基坑支護(hù)工程關(guān)鍵與新技術(shù)和其具體應(yīng)用

1、基坑支護(hù)工程關(guān)鍵與新技術(shù)和其具體應(yīng)用4.3 穩(wěn)定性分析及其進(jìn)展4.3.3 基坑工程失效案例4.3.4 基坑穩(wěn)定分析方法4.3.5 基坑穩(wěn)定問(wèn)題討論4.3.6 結(jié) 語(yǔ)4.3.1 引 言4.3.2 基坑工程失效模式4.3.1 引 言4.3.2 基坑工程失效模式主要失效模式1. 整體失穩(wěn) 2. 坑底隆起 3. 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆失穩(wěn) 4. 圍護(hù)結(jié)構(gòu)滑移失穩(wěn) 5. 圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部地基承載力失穩(wěn) 6. “踢腳”失穩(wěn) 7. 止水帷幕功能失效和坑底滲透變形破壞8. 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞9. 支、錨體系失穩(wěn)破壞整體失穩(wěn)整體失穩(wěn)是指在土體中形成了滑動(dòng)面，圍護(hù)結(jié)構(gòu)連同基坑外側(cè)及坑底的土體一起喪失穩(wěn)定性，一般的失穩(wěn)形態(tài)是圍

2、護(hù)結(jié)構(gòu)的上部向坑外傾倒，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的底部向坑內(nèi)移動(dòng)，坑底土體隆起，坑外地面下陷。 坑底隆起坑底隆起是指坑底土體產(chǎn)生向上的塑性變形?；娱_(kāi)挖以后，坑底向上位移的原因有兩種，一是卸載引起的回彈，其數(shù)值較小；另一種是在開(kāi)挖引起的壓力差作用下土體中產(chǎn)生的塑性變形，這種變形如果數(shù)量較大，表示土體中的塑流已經(jīng)比較嚴(yán)重，如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐能形成整體性好的體系，則塑流僅引起坑外地面下沉，影響環(huán)境安全；如果是自立式結(jié)構(gòu)或節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度差的支撐體系，隆起可能是整體失穩(wěn)的前兆；如果穩(wěn)定性不能得到有效的控制，就會(huì)發(fā)生整體性失穩(wěn)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆失穩(wěn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傾覆失穩(wěn)主要發(fā)生在重力式結(jié)構(gòu)或懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，重力式結(jié)構(gòu)在坑外主動(dòng)土壓

3、力的作用下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)繞其下部的某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部向坑內(nèi)傾倒。抵抗傾覆失穩(wěn)的力矩主要由圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身的重力形成，坑底的被動(dòng)抗力也是構(gòu)成抵抗力矩的因素。關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置有不同的看法，傳統(tǒng)的方法是將轉(zhuǎn)動(dòng)中心放在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的前趾，但也有認(rèn)為繞前趾上面或下面的某一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)比較合理，特別的軟土地區(qū)由于基底土比較軟弱，在力矩作用下前趾有下沉的可能。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)滑移失穩(wěn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滑移失穩(wěn)亦主要發(fā)生在重力式結(jié)構(gòu)中，在坑外主動(dòng)土壓力的作用下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)平移。抵抗滑移的阻力主要由圍護(hù)體底面的摩阻力以及內(nèi)側(cè)的被動(dòng)土壓力構(gòu)成。當(dāng)坑底土軟弱或圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部的地基土軟化時(shí)，墻體發(fā)生滑移失穩(wěn)。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部地基承載力失穩(wěn)重

4、力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的底面壓力過(guò)大，地基承載力不足引起的失穩(wěn)。由于在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外側(cè)還作用著土壓力，因此其合力是傾斜的。在傾斜荷載作用下，地基土發(fā)生向坑內(nèi)的擠出，圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻的沉降，可能導(dǎo)致部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂損壞?！疤吣_”失穩(wěn) 在單支撐的基坑中，可能發(fā)生撓支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)上部向坑外傾倒，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的下部向上翻的失穩(wěn)模式，故形象地稱為“踢腳”失穩(wěn)。在多支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)中一般不會(huì)產(chǎn)生踢腳失穩(wěn)，除非其它支撐都已失效，只有一道支撐起作用的情況。 止水帷幕功能失效和坑底滲透變形破壞 止水帷幕喪失擋水功能，產(chǎn)生滲漏、涌水、流土或流砂。由于水土流失使基坑外地面下沉、塌陷，導(dǎo)致鄰近建筑物的開(kāi)裂和損壞。引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)

