探討基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算

1、探討基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算張耀年（福建省建筑科學研究院, 福州, 350025）摘要 本文探討新頒布規(guī)范中基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算的方法和規(guī)定。關鍵詞 基坑，抗隆起穩(wěn)定性，地基極限承載力模式，圓弧滑動模式Discussion on Basal Stability Analysis against Upheaval in ExcavationAbstract: The method and regulation of new issued building code for basal stability against upheaval in excavation are discussed. Ke

2、ywords: Excavation, basal stability against upheaval, the ultimate bearing capacity method, circle slip method1 前言基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算是基坑支護設計中一項重要的內容，我國現(xiàn)行建筑規(guī)范中基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算主要采用兩種分析模式：地基極限承載力模式和圓弧滑動模式。近三十年來，大量的基坑工程實踐使支護結構設計日臻完善，新修訂的基坑支護設計規(guī)范反映了基坑工程實踐中積累的經(jīng)驗。基坑支護結構設計具有很強的地區(qū)性，我國地域遼闊，各地工程地質的差異較大，因此，各行業(yè)和各地方的規(guī)范對基坑支護結構設計

3、的方法和規(guī)定都稍有差別。本文對2000年以后新修訂的基坑支護設計規(guī)范中隆起穩(wěn)定性驗算的方法和規(guī)定作一點分析和比較，因為，在使用新規(guī)范的設計過程中大家發(fā)現(xiàn)在軟土地基中抗隆起穩(wěn)定性驗算是基坑支護結構設計的控制因素。2 國標建筑地基基礎設計規(guī)范 在國標建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2012) (以下簡稱規(guī)范A)中，基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算采用地基極限承載力和圓弧滑動兩種模式，極限承載力模式的計算簡圖如圖1所示：圖1 規(guī)范A極限承載力模式的計算簡圖基坑底下部土體的強度穩(wěn)定性應滿足下式規(guī)定：式中：KD抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)，KD1.6；NC承載力系數(shù)，NC =5.14；0由十字板試驗確定的總強度；土的重

4、度；D支護結構入土深度；H基坑開挖深度；q地面荷載。圓弧滑動模式的計算簡圖如圖2所示：基坑底下部土體的強度穩(wěn)定性應滿足下式規(guī)定：式中：Mp支護樁、墻橫截面抗彎強度標準值；KD抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)，KD1.4。規(guī)范A中基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算方法與建筑基坑工程技術規(guī)范(YB9258-97) 的計算方法完全相同， 只是穩(wěn)定安全系數(shù)稍有提高，原穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.4和1.3。圖2 規(guī)范A圓弧滑動模式的計算簡圖3 建設部建筑基坑支護技術規(guī)程在新頒布的建設部行規(guī)建筑基坑支護技術規(guī)程(JGJ120-2012)（以下簡稱規(guī)范B)中，基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算采用地基極限承載力和圓弧滑動兩種模式，極限承載力模式的計算簡

5、圖如圖3所示：圖3 規(guī)范B極限承載力模式的計算簡圖規(guī)范B規(guī)定：錨拉式支擋結構和支撐式支擋結構，其嵌固深度應滿足坑底隆起穩(wěn)定性要求，抗隆起穩(wěn)定性可按下列公式驗算：式中：Kb抗隆起安全系數(shù)；m1基坑外擋土構件底面以上土的重度；m2基坑內擋土構件底面以上土的重度；D基坑底面至擋土構件底面的土層厚度；h基坑開挖深度；q0地面均布荷載； Nc、Nq承載力系數(shù)；c、j擋土構件底面以下土的粘聚力、內摩擦角。安全等級為一級、二級、三級的支護結構，抗隆起安全系數(shù)Kb分別不應小于1.8、1.6、1.4；規(guī)范B還規(guī)定：錨拉式支擋結構和支撐式支擋結構，當坑底以下為軟土時， 其嵌固深度應符合以最下層支點為轉動軸心的圓弧

6、滑動穩(wěn)定性要求（本規(guī)程報批稿電子文檔這段文字是這樣表述的：尚應以最下層支點為轉動軸心的圓弧滑動模式按下列公式驗算抗隆起穩(wěn)定性）：式中：Kr以最下層支點為軸心的圓弧滑動穩(wěn)定安全系數(shù)；cj、jj 第j土條在滑弧面處土的粘聚力、內摩擦角；lj第j土條的滑弧段長度，取ljbj/cosj；qj作用在第j土條上的附加分布荷載標準值；bj第j土條的寬度；j第j土條滑弧面中點處的法線與垂直面的夾角；Gj第j土條的自重(kN)，按天然重度。安全等級為一級、二級、三級的支擋式結構，抗隆起安全系數(shù)Kr分別不應小于2.2、1.9、1.7。圓弧滑動模式的計算簡圖如圖4所示：圖4 規(guī)范B圓弧滑動模式的計算簡圖4 上海市基

