坑底抗隆起圓弧滑動模式規范條文適用性研究★

王志虹 張朋來

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

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坑底抗隆起圓弧滑動模式規范條文適用性研究★

王志虹 張朋來

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

結合工程實例，按兩個行業標準和兩個地方標準,對比分析了地鐵基坑坑底抗隆起穩定性驗算結果，并通過有限元分析，對基坑的坑底隆起、圍護結構變形、地表沉降等進行了驗證計算，提出了長條形基坑坑底抗隆起穩定性驗算模式的適用條件與計算參數的取值建議。

圍護結構，坑底抗隆起，穩定性，有限元

0 引言

基坑抗隆起穩定性驗算是基坑支護設計的重要組成。深基坑開挖時，由于坑內外土體的壓力差，使墻背土向基坑內推移，造成坑內土體向上隆起，坑外地面下沉，控制這種現象發生的抗隆起穩定性驗算大致根據兩種假定，即滑動面假定和地基極限承載力假定[1]，滑動面假定我們通常稱之為坑底抗隆起穩定性，地基極限承載力假定簡稱為墻底抗隆起穩定性。

我國地域遼闊，各行業標準和各地方規范對基坑坑底抗隆起驗算的方法和規定均有所差別，本文結合地鐵基坑工程實例，按兩個行業標準和兩個地方標準對基坑坑底抗隆起穩定性驗算結果進行分析和比較，并通過有限元分析對基坑的坑底隆起、圍護結構變形、地表沉降等進行驗證計算，就長條形基坑坑底抗隆起穩定性驗算模式的適用條件、計算參數的取值等提出意見與建議，以期對類似工程具有一定的指導意義。

1 規范相關條文

1)住建部發布的JGJ 120—2012建筑基坑支護技術規程4.2.5條關于坑底為軟土時，錨拉式支擋結構和支撐式支擋結構的嵌固深度應符合以最下層支點為轉動軸心的圓弧滑動穩定性要求：

(1)

其中，Kr為以最下層支點為軸心的圓弧滑動穩定安全系數,安全等級為一級、二級、三級時分別不應小于2.2，1.9，1.7；cj，fj分別為第j土條在滑弧面處土的粘聚力、內摩擦角；lj為第j土條的滑弧段長度，取lj=bj/cosθj；qj為作用在第j土條上的附加分布荷載標準值；bj為第j土條的寬度；θj為第j土條滑弧面中點處的法線與垂直面的夾角；ΔGj為第j土條的自重，kN，按天然重度。

驗算簡圖如圖1所示。

2)冶金部標準YB9258—97建筑基坑工程技術規范第6.3.1條：考慮支護樁墻彎曲抗力作用的基坑底土體向上涌起，可按照式(2)，圖2進行驗算：

(2)

其中，Mp為基坑底部處支護樁、墻橫截面抗彎彎矩標準值；γh為基坑底部處土隆起抗力分項系數，γh≥1.3。

3)上海市標準DG/TJ 08—61—2010基坑工程技術規范6.3.2條：板式支護基坑坑底地基土應按抗隆起分項系數形式驗算以最下一道支撐點為圓心的圓弧滑動公式計算抗隆起穩定性：

(3)

其中,γRL為抗隆起安全系數，安全等級為一級、二級、三級時分別不應小于2.2，1.9，1.7；MRLK為抗隆起力矩標準值；MSLK為隆起力矩標準值。

計算簡圖見圖3。

4)浙江省標DB33/T1008—2014建筑基坑工程技術規程6.1.8條：

(4)

其中，Kr為繞最下層支點圓弧滑動的抗隆起穩定安全系數，一級、二級、三級基坑，分別不應小于1.6,1.5，1.4；τi為最下一道支撐底部至圍護墻底端深度范圍第i計算土層(對應圖4中Ai與Bi深度范圍的土層)中間深度點的抗剪強度，kPa，按勘察報告提供的相應深度十字板抗剪強度取值，也可采用按固結快剪強度指標計算得到的抗剪強度，計算土層厚度不宜超過1m；αAi,αBi分別為滑弧面與第i土層的交點Ai，Bi與最下層支點的連線與垂直面的夾角,rad；γ3為地面至基坑開挖面范圍，各土層天然重度的加權平均值，kN/m3。

驗算簡圖見圖4。

2 工程實例

某地鐵單柱雙跨島式站臺車站，車站全長209.9 m，標準段基坑寬19.7 m，深約16 m，車站底板主要落于②-4-3淤泥中細砂互層，采用明挖順作法施工。車站周邊環境較為復雜，北側臨河，駁岸采用細混凝土砌塊石、漿砌條石；東南象限為兩幢多層鋼筋混凝土住宅，采用沉管灌注樁基礎,樁長18 m；西南側為9層～11層鋼筋混凝土住宅，采用PHC管樁基礎,樁長18 m。圍護結構采用800 mm厚地連墻，沿坑深設四道支撐，第一道、二道為混凝土支撐，第三道、四道支撐為鋼支撐。基坑總平面布置見圖5,土層厚度及巖土物理力學指標見表1，坑底抗隆起穩定性驗算分析對比見表2。

