定安全系　道内支撑点的抗隆起稳定性：　瓮　抗滑力矩：　《建筑基坑支护技术规程》　规范Ｂ（ＪＧＪ１２０—２０１２）　数作一比较。　表１规范Ｂ、规范Ｃ和规范Ｄ的比较　《基坑工程技术规范》　规范ｃ（沪ＤＧ　Ｔ　Ｊ０８—６１—２０１０）　《城市轨道交通设计规范》　规范Ｄ（沪ＤＢＪ０８—１０９—２００４）　鲕“　ｎ　脱离体的　力平衡图　—量　＋　●　ｌ　，Ｊ　一　『　／＾　ｌ上覆压加　。　Ｉ　ｊｋ　１］　ｌ　一　］　～　Ｉ一第一道支｛Ｉ　ｔ下一道支｛Ｉ　～　＾／　一　Ｏ　，＇－、　１　＿Ｉ　Ｋ　．，　Ｉ，　Ｇ　Ｆ苎赢面　——Ｅｆ　ｔ　Ｉ　①由ＯＫ段上覆压力产生的滑动力矩，　①由ＯＫ段上覆压力产生的滑动力矩，　①由ＯＫ段上覆压力产生的滑动力矩，　②ＫＣＧＯ区域内土体自重产生的滑动力　②ＫＣＧＯ区域内土体自重产生的滑动力　②ＫＣＧＯ区域内土体自重产生的滑动　滑动力矩　矩矩．　③ＣＥＧ区域内土体自重产生的滑动力　③ＣＥＧ区域内土体自重产生的滑动力矩。　￣ＣＥＯ区域内土体自重产生的滑动力矩。　矩．　力矩，　。　１、围护墙的容许力矩，　１、围护墙的容许力矩，　２、ＥＦＧ区域内土体自重产生的抗滑动　１、滑动面ＥＣＫ上抗剪强度产生的抗滑动　２、ＥＦＧ区域内土体自重产生的抗滑动力　力矩，（与滑动力矩的第③项相抵消）　抗滑动力矩　力矩矩，（与滑动力矩的第③项相抵消）　３、滑动面ＦＥＣＫ上抗剪强度产生的抗　。　３、滑动面ＦＥＣＫ上抗剪强度产生的抗滑动　滑动力矩。　力矩。　４、滑动面ＩＫ上抗剪强度产生的抗滑　动力矩。　安全系数　安全等级为一级、二级、三级的支挡式结　安全等级为一级、二级、三级的支挡式结　安全等级为一级、二级、三级的支挡式　构，　分别不应小于２．２、１．９、１．７。　构，ｙ舭分别不应小于２．２、１．９、１．７。　结构，肘＾分别不应小于２．２、２．０、１．８。　按圆弧滑动模式的抗隆起稳定性验算时，规范Ｂ和规范　恰相反。由于两本规范的计算公式完全相同，而《规范ｃ》的　Ｃ产生的滑动力矩的项完全相同，稳定安全系数也完全相同。　但是，《规范Ｂ》产生的抗滑动力矩的项忽略了：①围护墙的容　许力矩，②ＥＦＧ区域内土体自重产生的抗滑动力矩，和③滑　动面ＦＥ上抗剪强度产生的抗滑动力矩。所以，与《规范ｃ》　相比较，《规范Ｂ》按圆弧滑动模式的抗隆起稳定性验算结果　偏于安全。　稳定安全系数比《规范Ｂ》要大的多，所以，按极限承载力模式　《规范ｃ》的抗隆起稳定性验算结果偏于安全。　按圆弧滑动模式的抗隆起稳定性验算时，规范ｃ和规范　Ｄ产生的滑动力矩的项完全相同，稳定安全系数也基本相同。　但是，《规范Ｄ》的抗滑动力矩多了一项，即滑动面ＩＫ上抗剪　强度产生的抗滑动力矩。所以，与《规范Ｄ》相比较，《规范　ｃ》抗隆起稳定性验算结果偏于安全。　【下转第ｌ９页）　对于按极限承载力模式的抗隆起稳定性验算，情况则恰　■地基基础工程　表４．５沉降观测数据　参照对象　沉降量（ｃｎ１）　福建建设科技２０１３．Ｎｏ．２　分述如下：　１９　高真空降　第１次冲碾　第２次冲碾　第３次冲碾　水引起土　基沉降　引起的沉降　引起的沉降　引起的沉降　６．５　１４．９　２．１　０．５　５．１冲击碾压浅层动力固结，能基本消除浅层地基土不　均匀，提高密实度与强度，减少浅层地基土的沉降。在场地地　层分布较均匀的条件下，冲击碾压加固方案可满足差异沉降　小于０．１％的要求。　５．２冲碾前和冲碾后各种土工试验对比表明，地基有效　加固深度均为１．５ｍ，影响深度均为２．５ｍ，完全可以满足道面　结构荷载与飞机荷载共同作用下的基础稳定。　５．３对于场区内的河、溪、沟、浜地段，在彻底清除淤泥、　开挖台阶边坡，铺设垫层后，采用粉细砂换填，进行高真空降　表４．５是沉降观测结果，从中可以看出降水引起的土体　沉降约６．５ｃｍ，因此高真空降水促进了土体的固结过程，三次　冲碾引起的总沉降约１７．５ｃｍ，由于山皮石铺筑过程中已经过　推土机、重型货车的往复碾压，冲碾引起的沉降主要是土基沉　降为主（约１５ｃｍ）。考虑到验收前的工后沉降约≤５ｃｍ，因此　建议土基抛高为２５ｃｍ左右，山皮石虚铺系数按１．１取。　水联合冲击碾压处理，与周围形成较均匀的地基，处理后检验　４．６标贯、静探、反应模量试验结果分析：　证明加固效果显著。　表４．６标准贯入检验结果　５．