7、坑工程技術規(guī)范上海市基坑工程技術規(guī)范(DG T J08-61-2010 ) （以下簡稱規(guī)范C)基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算采用地基極限承載力和圓弧滑動兩種模式，極限承載力模式的計算方法與規(guī)范B基本相似，但對于安全等級為一級、二級、三級的支護結構規(guī)定：穩(wěn)定安全系數(shù)RL分別不應小于2.5、2.0、1.7。規(guī)范C圓弧滑動模式的計算簡圖如圖5所示：規(guī)范C規(guī)定：板式支護體系按圓弧滑動模式驗算繞最下道內支撐點的抗隆起穩(wěn)定性時，應符合下列公式要求：式中：RL抗隆起安全系數(shù)；MRLK抗隆起力矩標準值MSLK隆起力矩標準值Msk圍護墻的容許力矩標準值MRLkj坑外最下道支撐以下第j層土產(chǎn)生的抗隆起力矩標準值MRLkm坑

8、內開挖面以下第m層土產(chǎn)生的抗隆起力矩標準值MSLkq坑外地面荷載產(chǎn)生的隆起力矩標準值MSLki坑外最下道支撐以上第i層土產(chǎn)生的隆起力矩標準值MSLkj坑外最下道支撐以下、開挖面以上第j層土產(chǎn)生的隆起力矩標準值規(guī)范C規(guī)定：安全等級為一級、二級、三級的支擋式結構，抗隆起安全系數(shù)RL分別不應小于2.2、1.9、1.7。圖5 規(guī)范C圓弧滑動模式的計算簡圖5上海市城市軌道交通設計規(guī)范上海市城市軌道交通設計規(guī)范(滬DBJ08-109-2004) （以下簡稱規(guī)范D)的基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算僅采用圓弧滑動一種模式。其計算簡圖如圖6所示：圖6 規(guī)范D的計算簡圖規(guī)范D規(guī)定：板式支護體系按圓弧滑動模式驗算繞最下道內支

9、撐點的抗隆起穩(wěn)定性：抗滑力矩：滑動力矩：式中：Ks抗隆起安全系數(shù)；坑外最下道支撐以上土層產(chǎn)生的抗滑力矩；j坑外最下道支撐以下土層產(chǎn)生的抗滑力矩；Mh圍護墻的容許力矩。規(guī)范D規(guī)定：安全等級為一級、二級、三級的支擋式結構，抗隆起安全系數(shù)分別不應小于2.2、2.0、1.8。6 規(guī)范B、規(guī)范C和規(guī)范D的比較上海市由于其地理位置和經(jīng)濟地位集中了我國許多最大、最深的基坑工程，上海的基坑開挖支護技術基本上反映了我國基坑工程的最高水準，上海市的基坑支護設計規(guī)范對我國沿海地區(qū)的軟土地基基坑開挖支護工程具有示范作用。表1以規(guī)范B、規(guī)范C和規(guī)范D為例，對計算特征和穩(wěn)定安全系數(shù)作一比較。表1 規(guī)范B、規(guī)范C和規(guī)范D的

10、比較建筑基坑支護技術規(guī)程規(guī)范B (JGJ120-2012)基坑工程技術規(guī)范規(guī)范C (滬DG T J08-61-2010 )城市軌道交通設計規(guī)范規(guī)范D (滬DBJ08-109-2004)脫離體的力平衡圖滑動力矩由OK段上覆壓力產(chǎn)生的滑動力矩，KCGO區(qū)域內土體自重產(chǎn)生的滑動力矩，CEG區(qū)域內土體自重產(chǎn)生的滑動力矩。由OK段上覆壓力產(chǎn)生的滑動力矩，KCGO區(qū)域內土體自重產(chǎn)生的滑動力矩，CEG區(qū)域內土體自重產(chǎn)生的滑動力矩。由OK段上覆壓力產(chǎn)生的滑動力矩，KCGO區(qū)域內土體自重產(chǎn)生的滑動力矩，CEG區(qū)域內土體自重產(chǎn)生的滑動力矩。抗滑動力矩1、滑動面ECK上抗剪強度產(chǎn)生的抗滑動力矩。1、圍護墻的容許力矩

