基坑規(guī)范的討論

對一些基坑規(guī)范的討論清華大學巖土工程研究所李廣信目錄1.前言2.強度指標3.采用什么重度4.應力路徑與水土合算5.荷載還是抗力6.安全系數(shù)與分項系數(shù)7.水土合算8.復合土釘墻9.流土與突涌10.結論意見討論涉及的主要規(guī)范《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2011—“地基規(guī)范”《建筑基坑支護技術規(guī)程》

JGJ120-2012—“基坑規(guī)程”上海市工程建設規(guī)范《基坑工程技術規(guī)范》DG/TJ08-61-2010—“上海規(guī)范”《深圳市基坑支護技術規(guī)范》DBSJG05-2011—“深圳規(guī)范”1.前言經(jīng)過十余年的基坑工程實踐，取得了很多經(jīng)驗；大量的理論研究成果，使我們對于基坑工程中的問題有更深刻的認識；頻繁的基坑失事案例，使我們取得了寶貴的教訓；最近修編的很多涉及到基坑的規(guī)范反映了這些進展；但仍有一些可以商榷和討論的問題；以下的意見供同行們批評指正！基坑工程的特點1.它所支擋的是原狀土，原狀土存在著結構強度；在非飽和狀態(tài)下有更強的吸力，與重塑土相比，原狀土抗剪強度較高;2.天然土層在空間的變化很大，勘察不可能完全準確地給出土層分布及各土層的特性指標。特點3.是地下水的分布與賦存形式復雜，時空變化大。呈多層分布，滯水、潛水、層間潛水和承壓水通常交錯分布，并且各層地下水之間實際上有水力聯(lián)系。4.由于支擋結構一般不是剛性的，除整體的移動外，還伴隨著結構物本身的變形，土壓力與擋土結構變形之間的這種耦合使問題進一步復雜化，完全主動與被動的土壓力通常很難達到。5.其施工和設置程序不同于一般擋土墻。通常是先在地面鉆孔或掏槽后灌注混凝土支護樁或者連續(xù)墻，隨后逐段向下開挖，逐段支撐（或錨固）；或者先開挖，隨后逐段支護，如土釘墻施工；這就使地基土的應力路徑完全不同于一般的地基和土工建筑物。6..施工過程涉及到一個時空效應問題，設計中必須滿足全過程的任一階段的安全，支護結構的每一個斷面都必須能夠承擔全過程中的最大荷載，亦即要按過程的最大荷載包絡線設計，而不是挖到坑底時的狀態(tài)設計。7.與地基與其他土工構造物相比，基坑的三維效應更為突出。通常平面上兩個尺度相差不大，與平面應變問題的差別較大。另外，基坑平面的凸、凹、陽角及幾何與荷載的不對稱等使問題復雜化。杭州地鐵基坑事故：兩點疑問目前的規(guī)范標準并不統(tǒng)一；規(guī)范標準本身是否合理，是否正確？欠固結土；關于坑邊超載的計算；高靈敏性土；整體穩(wěn)定分析：強度指標與自重計算。按照規(guī)范設計是否可以不負責任？對設計的質疑

工程事故與設計者的責任根據(jù)國際隧道工程保險集團對施工現(xiàn)場發(fā)生安全事故的原因的調查結果表明：地下工程發(fā)生事故原因是多方面的，由施工方完全承擔這些風險顯得不夠合理。

2.采用什么強度指標？2.1強度指標—不排水與固結不排水何謂固結？固結與排水三軸試驗與實際工程中的固結在施加圍壓3后是否允許（飽和）試樣中的孔隙水進出；實際工程中是在增加主應力時（平均主應力p)土中超靜孔隙水是否允許或有可能排出。這兩種情況如果施工速度快，土的滲透系數(shù)小，都可是不排水填方路堤建筑物基礎何謂排水？三軸試驗中是指施加的過程中，試樣中的孔隙水不能排出；在工程實踐中主要是在施加剪應力時，土中水不能只有進出。工程中幾種應用固結不排水強度指標的工況1-3《地基規(guī)范》中的強度指標9.1.61、對淤泥及淤泥質土，應采用三軸不固結不排水剪強度指標；2、對正常固結的飽和黏性土應采用在土的有效自重應力下預固結的三軸不固結不排水剪強度指標；其他規(guī)范建議采用固結不排水強度指標?；庸こ讨械牡鼗猎诼L的地質歷史中，一般在自重應力下已經(jīng)固結；在基坑開挖過程中，主應力3(p)沒有增加；開挖增加了剪應力1-3，直到達到主動或被動極限應力狀態(tài)。所以應當用固結不排水強度指標?；又胁捎貌慌潘畯姸戎笜说睦щy地基承載力只涉及持力層的強度cu；基坑支擋結構常常涉及幾十米后的黏土層；cu是與深度有關的，而勘察報告對于一層土只給出一個cu