表1 土層厚度及巖土物理力學指標

土層厚度/m重度kN/m3固結快剪C/kPa?/(°)土的水平抗力比例系數m/kN·m-4①-2雜填土1.3518.56123500②-1-1粉質粘土3.018.821153500②-4-3淤泥中細砂互層4.318.05185000②-5-2粗中砂2.518.04203500②-4-3淤泥中細砂互層2.518.05185000②-5-2粗中砂3.718.04203500②-4-3淤泥中細砂互層8.018.05185000②-5-2粗中砂6.718.04203500③-4淤泥質土2.517.51573000③-3中粗砂4.419.54289000

表2 兩個行業標準、兩個地方標準坑底抗隆起計算結果

經計算分析發現，在寧波、福州等沿海地區，在坑底以下淤泥、淤泥質土等軟弱土層較厚的情況下，支護結構必須穿透軟土層達到下方性能較好的土層方可滿足住建部標準JGJ 120—2012和上海市標準DG/TJ 08—61—2010的安全系數2.2的要求，對于本工程，按照住建部標準地連墻插入深度需達到28 m，按照上海市標地連墻插深需要達到30.5 m(插入比達到了1.81)，大大超出以往基坑工程圍護結構插入比經驗值。而滿足冶金部標準YB 9258—97和浙江省標DB33/T 1008—2014抗隆起驗算所需地連墻的插深分別為21.5 m，22 m，如果按照住建部標準或參照上海市標執行，工程造價相對較高。

分析原因可以發現，冶金部標準和浙江省標在進行坑底抗隆起計算時，抗隆起力矩采用的是圓弧面上土體的十字板剪切試驗得到的抗剪強度指標，更能反映工程的實際情況。而住建部標準和上海市標準中抗隆起力矩采用的圓弧面上的抗剪強度指標僅是抗剪強度的經驗計算公式(庫侖公式)，尤其是被動區側向土壓力對抗剪強度的貢獻，故按照住建部標準和上海市標準驗算坑底抗隆起得到的圍護結構插入深度是偏于保守的。

結合地方工程建設經驗，本工程抗隆起計算控制的插入比深度取為22 m，插入比為1.375，可以滿足冶金部標準和浙江省標的抗隆起計算要求。

3 有限元分析驗證

為了驗證是否有必要增加圍護結構插入深度以滿足坑底抗隆起穩定性要求，作者采用PLAXIS有限元軟件，進一步建模分析地下連續墻插入深度變化對基坑及周邊環境變形的影響，基坑位移云圖見圖6。有限元計算結果對比見表3。

表3 有限元計算結果對比表

插入深度/m建筑物沉降/mm建筑物一側圍護變形/mm坑底隆起/mm2213.4320.6429.552511.2219.9128.86289.5518.9328.16327.8218.0227.37

從有限元計算結果可以看出，插入深度為22 m時，周邊建筑物沉降、基坑自身變形和坑底隆起均可以滿足規范的相關要求。同時也發現，增加地連墻插入深度，車站主體基坑周邊的地表沉降、構筑物沉降和靠近建筑物一側的圍護結構的變形都有一定的減小，坑底隆起也有所減小，但相比較而言，差值較小。說明增加地連墻的插入深度對坑底隆起量及控制坑外建筑物沉降量是有利的，但有利作用不明顯。

4 結論與建議

1)住建部標準JGJ 120—2012和上海市標準DG/TJ 08—61—2010在坑底抗隆起驗算時，安全儲備較大，若嚴格按照這兩個標準執行，工程造價將大幅度增加，有可能造成不必要的工程浪費；

2)冶金部標準YB 9258—97和浙江省標DB33/T 1008—2014在進行坑底抗隆起計算時，采用圓弧面上土體的十字板剪切抗剪強度指標，更符合工程實際，計算結果較經濟合理；

3)長條形基坑在支護結構插入深度大于基坑寬度時，是否形成真正的圓弧滑動面有待商榷，并且插入深度的增加對基坑及周邊環境的變形控制貢獻不明顯。

[1] 朱合華.地下建筑結構[M].第3版.北京：中國建筑工業出版社，2016.

[2] 劉國彬，王衛東.基坑工程手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2009.

[3] JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規程[S].

[4] YB 9258—97，建筑基坑工程技術規范[S].

[5] DGJ 08—109—2004，城市軌道交通設計規范[S].

[6] DB33/T 1008—2014，建筑基坑工程技術規程[S].

Study on applicability of stability analysis against foundation pit heaving of circular sliding mode★

Wang Zhihong Zhang Penglai

(Huadong Engineering Corporation Limited, POWERCHINA, Hangzhou 311122, China)

In this article, stability analyses against foundation pit heaving are conducted based on two industry standards and two local standards using finite element model calculation, foundation pit heaving, retaining structure deformation, ground settlement are achieved. By comparing the results to project experience, the author brings up his opinion and suggestion on determine the application condition, calculation parameter and safety factor for analysis on strip shaped foundation pit stability against heaving.

retaining structure, against foundation pit heaving, stability, finite element

1009-6825(2017)08-0052-03

2017-01-09★:浙江省自然科學基金項目(Q17E080006)基坑管涌機理的流固耦合模擬研究

王志虹(1978- )，女，碩士，高級工程師

TU463

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