基坑穩(wěn)定性分析之隆起驗(yàn)算.doc

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1、基坑穩(wěn)定性分析之抗隆起驗(yàn)算在基坑開(kāi)挖時(shí)，由于坑內(nèi)土體挖出后，使地基的應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)發(fā)生變化，可能導(dǎo)致地基的失穩(wěn)，例如地基的滑坡、坑底隆起及涌砂等。所以在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)（包括排樁支護(hù)與地下連續(xù)墻支護(hù)等）時(shí)，需要驗(yàn)算基坑穩(wěn)定性，必要時(shí)應(yīng)采取一定的防范措施使地基的穩(wěn)定性具有一定的安全度。在基礎(chǔ)施工過(guò)程中基坑有時(shí)會(huì)失去穩(wěn)定而發(fā)生破壞，這種破壞可能是緩慢的發(fā)生，也可能是突然的發(fā)生。這種現(xiàn)象有的有明顯的觸發(fā)因素，諸如振動(dòng)、暴雨、外荷或其它的人為因素；有的卻沒(méi)有這些觸發(fā)因素，則主要是由于設(shè)計(jì)時(shí)安全度不夠或施工不當(dāng)造成的?；拥姆€(wěn)定

2、性驗(yàn)算主要包括邊坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算、基坑的抗?jié)B流驗(yàn)算、基坑抗承壓水驗(yàn)算和基坑抗隆起驗(yàn)算。由于地基的隆起常常是發(fā)生在深厚軟土層中，當(dāng)開(kāi)挖深度較大時(shí)，則作用在坑外側(cè)的坑底水平面上的荷載相應(yīng)增大，此時(shí)需要驗(yàn)算坑底軟土的承載力，如果承載力不足將導(dǎo)致坑底土的隆起。對(duì)于坑底土抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算的方法很多，下面介紹四種方法。1.太沙基—派克方法太沙基研究了坑底的穩(wěn)定條件，設(shè)粘土的內(nèi)磨擦角＝0，滑動(dòng)面為圓筒面與平面組成，如圖1所示。太沙基認(rèn)為，對(duì)于基坑底部的水平斷面來(lái)說(shuō)，基坑兩側(cè)的土就如作用在該斷面上的均布荷載，這個(gè)荷載有趨向坑底發(fā)生隆起

3、的現(xiàn)象。當(dāng)考慮dd1面上的凝聚力c后，c1d1面上的全荷載P為：(1-1)式中r—土的濕容重；B—基坑寬度；c—土的內(nèi)聚力；H—基坑開(kāi)挖深度。其荷載強(qiáng)度pr為：(1-2)太沙基認(rèn)為,若荷載強(qiáng)度超過(guò)地基的極限承載力就會(huì)產(chǎn)生基坑隆起。以粘聚力c表達(dá)的粘土地基極限承載力qd為：(1-3)則隆起的安全系數(shù)K為：(1-4)太沙基建議K不小于1.5。圖1抗隆起計(jì)算的太沙基和派克法太沙基和派克的方法適用于一般的基坑開(kāi)挖過(guò)程，這種方法沒(méi)有考慮剛度很大且有一定的插入深度的地下墻對(duì)于抗隆起的有利作用。2.柯克和克里澤爾方法如果基坑擋墻

4、的插入深度不夠，即使在無(wú)水的情況下，基坑底面也有隆起的危險(xiǎn)。這種隆起現(xiàn)象如圖2所示?？拥淄ㄟ^(guò)沿著象圖中的ACB那樣的曲線滑動(dòng)，造成抬高現(xiàn)象。設(shè)以墻底底水平面為基準(zhǔn)面，非開(kāi)挖側(cè)A點(diǎn)上的豎向應(yīng)力為：q1=rh在開(kāi)挖過(guò)程側(cè)的豎向應(yīng)力為：q2=rD根據(jù)滑動(dòng)線理論，可推導(dǎo)得：即（1-5）式中H—擋墻全高；Kp—被動(dòng)土壓力系數(shù)，即；r—土的容重；—土的內(nèi)摩擦角；D—墻體入土深度；由式（1-5）可見(jiàn)，當(dāng)內(nèi)摩擦角很大時(shí)，所需插入深度便很小，根據(jù)太沙基分析，當(dāng)＝30°時(shí)，若插入深度為零，則相應(yīng)安全系數(shù)為8。實(shí)際上A點(diǎn)的豎向應(yīng)力小于r