十字板剪切試驗－cu隨深度線性增加！zcuba1正常固結土地基規(guī)范中坑底隆起驗算的一個悖論取KD≥1.60

插入比越大，安全系數(shù)越??？這里必須明確強度cu的具體深度。tt(t+H)+q2.2有效自重應力下預固結的三軸不固結不排水剪強度指標可以“還原”土樣的初始狀態(tài)。用什么深度的有效自重應力預固結？采用什么各向等壓固結應力對應于原位的K0自重應力狀態(tài)？如果采用一系列深度的有效自重應力預固結的不排水剪強度指標，實際上就是固結不排水強度指標。十字板剪切試驗zcuba1三軸試驗的K0固結與等壓固結不排水試驗。pqK0Mp基坑土的實際不排水應力路徑不擾動取樣過程劍橋模型屈服面對應cu2.3欠固結土使用固結不排水強度指標，偏于危險－在有效自重應力′z下并沒有固結；“基坑規(guī)程”：對欠固結土，宜采用有效自重壓力下預固結的三軸不固結不排水抗剪強度指標cuu、uu；(1)如何定義有效自重壓力？(2)如何確定欠固結度？(3)為什么不用ccu,cu,的計算強度乘以欠固結度？欠固結土的固結不排水強度2.4固結不排水還是固結排水指標地基規(guī)范：9.1.62、對正常固結的飽和黏性土應采用在土的有效自重應力下預固結的三軸不固結不排水剪強度指標；當施工挖土速度較慢，排水條件好，土體有條件固結時，可采用三軸固結不排水剪強度指標；基坑的地基土需要固結嗎？正常固結土地基土在自重應力下已經(jīng)完全固結；開挖引起的超靜孔隙水壓力不能排出——不排水；“施工挖土速度較慢，排水條件好”實際上是已經(jīng)“排水”了這時應當使用有效應力強度指標?！癋oundationEngineeringHandbook”13.4當基坑開挖過去一段時間，孔隙水壓力隨后有變化時，考慮采用三軸排水試驗指標：正常固結土cc′=0,′=15-25，對于長期的基坑設計用不排水指標過于保守。2.5均布附加荷載q0的土壓力與自重應力一樣，用固結不排水強度指標計算q0對土壓力與穩(wěn)定性的影響。超載q0與固結不排水強度指標在該規(guī)范中，對于由附加荷載在黏性土中引起的土壓力一律按朗肯土壓力理論，采用固結不排水強度指標計算,對飽和的黏性土,這樣計算有時是不安全的。如果q0為臨近建筑物產生的荷載，這要看該建筑物建成的年代，如果它是幾十年前建成的，那么在這個荷載下，坑邊土體已經(jīng)被q0所固結，可用固結不排水強度指標計算土壓力；但有的開發(fā)商為了盡快賣房收錢，先建房，后挖坑，那么q0所產生的土壓力要用不排水指標u=0計算土壓力，亦即產生的都是超靜孔隙水壓力，對于施工期坑邊堆載、交通荷載、機械荷載等也應同樣處理。大面積超載引起的土（水）壓力對于飽和軟黏土=0Ka=1.0產生的超靜孔隙水壓力u=q0。q0u=q0上海閔行區(qū)蓮花河畔景苑2.6高靈敏度土的強度強度折減或者使用參與強度指標；確保不要擾動。高靈敏性土地層