11、，2、EFG區(qū)域內土體自重產(chǎn)生的抗滑動力矩，（與滑動力矩的第項相抵消）3、滑動面FECK上抗剪強度產(chǎn)生的抗滑動力矩。1、圍護墻的容許力矩，2、EFG區(qū)域內土體自重產(chǎn)生的抗滑動力矩，（與滑動力矩的第項相抵消）3、滑動面FECK上抗剪強度產(chǎn)生的抗滑動力矩。3、滑動面IK上抗剪強度產(chǎn)生的抗滑動力矩。安全系數(shù)安全等級為一級、二級、三級的支擋式結構， Kr分別不應小于2.2、1.9、1.7。安全等級為一級、二級、三級的支擋式結構，RL分別不應小于2.2、1.9、1.7。安全等級為一級、二級、三級的支擋式結構，Ks分別不應小于2.2、2.0、1.8。按圓弧滑動模式的抗隆起穩(wěn)定性驗算時，規(guī)范B和規(guī)范C產(chǎn)生的

12、滑動力矩的項完全相同，穩(wěn)定安全系數(shù)也完全相同。但是，規(guī)范B產(chǎn)生的抗滑動力矩的項忽略了：圍護墻的容許力矩，EFG區(qū)域內土體自重產(chǎn)生的抗滑動力矩，和滑動面FE上抗剪強度產(chǎn)生的抗滑動力矩。所以，與規(guī)范C相比較，規(guī)范B按圓弧滑動模式的抗隆起穩(wěn)定性驗算結果偏于安全。對于按極限承載力模式的抗隆起穩(wěn)定性驗算，情況則恰恰相反。由于兩本規(guī)范的計算公式完全相同，而規(guī)范C的穩(wěn)定安全系數(shù)比規(guī)范B要大的多，所以，按極限承載力模式規(guī)范C的抗隆起穩(wěn)定性驗算結果偏于安全。按圓弧滑動模式的抗隆起穩(wěn)定性驗算時，規(guī)范C和規(guī)范D產(chǎn)生的滑動力矩的項完全相同，穩(wěn)定安全系數(shù)也基本相同。但是，規(guī)范D的抗滑動力矩多了一項，即滑動面IK上抗剪強

13、度產(chǎn)生的抗滑動力矩。所以，與規(guī)范D相比較，規(guī)范C抗隆起穩(wěn)定性驗算結果偏于安全。在軟土中，抗隆起穩(wěn)定性驗算以圓弧滑動模式為主，因此，按安全度大小比較：規(guī)范B規(guī)范C規(guī)范D，基坑支護結構是施工臨時設施，安全度大的設計并不一定是最優(yōu)的設計。7 其他一部分省市的地方規(guī)范 2000年以后新修訂的地方基坑支護設計規(guī)范還有：1）北京市建筑基坑支護技術規(guī)程（DB11/489-2007）基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算僅采用地基極限承載力一種模式，計算方法與規(guī)范B基本相似，這可能因為北京地區(qū)沒有軟土，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.6。2）浙江省標準建筑基坑工程技術規(guī)程（DB33/T1008-2010），其基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算采用地基極限

14、承載力和圓弧滑動兩種模式，穩(wěn)定安全系數(shù)分別為2.0和1.6, 地基極限承載力模式的計算方法與規(guī)范B基本相似，而圓弧滑動模式的計算方法與規(guī)范A基本相似，圍護墻最下道支撐位置作為圓弧滑動的圓心。3）天津市建筑基坑工程技術規(guī)程（DB29-202-2010），其基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算采用地基極限承載力和圓弧滑動兩種模式，計算方法與規(guī)范A基本相似，穩(wěn)定安全系數(shù)均為不小于1.4。4）深圳市基坑支護技術規(guī)范（SJG05-2011），其基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算采用地基極限承載力和圓弧滑動兩種模式，穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.2和1.4 地基極限承載力模式的計算方法與規(guī)范B基本相似，而圓弧滑動模式的計算方法與規(guī)范A基本相似。5）成都地區(qū)基坑工程安全技術規(guī)范（DB51T5072-2011）基坑抗隆起穩(wěn)定性驗算僅采用圓弧滑動一種模式，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.3。6）合肥市深