5、止水帷幕功能失效的主要原因是施工因素，其次是設(shè)計(jì)因素和材料的因素。由于施工質(zhì)量低劣，止水帷幕有空洞或裂縫，成為漏水的通道是最普遍的現(xiàn)象；止水帷幕設(shè)計(jì)過(guò)短，沒(méi)有全部切斷透水層也是漏水的可能原因。 由于止水帷幕失效產(chǎn)生過(guò)大的水力坡降引起坑底滲透變形破壞?？觾?nèi)采用排水或降水措施后，造成了坑內(nèi)外的水頭差，地下水在水頭差的作用下向坑內(nèi)滲流，在滲流出口處土的細(xì)顆粒被帶出，或土顆粒處于懸浮狀態(tài)涌出。這種由滲透引起的破壞因破壞機(jī)理不同而有不同的名稱，如管涌、流砂或流土。如不及時(shí)制止，由滲透變形引起的坑外土體的位移和陷落是嚴(yán)重的。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞是指圍護(hù)體本身發(fā)生開(kāi)裂、折斷、剪斷或壓

6、屈，致使結(jié)構(gòu)失去了承載能力的破壞模式。 結(jié)構(gòu)性損壞的原因可能是方案性的錯(cuò)誤，如支撐體系不當(dāng)或圍護(hù)結(jié)構(gòu)不閉合；也可能是設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)荷載估計(jì)不足或結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度估計(jì)過(guò)高，支撐或圍檁截面不足導(dǎo)致破壞；此外，結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)處理不當(dāng)，也會(huì)因局部失穩(wěn)而引起整體破壞，特別在鋼支撐體系中，節(jié)點(diǎn)多，加工與安裝質(zhì)量不易控制。節(jié)點(diǎn)處理包括支撐和墻體的連接處，如不設(shè)置圍檁或連接強(qiáng)度不夠。 支、錨體系失穩(wěn)破壞支錨體系的失穩(wěn)破壞包括兩種不同的破壞模式。錨桿的破壞主要表現(xiàn)為錨桿的拔出、斷裂或預(yù)應(yīng)力松弛，土錨的破壞大多是局部的，群錨的破壞實(shí)際上是土體的失穩(wěn)而并非是錨桿的結(jié)構(gòu)性破壞；支撐的失穩(wěn)很可能是整體性的，其形態(tài)因體系不同而不同，支

7、撐體系大多是超靜定的，局部的破壞會(huì)造成整體的失穩(wěn)，尤其是鋼支撐體系，局部節(jié)點(diǎn)的失效概率比較大。 包括 強(qiáng)度破壞和穩(wěn)定性破壞。強(qiáng)度破壞（非重力式） 1 拉錨破壞或支撐壓曲 地面荷載增加過(guò)多、（1）非重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)擋墻的破壞土壓力過(guò)大使拉桿斷裂，或錨固失敗、腰梁破壞、內(nèi)支撐受壓失穩(wěn)。強(qiáng)度破壞（非重力式） 2 支護(hù)墻體底部走動(dòng)支護(hù)墻入土深度不夠或挖土過(guò)深以及水的沖刷均可產(chǎn)生這種破壞。需正確的計(jì)算入土深度 3支護(hù)墻的平面變形過(guò)大或彎曲破壞支護(hù)墻截面過(guò)小、土壓力估不準(zhǔn)、墻后增大量地面荷載或挖土超深，需準(zhǔn)確計(jì)算最大彎矩值以驗(yàn)算截面。強(qiáng)度破壞（非重力式）非重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性破壞 1 墻后土體整體滑動(dòng)失穩(wěn)

8、拉錨的長(zhǎng)度不夠、軟粘腿發(fā)生圓弧滑動(dòng)，引起支護(hù)結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)。 非重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性破壞2 擋墻傾覆3 坑底隆起如挖土深度大，由于卸土過(guò)多，在墻后土重及地面荷載作用下引起坑底隆起。非重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性破壞 4 管涌在砂土區(qū)，當(dāng)?shù)叵滤^高坑較深時(shí)，在動(dòng)水壓力作用下，地下水繞過(guò)支護(hù)墻連砂土一同涌入基坑。 （2）重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞包括強(qiáng)度破壞穩(wěn)定性破壞其強(qiáng)度破壞只是水泥土抗剪強(qiáng)度不足，產(chǎn)生剪切破壞，為此需驗(yàn)算最大剪應(yīng)力處的墻身應(yīng)力。 重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性破壞包括：1. 傾覆2. 滑移3. 土體整體滑動(dòng)失穩(wěn)4. 坑底隆起5. 管涌4.3.3 基坑工程失效案例地下連續(xù)墻的垮塌