層序外圍土無側限抗壓強度

qu/靈敏度St坑外12-12＇～16-16＇剖面線擾動區(qū)無側限抗壓強度qu/靈敏度St坑內土無側限抗壓強度qu/靈敏度St④-247.9/6.637.5/4.8④-358.2/3.838.4/2.4⑥-151.9/9.140.3/6.445.0/7.5⑥-260.5/11.547.5/8.054.2/8.0⑧-176.0/8.061.2/6.828.5/3.7事故后勘察的靈敏度高靈敏性土杭州地鐵－靈敏性土坑內擾動后土體靜探錐尖阻力最小值僅為原狀土的35%，2.7墻前后土的強度選用zzHMMNt三軸固結不排水實驗的分析②被動側主動側對應土樣深度z的應力p試驗點結論基坑工程的勘測不完全等于地基基礎的勘測；對于深厚土層墻前后取樣深度不同；即使是正常固結土墻前土也應采用超固結強度。3.設計中土的重度的選用對于飽和的粘性土，在計算土壓力時采用水土合算：固結不排水強度+飽和重度；是否所有情況都要水土合算？《基坑規(guī)程》在條文3.1.14中指出：“土壓力及水壓力計算、土的各類穩(wěn)定性驗算時，土、水壓力的分、合算方法及相應的土的抗剪強度指標類別應符合下列規(guī)定：對地下水位以下的黏性土、黏質粉土，可采用土壓力、水壓力合算方法，….土的抗剪強度指標應采用三軸固結不排水抗剪強度指標ccu、cu或直剪固結快剪強度指標ccq、cq?！宝胢1——基坑外擋土構件底面以上土的重度(kN/m3)；對地下水位以下的砂土、碎石土、粉土取浮重度；對多層土取各層土按厚度加權的平均重度；γm2——基坑內擋土構件底面以上土的重度(kN/m3)；對地下水位以下的砂土、碎石土、粉土取浮重度；對多層土取各層土按厚度加權的平均重度；3.1坑底隆起3.2地基規(guī)范的承載力fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm(d-0.5)fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck

式中

γ—基礎底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；

γm—基礎底面以上土的加權平均重度，位于地下水位以下的土層取浮重度。正確的計算：坑底隆起穩(wěn)定性驗算

錨拉式和支撐式支擋結構嵌固深度－基坑規(guī)程:圖4.2.5Khe2─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級的支擋式結構，Khe2分別不應小于2.2、1.9、1.7。

ΔGj─第j土條的自重(kN)，按天然重度計算。沒有扣除孔隙水壓力u有滲流情況坑底隆起驗算hld3.2整體穩(wěn)定計算中土的自重uj──第j土條在滑弧面上的孔隙水壓力，對地下水位以上的各類土和地下水位以下的黏性土，取uj＝0；圓弧滑動整體穩(wěn)定－基坑規(guī)程圖6.1.3Ks—圓弧滑動穩(wěn)定安全系數(shù)1.3ΔGi──第i土條的自重，按天然重度計算；規(guī)定對于水下的黏性土u=0；M點的抗剪強度f－自重固結壓力是多少？M瑞典條分法-替代法ih3ih2ih1i浸潤線h3i部分用浮重度計算，h2i分母用飽和重度；分子用浮重度替代法：不計水壓力ui上海規(guī)范

6.2.1坑底地下水位以下取浮重度；考慮滲流作用時，坑底地下水位與坑外地下水位范圍內的土體在計算滑動力矩時取飽和重度，計算抗滑力矩時取浮重度；至少在這種情況下這是對的，因為這就是穩(wěn)定分析中所謂的“替代法”。但是這與是否有滲流無關,凡是地下水以下承載力都應當用浮重度計算?！兜鼗?guī)范》V.0.2當坡體內有地下水滲流作用時，穩(wěn)定分析時應進行坡體內的水力坡降與滲流壓力計算，也可采用替代重度法作簡化分析。3.3水泥土墻的穩(wěn)定驗算um──水泥土墻底面上的水壓力(kPa)；水泥土墻底面位于含水層時，可取um＝γw（hwa＋hwp）/2，在地下水位以上時，取um＝0；