４冲击碾压前后进行的系统室内土工试验表明，由于　序号　部位　标准贯入　静力触探　反应模量　受取土扰动的影响，试验结果离散性大，规律性差，难以反映　检验结果　检验结果　检验结果　冲击碾压前后土基的真实变化。而原位土工测试则离散性　ｌ　道槽　７．１击　３．５１ＭＰａ　６３ＭＮ／ｍ　小，规律性好。故应以此做为评价强夯效果的可靠试验手段。　２　道槽　６．６击　２．８ｌＭＰａ　６５　ＭＮ／ｍ　３　道槽　５．６击　２．５６ＭＰａ　６６ＭＮ／ｍ　５．５合理确定高真空降水联合冲击碾压施工参数（山皮　４　道槽　５．６击　２．６３ＭＰａ　６８　ＭＮ／ｍ　石冲击碾压速度、夯距、冲击碾压遍数、间隙时间等）及其相　５　道肩　６．４击　２．８６ＭＰａ　５８ＭＮ／ｍ　互关系，并根据土层、土的性能进行调整，是提高施工效率的　６　道肩　６．３击　２．７４ＭＰａ　５４　Ｍ　／ｍ　重要环节。　表４．６对应的是试验段标贯、静探、反应模量检验成果　参考文献　表，从表中可以看出，检验结果完全满足检测标准，道槽区反　［１］中国民用航空总局机场司．ＭＨ５００７－－２０００民用机场飞行区工程　应模量随换填厚度增加略有增加，由于均满足要求，建议大面　竣工验收质量检验评定标准［Ｓ］．北京：２０００．　积施工时换填厚度按１．０ｍ考虑。　［２］中国民用航空总局．ＭＨ５０１４—２００２民用机场飞行区土（石）方与　道面基础施工技术规范［Ｓ］．北京：２００２．　５几点经验和建议　［３］　台金建筑研究总院．ＪＧＪ７９—２００２建筑地基处理技术规范［Ｓ］．北　上海浦东国际机场商飞配套四跑道项目地基处理及排水　京：中国建筑工业出版社，２００２．　工程（Ⅲ标段）高真空降水联合冲击碾压加固处理飞行区软　［４］龚晓南．地基处理手册［Ｍ］．北京：中国建筑Ｘ－，．１ｋ出版社，２０００．　土基础的试验、分析、施工和最终检测验收等一系列的决策是　［５］刘玉卓，周虎鑫等．公路工程软基处理［Ｍ］．人民交通出版社，　成功的。回顾总结该项目工程建设并肯定其成功的经验，以　２ＯＯ２．　供类似的机场软土地基场道工程参考借鉴是很有价值的，现　（上接第９页）　４）深圳市《基坑支护技术规范》（ＳＪＧ０５—２０１１），其基坑　在软土中，抗隆起稳定性验算以圆弧滑动模式为主，因　抗隆起稳定性验算采用地基极限承载力和圆弧滑动两种模　此，按安全度大小比较：规范Ｂ＞规范Ｃ＞规范Ｄ，基坑支护结　式，稳定安全系数分别为１．２和１．４地基极限承载力模式的　构是施工临时设施，安全度大的设计并不一定是最优的设计。　计算方法与规范Ｂ基本相似，而圆弧滑动模式的计算方法与　７其他一部分省市的地方规范　规范Ａ基本相似。　２０００年以后新修订的地方基坑支护设计规范还有：　５）成都地区《基坑工程安全技术规范》（ＤＢ５１Ｔ５０７２—　１）北京市《建筑基坑支护技术规程》（ＤＢ１　１／４８９—２００７）　２０１　１）基坑抗隆起稳定性验算仅采用圆弧滑动一种模式，稳定　基坑抗隆起稳定性验算仅采用地基极限承载力一种模式，计　安全系数为１．３。　算方法与规范Ｂ基本相似，这可能因为北京地区没有软土，　６）《合肥市深基坑开挖与支护技术实施细则》（２００９）基　稳定安全系数为１．６。　坑抗隆起稳定性验算仅采用地基极限承载力一种模式，计算　２）浙江省标准《建筑基坑工程技术规程》（ＤＢ３３／Ｔ１００８　方法与规范Ｂ基本相似，稳定安全系数为不小于２．０。　—２０１０），其基坑抗隆起稳定性验算采用地基极限承载力和　８小结　圆弧滑动两种模式，稳定安全系数分别为２．０和１．６，地基极　建设部行规《建筑基坑支护技术规程》（ＪＧＪ１２０—２０１２）　限承载力模式的计算方法与规范Ｂ基本相似，而圆弧滑动模　对基坑抗隆起稳定性验算是最严格、安全度最高。　式的计算方法与规范Ａ基本相似，围护墙最下道支撑位置作　上海市《基坑工程技术规范》（ＤＧ　Ｔ　Ｊ０８—６１—２０１０）基　为圆弧滑动的圆心。　坑抗隆起稳定性验算方法最严谨，公式也最复杂。　３）天津市《建筑基坑工程技术规程》（ＤＢ２９—２０２—　９说明　２０１０），其基坑抗隆起稳定性验算采用地基极限承载力和圆　本文引用的规范大多为电子文挡，可能与正式颁布的文　弧滑动两种模式，计算方法与规范Ａ基本相似，稳定安全系　本在文字表述上有出入，特此说明。　数均为不小于１．４。