深基坑坑底土體抗隆起穩(wěn)定性的驗(yàn)算方法辨析

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1、2011年地下工程與隧道2011第3期UNDERGROUNDENGINEERINGANDTUNNELSNo．3設(shè)計(jì)與研究深基坑坑底土體抗隆起穩(wěn)定性的驗(yàn)算方法辨析占學(xué)釗(上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院)摘要:深基坑抗隆起驗(yàn)算是基坑設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文對(duì)現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)基坑抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算的內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理，并就驗(yàn)算模式的適用條件、計(jì)算參數(shù)的取值和抗隆起安全度的指標(biāo)值等提出了一些建議，推導(dǎo)和完善了部分計(jì)算公式，以供同行參考。關(guān)鍵詞:深基坑;穩(wěn)定性;抗隆起;分項(xiàng)系數(shù);安全系數(shù);驗(yàn)算模式深基坑坑底土體抗隆起不僅關(guān)系到基坑自身的穩(wěn)定安全，還與基坑及其周邊環(huán)境的變形密

2、切相關(guān)。因此，基坑抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算是基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一項(xiàng)關(guān)鍵的內(nèi)容。目前，基坑抗隆起穩(wěn)定性分析計(jì)算方法大致有4大類:極限平衡法、極限分析法、常規(guī)位移有限元法以及經(jīng)驗(yàn)公式法。在我國(guó)基坑工程實(shí)踐中，目前常用的是能同時(shí)考慮土體c、φ值的抗隆起穩(wěn)定性分析方法，即墻底地基極限承載力模式和墻底圓弧滑動(dòng)模式。1墻底地基極限承載力模式基于不同的假定，Prandtl(1920)、Terzaghi(1943)和Vesic等人推導(dǎo)出了均質(zhì)地基的極限承載圖1墻底地基極限承載力模式計(jì)算簡(jiǎn)圖力(修正)計(jì)算公式，內(nèi)容不盡相同。1)與Prandtl地基承載力的計(jì)算方法一樣，假由于當(dāng)時(shí)許多驗(yàn)算抗隆

3、起安全系數(shù)的公式僅定基底以下土為無(wú)重量介質(zhì)，該模式?jīng)]有考慮與基僅適用于純黏性土或者純砂性土的情況，而一般黏底以下土重地基承載力的有利貢獻(xiàn)，故偏于安全。性土的抗剪強(qiáng)度應(yīng)同時(shí)包括c值和φ值兩個(gè)因素。［3］2)與Terzaghi地基承載力計(jì)算公式相比，因?yàn)閰⒄盏鼗鶚O限承載力的分析計(jì)算方法，文獻(xiàn)提出此處基礎(chǔ)寬度不能明確界定，該模式?jīng)]有考慮基礎(chǔ)了能同時(shí)考慮土體c、φ值的墻底地基極限承載力抗寬度項(xiàng)對(duì)地基承載力的有利貢獻(xiàn)，故偏于安全。隆起驗(yàn)算模式。其定義式為:3)由于該分析模式假定以圍護(hù)墻體底面為驗(yàn)—γ坑內(nèi)DNq+cNcK=(1)算基準(zhǔn)面，因此，它只是對(duì)設(shè)定的計(jì)算基面進(jìn)行驗(yàn)WZ—γ坑

4、外(H0+D)+q算，也不考慮基坑開(kāi)挖面以上土體抗剪強(qiáng)度的影式中:Nq和Nc是根據(jù)圍護(hù)墻底地基土特性計(jì)算的地響，而只能反映圍護(hù)墻底土體的抗剪強(qiáng)度對(duì)其抗隆基承載力系數(shù)，有Prandtl解和Terzaghi解等。起穩(wěn)定性的影響，有一定的近似性，安全系數(shù)亦可可以看出:該模式的實(shí)質(zhì)是“坑內(nèi)開(kāi)挖面以下取小一些。但是，當(dāng)土體內(nèi)摩擦角較大時(shí)，由于地至圍護(hù)墻體的地基極限承載力”與“作用在墻底基基承載力系數(shù)增長(zhǎng)迅速，所求的抗隆起安全系數(shù)過(guò)準(zhǔn)面地基上的全部豎向荷載”之比值(見(jiàn)圖1)。大，故偏于不安全。1第3期占學(xué)釗:深基坑坑底土體抗隆起穩(wěn)定性的驗(yàn)算方法辨析4)從理論上說(shuō)，圍護(hù)墻底壓漿有助于