4.應力路徑與水土合算墻后土的應力路徑與強度指標zzHMMNt杭州地鐵工程勘察報告提供的土層④1和⑥2層土的不同試驗的強度指標表1土層三軸不固結不排水無測限抗壓強度十字板試驗快剪固結快剪固結不排水Cu

kPau

qc（kPa）cu（kPa）cqqccqcqccucu④211.00.225.34(47.9)28.48.16.115.811.917.19.7⑥19.00.424.06(51.9)34.17.18.313.813.617.813.24.1墻前土體的應力路徑p,pqK0M0如果是排水－超固結土；如果不排水會有負的超靜孔壓。墻前土的有效應力路徑pqK012124.2墻后土體的應力路徑小主應力減少，3<0大主應力不變，1=0zHN,p,q01=v=z3f=pap0=3=K0vcAO幾種不同的三軸試驗應力路徑墻后土體的應力路徑zHNp,pqK0M③②①02cu①是從K0狀態(tài)開始，小主應力減小，大主應力不變的RTC試驗，它是最接近墻后土體的實際應力路徑的；②是從K0狀態(tài)開始，小主應力不變，增加大主應力的CTC試驗，亦即K0固結的常規(guī)三軸試驗，它與墻后土體的初始應力狀態(tài)一致；③是從等向壓力固結出發(fā)的常規(guī)三軸試驗(CTC)，是一般勘察報告提供的試驗結果。各類土的孔壓系數(shù)A的數(shù)值范圍土類孔壓系數(shù)

A高靈敏度土0.75-1.5正常固結黏土0.5-1.0輕超固結黏土0-0.5重超固結黏土-0.5-0固結不排水強度指標與三軸應力路徑的關系3增加—正孔隙水壓力，cu小于；3減少—負孔隙水壓力；cu大于；不同應力路徑和不同的孔壓系數(shù)A下的CU強度指標編號①②③試驗RTC,K0初始狀態(tài)CTC,K0初始狀態(tài)CTC，等壓初始狀態(tài)A1/32/31.01/32/31.01/32/31.0ccu(kPa)000000000cu()41.833.7530.026.424.623.622.017.514.5正常固結黏土，c=0,=30,sat=20kN/m3,孔壓系數(shù)B=1.0應力路徑與水土合算與分算編號條件Accucu分算合算pwpaP=pw+paE=Ew+Ea誤差%p=pw+paE=Ew+Ea誤差%I①RTC1/3041.810020120600040200-672/3033.7510028.5128.5643057285-641.003010033.3133.3667067335-50III③CTC1/302210045.4145.47282891455-242/3017.510053.8153.876929107.5538-161.0014.510077.4177.488733120600-10對于正常固結土與輕超固結土，合算：水土壓力偏小，但誤差不大！討論由于墻后土體的應力路徑是3減少，在固結不排水條件下會產生負的超靜孔壓，使固結不排水強度指標增高。常規(guī)三軸壓縮試驗固結不排水條件下會產生正的超靜孔壓，固結不排水強度指標偏低，分算計算的土壓力偏大；用常規(guī)三軸壓縮固結不排水試驗的強度指標，進行水土合算，與實際情況接近。這是一種經(jīng)驗的方法。4.3經(jīng)驗與經(jīng)驗主義。《基坑規(guī)程》在條文3.1.14中指出：“土壓力及水壓力計算、土的各類穩(wěn)定性驗算時，土、水壓力的分、合算方法及相應的土的抗剪強度指標類別應符合下列規(guī)定：對地下水位以下的黏性土、黏質粉土，可采用土壓力、水壓力合算方法，….土的抗剪強度指標應采用三軸固結不排水抗剪強度指標ccu、cu或直剪固結快剪強度指標ccq、cq?！睂τ谶@一條的理解可以有兩種：（1）水土合算適用于水土壓力計算與各類穩(wěn)定分析；（2）水土合算只適用于計算分析中的水土壓力計算?？拥茁∑穑休d力驗算

《基坑規(guī)程》圖4.2.4-1

γm1——基坑外擋土構件底面以上土的重度(kN/m3)；對地下水位以下的砂土、碎石土、粉土取浮重度；對多層土取各層土按厚度加權的平均重度；γm2——基坑內擋土構件底面以上土的重度(kN/m3)；對地下水位以下的砂土、碎石土、粉土取浮重度；對多層土取各層土按厚度加權的平均重度；坑底隆起正確的計算：飽和黏土飽和土Nc,Nq——按黏土的固結不排水指標；γm1——應按飽和重度計算；γ′m2——應按浮重度計算，因為Nq是按固結不排水指標計算的。只有用不排水強度，承載力才可用飽和重度（水下自重部分不扣浮力）。只有用不排水強度指標cu驗算隆起時，才可以用飽和重度計算承載力t(t+H)+qtt水對木塊的承載力：wtA=浮力用條分法進行整體穩(wěn)定分析采用固結不排水強度指標ccu,cu兩種方法：扣除條底孔隙水壓力法；近似的重力替代法。替代法討論當使用固結不排水強度指標進行穩(wěn)定分析時：一種近似方法是：計算抗滑力（矩）用浮重度；計算滑動力（矩）時，用飽和重度－替代法?；蛘咴诨瑒用娣ㄏ蛄χ锌鄢紫端畨毫

