彭孔曙,陳 娟,盧偉平

（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州310014）

·隧道與建設(shè)工程·

窄條形基坑抗隆起穩(wěn)定問題研究

彭孔曙*,陳 娟,盧偉平

（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州310014）

抗隆起穩(wěn)定性驗算是軟土地區(qū)基坑圍護設(shè)計的一項重要內(nèi)容，它通常是圍護結(jié)構(gòu)嵌固深度的控制因素。主要針對新行標(biāo)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）》在軟土地區(qū)地鐵等窄條形基坑應(yīng)用過程中，出現(xiàn)的圍護結(jié)構(gòu)嵌入比過大問題進行研究，并通過選用工程實例進行計算分析，以期對類似工程提供一定借鑒作用。

地鐵車站；窄條基坑；軟土；坑底抗隆起；有限元

1 問題概況及背景

背景:新行標(biāo)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012[1]，4.2.5條：當(dāng)坑底以下為軟土?xí)r，其嵌固深度應(yīng)符合下列以最下層支點為軸心的圓弧滑動穩(wěn)定性要求：

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)；安全等級為1、2、3級的支擋式結(jié)構(gòu)，Kr分別不應(yīng)小于2.2、1.9、1.7；

cj、φj——第j土條在滑弧面處土的粘聚力，kPa、內(nèi)摩擦角，（°）；

lj——第j土條的滑弧段長度，m，取lj＝bj/cosθj；

qj——作用在第j土條上的附加分布荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

bj——第j土條的寬度，m；

θj——第j土條滑弧面中點處的法線與垂直面的夾角，（°）；

ΔGj——第j土條的自重，kN，按天然重度計算。

本條規(guī)范在實際設(shè)計中存在的問題：

（1）深基坑計算軟件在結(jié)合新行標(biāo)4.2.5條進行設(shè)計計算時，若坑底以下淤泥質(zhì)土等軟弱土層較厚時，坑底抗隆起安全系數(shù)2.2，很難滿足要求。以一個常規(guī)地鐵車站基坑標(biāo)準(zhǔn)段挖深16m為例，若坑底以下淤泥質(zhì)等軟弱土層較厚，像溫州、福州等地區(qū)，有時經(jīng)常出現(xiàn)淤泥質(zhì)土厚度超過30m，甚至達60m。圍護結(jié)構(gòu)必須穿透軟土層才可能滿足2.2的安全系數(shù)要求，則嵌固深度需超過30m以上，插入比達到2以上，大大超出以往基坑工程圍護結(jié)構(gòu)的插入比，造成了極大的浪費[2]。在有些項目需要控制造價的條件下，這給設(shè)計人員帶來極大的困擾。

（2）地鐵車站、明挖區(qū)間等窄條型基坑，當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)插入一定深度時，應(yīng)用規(guī)范模型計算時圓弧滑動面已滑過另一側(cè)圍護墻。若執(zhí)行新行標(biāo)規(guī)程模型，則只能假設(shè)圓弧已滑穿另一側(cè)圍護結(jié)構(gòu)，而這幾乎不可能發(fā)生。可參見圖1。

圖1 計算簡圖

2 規(guī)程公式優(yōu)化建議

2.1 新規(guī)程公式及計算簡圖的完整理解

新規(guī)程公式的幾個假定條件：

（1）穩(wěn)定性驗算均假定是半無限體的平面問題，即適用于寬基坑。

圖2 計算簡圖（考慮qj的作用）

根據(jù)基坑嵌入深度與寬度的比值，可將基坑分為窄基坑、一般寬度基坑和寬基坑3類[3]：

第一類:L/D≤tanφ時，稱為窄基坑。其中：φ為被動區(qū)土體的內(nèi)摩擦角，L為基坑寬度，D為基坑嵌入深度。

第二類:tanφ＜L/D＜tan（π/4+φ/2）時，稱為一般寬度基坑。

第三類:L/D≥tan（π/4+φ/2）時，稱為寬基坑。

（2）假定對于坑內(nèi)部分土條的qj值[作用在第j土條上的附加分布荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）]，規(guī)范假定為0。

2.2 優(yōu)化模型及建議

選取一個常規(guī)地鐵車站基坑模型，將規(guī)程坑底抗隆起模型應(yīng)用于該模型，針對規(guī)程中幾個假定條件的適用性提出疑問：

（1）地鐵寬深比約為0.95，顯然為一般寬度基坑，對側(cè)圍護墻對基坑的抗隆起穩(wěn)定性是有影響；

（2）若還是按照規(guī)程中的圓弧滑動路徑，圓弧已滑過另一側(cè)圍護墻，就算假定圓弧能切過另一側(cè)圍護墻，那么坑內(nèi)另一側(cè)圍護墻外側(cè)滑弧內(nèi)土條即圖中左邊陰影部分的qj值應(yīng)等于上部土體的重量及地面附加超載的疊加值，而不是假定為0。

