深基坑坑底土体抗隆起稳定性的验算方法辨析

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1、2011年地下工程与隧道2011第3期UNDERGROUNDENGINEERINGANDTUNNELSNo．3设计与研究深基坑坑底土体抗隆起稳定性的验算方法辨析占学钊(上海市隧道工程轨道交通设计研究院)摘要:深基坑抗隆起验算是基坑设计中的一项重要内容。本文对现有技术标准中有关基坑抗隆起稳定性验算的内容进行了系统的梳理，并就验算模式的适用条件、计算参数的取值和抗隆起安全度的指标值等提出了一些建议，推导和完善了部分计算公式，以供同行参考。关键词:深基坑;稳定性;抗隆起;分项系数;安全系数;验算模式深基坑坑底土体抗隆起不仅关系到基坑自身的稳定安全，还与基坑及其周边环境的变形密

2、切相关。因此，基坑抗隆起稳定性验算是基坑工程支护结构设计中一项关键的内容。目前，基坑抗隆起稳定性分析计算方法大致有4大类:极限平衡法、极限分析法、常规位移有限元法以及经验公式法。在我国基坑工程实践中，目前常用的是能同时考虑土体c、φ值的抗隆起稳定性分析方法，即墙底地基极限承载力模式和墙底圆弧滑动模式。1墙底地基极限承载力模式基于不同的假定，Prandtl(1920)、Terzaghi(1943)和Vesic等人推导出了均质地基的极限承载图1墙底地基极限承载力模式计算简图力(修正)计算公式，内容不尽相同。1)与Prandtl地基承载力的计算方法一样，假由于当时许多验算抗隆

3、起安全系数的公式仅定基底以下土为无重量介质，该模式没有考虑与基仅适用于纯黏性土或者纯砂性土的情况，而一般黏底以下土重地基承载力的有利贡献，故偏于安全。性土的抗剪强度应同时包括c值和φ值两个因素。［3］2)与Terzaghi地基承载力计算公式相比，因为参照地基极限承载力的分析计算方法，文献提出此处基础宽度不能明确界定，该模式没有考虑基础了能同时考虑土体c、φ值的墙底地基极限承载力抗宽度项对地基承载力的有利贡献，故偏于安全。隆起验算模式。其定义式为:3)由于该分析模式假定以围护墙体底面为验—γ坑内DNq+cNcK=(1)算基准面，因此，它只是对设定的计算基面进行验WZ—γ坑

4、外(H0+D)+q算，也不考虑基坑开挖面以上土体抗剪强度的影式中:Nq和Nc是根据围护墙底地基土特性计算的地响，而只能反映围护墙底土体的抗剪强度对其抗隆基承载力系数，有Prandtl解和Terzaghi解等。起稳定性的影响，有一定的近似性，安全系数亦可可以看出:该模式的实质是“坑内开挖面以下取小一些。但是，当土体内摩擦角较大时，由于地至围护墙体的地基极限承载力”与“作用在墙底基基承载力系数增长迅速，所求的抗隆起安全系数过准面地基上的全部竖向荷载”之比值(见图1)。大，故偏于不安全。1第3期占学钊:深基坑坑底土体抗隆起稳定性的验算方法辨析4)从理论上说，围护墙底压浆有助于

5、局部改善圆弧形且滑动面通过墙底，利用力矩平衡法进行分墙底地基土的c、φ值，进而提高地基极限承载力，析(见图2)。其实质是“总抗滑动力矩”与“总滑动但计算时不宜计入，因为注浆的施工质量不能保力矩”之比值。证，且作用有限。2墙底圆弧滑动模式墙底圆弧滑动模式假定基坑的隆起破坏面为图2墙底圆弧滑动模式计算简图在此，仅对以下问题进行讨论:完全凭借基坑开挖侧的坑底土体自身的抗剪强度1)基坑尺寸的影响。墙底圆弧滑动验算模式不足以提供围护墙体的转动支点，应该是坑底最危未考虑基坑尺寸的影响，如果基坑开挖深度大，但险的工况。因此，滑动面的圆心应设在对围护墙体平面尺寸小的话，实际上圆弧滑动面

6、就无法形成，旋转有抵抗能力的最下道撑锚点。滑动半径为最因为该面已经滑到对侧围护墙体深度范围内。下道撑锚点至围护墙体底面的距离。因此，实际使用过程中，应注意是否可能形成圆心设于坑底处时，坑底垫层应已浇筑完毕，连贯的圆弧滑动面。且具有一定强度，能够提供围护墙体的转动支点。2)滑动圆弧的位置。围护结构本体有抗弯及滑动半径为坑底开挖面至围护墙体底面的距离。抗剪强度，滑裂面一般不可能通过墙体。分析墙底笔者认为，相对于以最下道撑锚点为圆心的计以下的滑动面，一般土质优于浅层土体。如果墙底算工况，由于滑动圆弧半径减小了“最下撑锚点至以下存在软弱地层分布，可采取适当加深围护墙体坑底的竖向

7、距离”，因而总滑动力矩(滑动土体的自穿过软弱地层的办法加以解决。软弱地层不厚时，重减少)和总抗滑动力矩(抗滑动力矩的积分路径可直接加长钢筋笼;较厚时，可采取“上荤下素”的缩短了)都减小了，反映到基坑抗隆起稳定性安全办法来处理。即上部钢筋笼照放，墙体下部加深的度的安全系数值是增大还是减小则不易直观判定。范围内灌注素混凝土。因此，必须同时进行对比验算，以确保安全。3)转动中心的位置。力矩平衡法的圆心(转动在绕坑底垫层的计算工况中，总抗滑动力矩尚中心)可以固定在最下道支撑点(锚碇点)或坑底开应计入坑底素混凝土垫层自重对转动中心贡献的挖面处。有利