整體穩(wěn)定分析uj──第j土條在滑弧面上的孔隙水壓力，對地下水位以上的各類土和地下水位以下的黏性土，取uj＝0；圓弧滑動整體穩(wěn)定－基坑規(guī)程圖6.1.3Ks—圓弧滑動穩(wěn)定安全系數(shù)1.3ΔGi──第i土條的自重，按天然重度計算；規(guī)定對于水下的黏性土u=0；5.敵軍還是我軍？

荷載與抗力的確定土中安全系數(shù)的意義與目的安全系數(shù)是為了考慮可能的不確定性，并保證一定的安全度；均衡的水、土壓力，不存在不確定性，可不計入荷載與抗力；兩側不平衡的靜水壓力也可以部分抵消；土中

靜水中安全系數(shù)的意義與目的不能以兩側土壓力差進行穩(wěn)定分析！當兩側土壓力相等時，Ea=Ep，在抗滑移穩(wěn)定分析中二者也不能抵消；因為主、被動土壓力計算涉及土層分布、土性指標、計算理論等一系列不確定性。荷載與抗力的確定、是否可以抵消有時有歧義、有習慣、規(guī)定的不同；但基本原則不能破壞。EaEp“基坑規(guī)程”水土分算的土層ua——主動側的水壓力－荷載；up——被動側的水壓力－抗力。EaEpUWEwEw作用于擋土墻上的力抗傾覆安全系數(shù)=1kN/m3=11kN/m3水壓力不同處理的例題墻高h=10m，埋深t=5m，墻寬B=5m，水泥土重度為cs=20kN/m3,所在土層c=0,=30,=18kN/m3，地下水位與坑底齊平。按照不同方法處理水壓力計算其抗傾覆穩(wěn)定計算安全系數(shù)KovUEwaEwp方法計算方法計算公式安全系數(shù)①水泥土用浮重度計算，兩側水、土壓力分算(不計側向水壓力)2.55②不計側向水壓力，從自重中扣除揚壓力U2.55③主動側水壓力為荷載，被動側水壓力為抗力，墻自重中扣除揚壓力U2.27④主動側水壓力為荷載，被動側水壓力為抗力，揚壓力為荷載1.82不同計算方法的安全系數(shù)上海規(guī)范-6.4.1(冶金部的《建筑基坑技術規(guī)范》)Ew——作用于水泥土墻上的主動、被動側水壓力差,“凈水壓力”Ksi

——抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)，可取1.2;

um——水泥土墻底面的平均孔隙水壓力(kPa);EwumGEpEa6.安全系數(shù)與分項系數(shù)在基坑設計中，有極限狀態(tài)設計與基于可靠度設計兩種理論與方法。極限狀態(tài)設計又分為承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)設計最基本的是安全系數(shù)法，基于可靠度設計最簡單采用分項系數(shù)法。設計理論不應混淆。上海規(guī)范

S—作用分項系數(shù)，取1.0

；RL—抗力分項系數(shù)。R，SR，Sf(S)f(R)RSRS可靠度設計與分項系數(shù)法安全系數(shù)荷載標準值極限抗力標準值安全系數(shù)：包含所有的不確定性。S=1.0,這實際上RL等效于安全系數(shù)；不能將一個隨機變量的不確定性，放入另一個隨機變量之中；同樣數(shù)值的安全系數(shù)與抗力分項系數(shù)所表現(xiàn)的安全度是無法相比的。其中差一個荷載分項系數(shù)。有同樣問題的規(guī)范天津的《巖土工程技術規(guī)范》（DB29-20-2000）冶金部頒布的《建筑基坑工程技術規(guī)范》(YB9258-97)以及其他地方規(guī)范也存在類似的問題。7.分算與合算的問題7.1粉土的分算與合算應考慮粉土以下土層的性質。粉土黏土