5、H，因?yàn)楫?dāng)塑流量發(fā)生時(shí)，墻背必定有一條土帶在下沉，這種位移將受到摩阻力t的阻礙，而該方法并沒(méi)有考慮。因此，此方法比較保守，在理論上不是很成熟。3.同時(shí)考慮c、的抗隆起計(jì)算法在許多隆起穩(wěn)定性的計(jì)算公式中，驗(yàn)算抗隆起安全系數(shù)時(shí)，僅僅給出純粘土（＝0）或純砂土(c=0)的公式，很少同時(shí)考慮c、。顯然對(duì)于一般的粘性土，在土體抗剪強(qiáng)度中應(yīng)包括和的因素。同濟(jì)大學(xué)汪炳鑒等參照普朗特爾（prandtl）及太沙基（Terzaghi）的地基承載力公式，并將墻底面的平面作為求極限承載力的基準(zhǔn)面，其滑動(dòng)面線形狀如圖3所示，建議采用下式進(jìn)行

6、抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算，以求得墻體的插入深度：圖2基坑底面抗隆起計(jì)算示意圖圖3考慮c、的抗隆起基坑計(jì)算示意圖（1-6）式中D—墻體入土深度；H—基坑開(kāi)挖深度；q—地面超載；r1—坑外地表至墻底，各土層天然重度的加權(quán)平均值；r2—坑內(nèi)開(kāi)挖面以下至墻底，各土層天然重度的加權(quán)平均值；Nc、Nq—地基極限承載力的計(jì)算系數(shù)；用普朗德?tīng)柟?，Nq、Nc分別為：（1-7）用太沙基公式則為（1-8）用本法驗(yàn)算抗隆起安全系數(shù)時(shí)，由于圖3中的A’B’面上的抗剪強(qiáng)度抵抗隆起作用沒(méi)有考慮，故安全系數(shù)KL可得低一些,一般可采用KL≥1.2～1.3

7、。實(shí)踐證明,本法基本上適用于各類土質(zhì)條件。4.考慮墻體極限抵抗彎矩的抗隆起計(jì)算法這是上海市《基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程》推薦的一種方法。該法認(rèn)為開(kāi)挖底面以下的墻體能起到抵抗基坑隆起的作用,并假定土體沿墻體底面滑動(dòng),以最下道支撐或錨定點(diǎn)作為轉(zhuǎn)動(dòng)中心且滑動(dòng)面為圓弧,如圖4所示。產(chǎn)生滑動(dòng)的力為土體重量及地表荷載,抵抗滑動(dòng)的力則為滑動(dòng)面上的土體抗剪強(qiáng)度及墻體的抗彎能力。將滑動(dòng)力與抗滑動(dòng)力分別對(duì)圓心O取矩得到:滑動(dòng)力矩（1-9）抗滑動(dòng)力矩（1-10）式中D—墻體入土深度；H—基坑開(kāi)挖深度；q—地面超載；Ka—主動(dòng)土壓力系數(shù)，即；R、c

8、、—分別為土體重度、粘聚力、內(nèi)摩擦角的加權(quán)平均值；Mh—基坑底面處墻體的極限抵抗彎矩,可采用該處的墻體設(shè)計(jì)彎矩；則基坑抗隆起的安全系數(shù)為:（1-11）為達(dá)到穩(wěn)定要求，一般要求K滿足K≥1.2~1.3；對(duì)要求嚴(yán)格控制地表沉降的工程，則須增大插入深度D或視需要進(jìn)行坑底地基加固，提高土體抗剪強(qiáng)度，使K達(dá)到1.5~2.0。由于假定滑動(dòng)面通過(guò)墻底，故在D過(guò)小時(shí)這樣的假