通過以上分析，新規(guī)程抗隆起穩(wěn)定計算公式確實在窄條形基坑計算中偏于保守。以下結(jié)合一個工程實例，通過不同嵌固深度情況下的基坑及周邊環(huán)境變形數(shù)據(jù)對比，對圍護結(jié)構(gòu)嵌固深度的確定原則做一個探討。

圖3 優(yōu)化模型簡圖

3 工程實例分析

以福州地鐵中某車站為例，該站標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬22.7m，深約16m，圍護結(jié)構(gòu)采用厚800mm連續(xù)墻，沿基坑深度設(shè)4道支撐，第一道為混凝土支撐，其余為鋼支撐。車站周邊環(huán)境較為復(fù)雜，基坑南側(cè)距住宅小區(qū)（砼6）約7.58m,北東側(cè)距住宅小區(qū)（砼7）約7.39～8.47m，均為樁基礎(chǔ)，樁長16m?；涌偲矫娌贾靡妶D4。

土層厚度及參數(shù)如表1所示。

圖4 車站基坑總平面布置圖

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

為了分析不同插入比對基坑變形的影響，按以下3種情況確定不同的插入深度來分別進行有限元模擬分析：

（1）按照福建省地基基礎(chǔ)規(guī)范[4]，坑底為淤泥質(zhì)土層，圍護結(jié)構(gòu)嵌入比建議值為1∶（1.1～1.2）,考慮到周邊分布建筑物，按1∶1.3的插入比來確定嵌固深度，即連續(xù)墻嵌固深度為21m；

（2）完全按照規(guī)程坑底抗隆起計算公式控制，連續(xù)墻嵌固深度為29m；

（3）考慮坑內(nèi)對向連續(xù)墻外側(cè)滑弧面以上土體的壓重作用，按規(guī)程公式計算，連續(xù)墻嵌固深度為27.5m。

計算采用PLAXIS[5-6]二維有限元軟件，分析連續(xù)墻插入深度變化對基坑及周邊環(huán)境變形影響性，相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 土層力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)計算，隨著連續(xù)墻插入深度的增加，車站基坑周邊建筑物的沉降量與臨近建筑物一側(cè)的圍護結(jié)構(gòu)變形量均有一定的減小，基坑底的隆起量也有所減小，詳見表4。

表3 支護結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

表4 計算結(jié)果對比表

通過以上計算結(jié)果及分析可以看出，連續(xù)墻插入深度增加對坑底隆起量以及坑外建筑物沉降量的控制有利，但變形值減小有限。說明采取新規(guī)程中抗隆起計算公式來控制圍護結(jié)構(gòu)嵌入深度，尤其是在地鐵車站、明挖區(qū)間等窄條形基坑時安全余度較大。

4 結(jié)論與建議

（1）新基坑規(guī)程坑底抗隆起計算模型及相應(yīng)假定條件在地鐵車站等窄條形基坑的應(yīng)用時，安全儲備偏大；

（2）窄條形基坑在達到一定嵌固深度以后，嵌固深度進一步加大對基坑及周邊環(huán)境的變形控制作用有限；

（3）地鐵等窄基坑在進行坑底抗隆起計算時可考慮對向圍護結(jié)構(gòu)的阻擋滑弧作用及對向圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)土體的壓重作用，對圍護結(jié)構(gòu)的嵌入深度進行優(yōu)化。

[1]楊斌，黃強，楊志銀，王衛(wèi)東，等.JGJ120-2012建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[3]王洪新.基坑寬度對圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響[J].土木工程學(xué)報，2011（06）：120-126.

[4]侯偉生，等.DBJ13-07-2006福建省建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[5]孔德森,門燕青,張偉,孟慶輝.軟土深基坑坑底抗隆起穩(wěn)定性數(shù)值分析[J].巖土工程學(xué)報，2010（增刊1）：186-190.

[6]李平,陳育民,沈揚.基坑卸荷回彈變形計算的一種簡化分析法[J].解放軍理工大學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，13（01）：88-91.

The Study of Resistance to Uplift Stability of Narrow Foundation Pits

PENG Kong-shu,CHEN Juan,LU Wei-ping
(Powerchina Huadong Engineering Corporation,HangZhou Zhejiang 300014,China)

The calculation of resistance to uplift stability is an important content in the design of foundation pit in soft soil area.It always controls the embedded depth of enclosing structure.The research mainly aims at the embed ratio of the enclosing structure oversize under usage of the new industry standard-The Architecture Foundation Pit Supporting Technical Specification in the subway narrow strip foundation pit in soft soil layer,and calculated and analyzed by choosing a project instance,in order to provide certain reference for similar engineering.

subway station；narrow foundation pit；soft soil；resistant heave at pit bottom；FEM

TU470

A

1004-5716（2015）12-0160-04

2014-12-23

2015-01-05

彭孔曙（1981-），男（漢族），浙江瑞安人，高級工程師，現(xiàn)從事巖土工程設(shè)計及研究工作。