9、基坑面積2600m2，周邊長(zhǎng)度260m，m，采用600mm厚、24m深的地下連續(xù)墻，設(shè)四道支撐，第一道鋼筋混凝土支撐，其余為609mm的鋼管支撐幾點(diǎn)教訓(xùn)設(shè)計(jì)：荷載用標(biāo)準(zhǔn)值，抗力用設(shè)計(jì)值，設(shè)計(jì)表達(dá)式兩端不匹配，降低了安全度。鋼支撐直接支承在與其斜交的地下連續(xù)墻上，沒(méi)有用圍檁，更無(wú)平衡剪力垛。施工：未安設(shè)計(jì)圖紙的要求施工，包括超挖、不及時(shí)支撐，坑底沒(méi)有加固。監(jiān)測(cè)：沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，沒(méi)有發(fā)出警報(bào)。管理：鄰近工程的負(fù)責(zé)人發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，向這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)理提出忠告，但項(xiàng)目經(jīng)理卻置若罔聞，沒(méi)有引起警覺(jué)。事故發(fā)生前晚，已發(fā)現(xiàn)預(yù)兆，但沒(méi)有及時(shí)采取工程措施搶險(xiǎn)。拱圈圍護(hù)結(jié)構(gòu)的垮塌拱圈逆作法引水渠道基坑開(kāi)挖邊坡失穩(wěn)m3.

10、60m，總長(zhǎng)75mm，m，開(kāi)挖深度近10m按三級(jí)放坡，從上至下依次為1:1.5 、 1:2 m寬的馬道二級(jí)輕型井點(diǎn)降水采用水沖法施工，泥漿沉淀池設(shè)置在基坑頂部南北兩側(cè)，距基坑外緣12m15m10m高的土坡滑動(dòng)滑坡發(fā)生在挖到基坑底面，澆筑墊層后，正在綁扎箱涵的鋼筋時(shí)沒(méi)有進(jìn)行任何的位移觀測(cè)，因此沒(méi)有發(fā)現(xiàn)滑坡的預(yù)兆，突發(fā)性的事故塌入基坑中的土方5000立方米，泥面涌高6m第一級(jí)井點(diǎn)向基坑中移動(dòng)13m事故分析1. 10m的高差形成的壓力差超過(guò)了軟土的承載能力；2. 由于坡面非常平緩，滑動(dòng)的形式是深層滑動(dòng)，以中點(diǎn)圓的形式破壞；3. 卸載引起負(fù)的孔隙水壓力，產(chǎn)生強(qiáng)度較高的假象，隨著負(fù)壓的消散，土的抗剪強(qiáng)度

11、降低，滑坡并不發(fā)生的開(kāi)挖的同時(shí)，而滯后一定的時(shí)間；4. 沒(méi)有進(jìn)行監(jiān)測(cè)的教訓(xùn)。土釘墻的垮塌陽(yáng)角處土釘墻的破壞鋼支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn) 不同類型圍護(hù)結(jié)構(gòu)接頭處及深、淺坑之間支檔墻的失穩(wěn)4.3.4 基坑穩(wěn)定分析方法 土坡穩(wěn)定分析 （1） 瑞典圓弧法 （2） 條分法 簡(jiǎn)化畢肖甫法 畢肖甫建議不計(jì)土條間的摩擦力之差 坡高和臨界坡角的關(guān)系 王長(zhǎng)科建議的公式 坡土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)土層厚度c11.519.4302723.819.5202434.719.1222640.719.103651.319.82325平均值19.321.226.0 采用厚度加權(quán)平均值，將數(shù)值代入式（），得穩(wěn)定安全系數(shù)為時(shí)的臨界坡角 穩(wěn)定安全系數(shù)為 1.3 時(shí)的坡角為： 當(dāng)無(wú)地下水時(shí)： 4.3.4.2 基坑抗隆起穩(wěn)定分析 4.3.4.3 基坑底面抗?jié)B流穩(wěn)定分析 基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性驗(yàn)算4.3.5 基坑穩(wěn)定問(wèn)題討論 （1）基坑穩(wěn)定分析模式：隆起還是滑坡？ （2）滲流破壞是什么破壞：管涌還是流土？ （3）基坑突涌的機(jī)理：滲透還是浮托？ （4）滑