5、局部改善圓弧形且滑動(dòng)面通過(guò)墻底，利用力矩平衡法進(jìn)行分墻底地基土的c、φ值，進(jìn)而提高地基極限承載力，析(見(jiàn)圖2)。其實(shí)質(zhì)是“總抗滑動(dòng)力矩”與“總滑動(dòng)但計(jì)算時(shí)不宜計(jì)入，因?yàn)樽{的施工質(zhì)量不能保力矩”之比值。證，且作用有限。2墻底圓弧滑動(dòng)模式墻底圓弧滑動(dòng)模式假定基坑的隆起破壞面為圖2墻底圓弧滑動(dòng)模式計(jì)算簡(jiǎn)圖在此，僅對(duì)以下問(wèn)題進(jìn)行討論:完全憑借基坑開(kāi)挖側(cè)的坑底土體自身的抗剪強(qiáng)度1)基坑尺寸的影響。墻底圓弧滑動(dòng)驗(yàn)算模式不足以提供圍護(hù)墻體的轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)，應(yīng)該是坑底最危未考慮基坑尺寸的影響，如果基坑開(kāi)挖深度大，但險(xiǎn)的工況。因此，滑動(dòng)面的圓心應(yīng)設(shè)在對(duì)圍護(hù)墻體平面尺寸小的話，實(shí)際上圓弧滑動(dòng)面

6、就無(wú)法形成，旋轉(zhuǎn)有抵抗能力的最下道撐錨點(diǎn)?；瑒?dòng)半徑為最因?yàn)樵撁嬉呀?jīng)滑到對(duì)側(cè)圍護(hù)墻體深度范圍內(nèi)。下道撐錨點(diǎn)至圍護(hù)墻體底面的距離。因此，實(shí)際使用過(guò)程中，應(yīng)注意是否可能形成圓心設(shè)于坑底處時(shí)，坑底墊層應(yīng)已澆筑完畢，連貫的圓弧滑動(dòng)面。且具有一定強(qiáng)度，能夠提供圍護(hù)墻體的轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)。2)滑動(dòng)圓弧的位置。圍護(hù)結(jié)構(gòu)本體有抗彎及滑動(dòng)半徑為坑底開(kāi)挖面至圍護(hù)墻體底面的距離?？辜魪?qiáng)度，滑裂面一般不可能通過(guò)墻體。分析墻底筆者認(rèn)為，相對(duì)于以最下道撐錨點(diǎn)為圓心的計(jì)以下的滑動(dòng)面，一般土質(zhì)優(yōu)于淺層土體。如果墻底算工況，由于滑動(dòng)圓弧半徑減小了“最下?lián)五^點(diǎn)至以下存在軟弱地層分布，可采取適當(dāng)加深圍護(hù)墻體坑底的豎向

7、距離”，因而總滑動(dòng)力矩(滑動(dòng)土體的自穿過(guò)軟弱地層的辦法加以解決。軟弱地層不厚時(shí)，重減少)和總抗滑動(dòng)力矩(抗滑動(dòng)力矩的積分路徑可直接加長(zhǎng)鋼筋籠;較厚時(shí)，可采取“上葷下素”的縮短了)都減小了，反映到基坑抗隆起穩(wěn)定性安全辦法來(lái)處理。即上部鋼筋籠照放，墻體下部加深的度的安全系數(shù)值是增大還是減小則不易直觀判定。范圍內(nèi)灌注素混凝土。因此，必須同時(shí)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)算，以確保安全。3)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置。力矩平衡法的圓心(轉(zhuǎn)動(dòng)在繞坑底墊層的計(jì)算工況中，總抗滑動(dòng)力矩尚中心)可以固定在最下道支撐點(diǎn)(錨碇點(diǎn))或坑底開(kāi)應(yīng)計(jì)入坑底素混凝土墊層自重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心貢獻(xiàn)的挖面處。有利