王志虹 张朋来

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)



坑底抗隆起圆弧滑动模式规范条文适用性研究★

王志虹 张朋来

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

结合工程实例，按两个行业标准和两个地方标准,对比分析了地铁基坑坑底抗隆起稳定性验算结果，并通过有限元分析，对基坑的坑底隆起、围护结构变形、地表沉降等进行了验证计算，提出了长条形基坑坑底抗隆起稳定性验算模式的适用条件与计算参数的取值建议。

围护结构，坑底抗隆起，稳定性，有限元

0 引言

基坑抗隆起稳定性验算是基坑支护设计的重要组成。深基坑开挖时，由于坑内外土体的压力差，使墙背土向基坑内推移，造成坑内土体向上隆起，坑外地面下沉，控制这种现象发生的抗隆起稳定性验算大致根据两种假定，即滑动面假定和地基极限承载力假定[1]，滑动面假定我们通常称之为坑底抗隆起稳定性，地基极限承载力假定简称为墙底抗隆起稳定性。

我国地域辽阔，各行业标准和各地方规范对基坑坑底抗隆起验算的方法和规定均有所差别，本文结合地铁基坑工程实例，按两个行业标准和两个地方标准对基坑坑底抗隆起稳定性验算结果进行分析和比较，并通过有限元分析对基坑的坑底隆起、围护结构变形、地表沉降等进行验证计算，就长条形基坑坑底抗隆起稳定性验算模式的适用条件、计算参数的取值等提出意见与建议，以期对类似工程具有一定的指导意义。

1 规范相关条文

1)住建部发布的JGJ 120—2012建筑基坑支护技术规程4.2.5条关于坑底为软土时，锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构的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：

(1)

其中，Kr为以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定安全系数,安全等级为一级、二级、三级时分别不应小于2.2，1.9，1.7；cj，fj分别为第j土条在滑弧面处土的粘聚力、内摩擦角；lj为第j土条的滑弧段长度，取lj=bj/cosθj；qj为作用在第j土条上的附加分布荷载标准值；bj为第j土条的宽度；θj为第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角；ΔGj为第j土条的自重，kN，按天然重度。

验算简图如图1所示。

2)冶金部标准YB9258—97建筑基坑工程技术规范第6.3.1条：考虑支护桩墙弯曲抗力作用的基坑底土体向上涌起，可按照式(2)，图2进行验算：

(2)

其中，Mp为基坑底部处支护桩、墙横截面抗弯弯矩标准值；γh为基坑底部处土隆起抗力分项系数，γh≥1.3。

3)上海市标准DG/TJ 08—61—2010基坑工程技术规范6.3.2条：板式支护基坑坑底地基土应按抗隆起分项系数形式验算以最下一道支撑点为圆心的圆弧滑动公式计算抗隆起稳定性：

(3)

其中,γRL为抗隆起安全系数，安全等级为一级、二级、三级时分别不应小于2.2，1.9，1.7；MRLK为抗隆起力矩标准值；MSLK为隆起力矩标准值。

计算简图见图3。

4)浙江省标DB33/T1008—2014建筑基坑工程技术规程6.1.8条：

(4)

其中，Kr为绕最下层支点圆弧滑动的抗隆起稳定安全系数，一级、二级、三级基坑，分别不应小于1.6,1.5，1.4；τi为最下一道支撑底部至围护墙底端深度范围第i计算土层(对应图4中Ai与Bi深度范围的土层)中间深度点的抗剪强度，kPa，按勘察报告提供的相应深度十字板抗剪强度取值，也可采用按固结快剪强度指标计算得到的抗剪强度，计算土层厚度不宜超过1m；αAi,αBi分别为滑弧面与第i土层的交点Ai，Bi与最下层支点的连线与垂直面的夹角,rad；γ3为地面至基坑开挖面范围，各土层天然重度的加权平均值，kN/m3。

验算简图见图4。

2 工程实例

某地铁单柱双跨岛式站台车站，车站全长209.9 m，标准段基坑宽19.7 m，深约16 m，车站底板主要落于②-4-3淤泥中细砂互层，采用明挖顺作法施工。车站周边环境较为复杂，北侧临河，驳岸采用细混凝土砌块石、浆砌条石；东南象限为两幢多层钢筋混凝土住宅，采用沉管灌注桩基础,桩长18 m；西南侧为9层～11层钢筋混凝土住宅，采用PHC管桩基础,桩长18 m。围护结构采用800 mm厚地连墙，沿坑深设四道支撑，第一道、二道为混凝土支撑，第三道、四道支撑为钢支撑。基坑总平面布置见图5,土层厚度及岩土物理力学指标见表1，坑底抗隆起稳定性验算分析对比见表2。

表1 土层厚度及岩土物理力学指标

土层厚度/m重度kN/m3固结快剪C/kPaϕ/(°)土的水平抗力比例系数m/kN·m-4①-2杂填土1.3518.56123500②-1-1粉质粘土3.018.821153500②-4-3淤泥中细砂互层4.318.05185000②-5-2粗中砂2.518.04203500②-4-3淤泥中细砂互层2.518.05185000②-5-2粗中砂3.718.04203500②-4-3淤泥中细砂互层8.018.05185000②-5-2粗中砂6.718.04203500③-4淤泥质土2.517.51573000③-3中粗砂4.419.54289000

表2 两个行业标准、两个地方标准坑底抗隆起计算结果

经计算分析发现，在宁波、福州等沿海地区，在坑底以下淤泥、淤泥质土等软弱土层较厚的情况下，支护结构必须穿透软土层达到下方性能较好的土层方可满足住建部标准JGJ 120—2012和上海市标准DG/TJ 08—61—2010的安全系数2.2的要求，对于本工程，按照住建部标准地连墙插入深度需达到28 m，按照上海市标地连墙插深需要达到30.5 m(插入比达到了1.81)，大大超出以往基坑工程围护结构插入比经验值。而满足冶金部标准YB 9258—97和浙江省标DB33/T 1008—2014抗隆起验算所需地连墙的插深分别为21.5 m，22 m，如果按照住建部标准或参照上海市标执行，工程造价相对较高。

分析原因可以发现，冶金部标准和浙江省标在进行坑底抗隆起计算时，抗隆起力矩采用的是圆弧面上土体的十字板剪切试验得到的抗剪强度指标，更能反映工程的实际情况。而住建部标准和上海市标准中抗隆起力矩采用的圆弧面上的抗剪强度指标仅是抗剪强度的经验计算公式(库仑公式)，尤其是被动区侧向土压力对抗剪强度的贡献，故按照住建部标准和上海市标准验算坑底抗隆起得到的围护结构插入深度是偏于保守的。

结合地方工程建设经验，本工程抗隆起计算控制的插入比深度取为22 m，插入比为1.375，可以满足冶金部标准和浙江省标的抗隆起计算要求。

3 有限元分析验证

为了验证是否有必要增加围护结构插入深度以满足坑底抗隆起稳定性要求，作者采用PLAXIS有限元软件，进一步建模分析地下连续墙插入深度变化对基坑及周边环境变形的影响，基坑位移云图见图6。有限元计算结果对比见表3。

表3 有限元计算结果对比表

插入深度/m建筑物沉降/mm建筑物一侧围护变形/mm坑底隆起/mm2213.4320.6429.552511.2219.9128.86289.5518.9328.16327.8218.0227.37

从有限元计算结果可以看出，插入深度为22 m时，周边建筑物沉降、基坑自身变形和坑底隆起均可以满足规范的相关要求。同时也发现，增加地连墙插入深度，车站主体基坑周边的地表沉降、构筑物沉降和靠近建筑物一侧的围护结构的变形都有一定的减小，坑底隆起也有所减小，但相比较而言，差值较小。说明增加地连墙的插入深度对坑底隆起量及控制坑外建筑物沉降量是有利的，但有利作用不明显。

4 结论与建议

1)住建部标准JGJ 120—2012和上海市标准DG/TJ 08—61—2010在坑底抗隆起验算时，安全储备较大，若严格按照这两个标准执行，工程造价将大幅度增加，有可能造成不必要的工程浪费；

2)冶金部标准YB 9258—97和浙江省标DB33/T 1008—2014在进行坑底抗隆起计算时，采用圆弧面上土体的十字板剪切抗剪强度指标，更符合工程实际，计算结果较经济合理；

3)长条形基坑在支护结构插入深度大于基坑宽度时，是否形成真正的圆弧滑动面有待商榷，并且插入深度的增加对基坑及周边环境的变形控制贡献不明显。

[1] 朱合华.地下建筑结构[M].第3版.北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2] 刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2009.

[3] JGJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[4] YB 9258—97，建筑基坑工程技术规范[S].

[5] DGJ 08—109—2004，城市轨道交通设计规范[S].

[6] DB33/T 1008—2014，建筑基坑工程技术规程[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★:浙江省自然科学基金项目(Q17E080006)基坑管涌机理的流固耦合模拟研究

王志虹(1978- )，女，硕士，高级工程师

TU463

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