李廣信：深基坑工程設計中的一些問題 (1)

1、深基坑工程的設計中的一些問題目錄基坑事故杭州地鐵杭州地鐵1 1號線湘湖站北二基坑事故號線湘湖站北二基坑事故西側西側2008年11月15日下午3時20分。工程事故的統(tǒng)計分析 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(diào)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。 2008年杭州湘湖地鐵事故2004年新加坡Nicoll 大道地鐵基坑事故設計的問題基坑設計中土的強度指標基坑工程中的地基土地基規(guī)范中的強度指標3、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；“Foundation Engineering Handbo

2、ok”基坑中采用不排水強度指標的困難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。地基規(guī)范中的一個悖論HDqD(H+D)+qqHttcKu)(14. 5D取KD1.60 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)+q十字板剪切試驗zcuba1cucucbDHDHKatan31310正常固結土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cukPau qc(kPa)cu（kPa）cqqccqcqccucu211.00.225.34(47.9 28.48.16.115.811.917.19.719.0

3、0.424.06(51.9 34.17.18.313.813.6 17.813.2地基土的正常固結與超固結zzzz兩點的強度是否相等？三軸固結不排水實驗的分析被動側主動側對應土樣深度z的應力p試驗點結論欠固結土與高靈敏度土欠固結土n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；n“基坑規(guī)程”：對欠固結土，宜采用有效自重對欠固結土，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壓力下預固結的三軸不固結不排水抗剪強度指標標cuu、 uu；n(1)如何定義有效自重壓力？n(2)如何確定欠固結度？n(3)為什么不用ccu,cu,的計算強度乘以欠固結度？高靈敏性土地層層序外圍土

4、無側限抗壓強度qu/靈敏度St坑外12-1216-16剖面線擾動區(qū)無側限抗壓強度qu/靈敏度St坑內(nèi)土無側限抗壓強度qu/靈敏度St-247.9/6.637.5/4.8-358.2/3.838.4/2.4-151.9/9.140.3/6.445.0/7.5-260.5/11.547.5/8.054.2/8.0-176.0/8.061.2/6.828.5/3.7事故后勘察的靈敏度高靈敏性土杭州地鐵靈敏性土坑內(nèi)擾動后土體靜探錐尖阻力最小值僅為原狀土的35%， 西側坑外土體進入坑內(nèi)土體受擠壓向上抬起西側地墻移動、坑外土體進入東側地墻移動立柱移動、傾斜地面下沉樁斷裂西側坑外土體進入支撐體系失效土體整體

5、滑移預估滑移面基坑陽角北京萬亨大廈基坑事故坑邊超載q0計算均布附加荷載q0的土壓力d0k,jjkacak,0,qjkia,ia,ak2KcKpiak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大面積超載引起的土（水）壓力上海閔行區(qū)蓮花河畔景苑土的固結不排水強度與飽和重度穩(wěn)定中的自重計算圓弧滑動整體穩(wěn)定基坑規(guī)程圖6.1.3siiiiiiiiiiiiiKGbqluGbqlcsin)(tancos)(jjjj2jdji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4.2.5 djjj0ijjhe2sintancosKGbqGbqlcj

6、jjjjjjjjjjK he2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，K he2分別不應小于2.2、1.9、1.7。 Gj第j土條的自重(kN)，按天然重度計算按天然重度計算。M點的抗剪強度fjjjj2jdjiMcqcqdfclhtan)(瑞典條分法-替代法ih3ih2ih1i浸潤線iisatiiiiiiiiiSRshhhhhhlcMMFsin)()tancos)(123123iiiiiiiiiSRsWluWlcMMFsin)tan)cos(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坑底隆起承載力驗算基坑規(guī)程圖4.2.

7、4-1 0m2m10d1012)(hedmcqdmKqlhcNNlm1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；m2基坑內(nèi)擋土構件底面以上土的重度(kN/m3)；對地下水位以下的對地下水位以下的砂土、碎石土、粉土取浮重度；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； 坑底隆起的驗算 fa= Mbb+Mdmd+Mcck (5.2.5)m基礎底面以上土的加權平均重度（kN/m3），位于地下水位以下的土層取有效重度； fa= fak+b（b-3）+dm(d-0.5) (5.2.4)土層指標表1

8、土層層底標高(m)層厚(m)重度(kN/m3)()c(kPa)孔隙比e塑性指數(shù)ILm(kN/m4)kmax(kN/m3)1-24.971.531910100.9950.91200050002-2-0.645.611931.810.20.8680.5518000100004-2-12.6612.0217.111.915.81.4301.4301.38300060006-1-28.3815.7217.113.613.81.3531.3531.48350070008-2-43.515.1217.918.2141.0400.9470008000欠固結土！欠固結土！應力路徑與水土合算墻后土體的應力路徑小

9、主應力減少，30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,pqK0M02cu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；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；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。313()uBA 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

10、-0.5重超固結黏土-0.5-0313()uBA 固結不排水強度指標與三軸應力路徑的關系313()uBA 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

11、%IRTC1/3041.810020120600040200-672/3033.7510028.5128.5643057285-641.003010033.3133.3667067335-50IIICTC1/302210045.4145.47282891455-242/3017.510053.8153.876929107.5538-161.0014.510077.4 177.488733120600-10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n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(chǎn)生負的超靜孔壓，使固結不排水強度指標增高。n常規(guī)三軸壓縮試驗固結不排水條

12、件下會產(chǎn)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；n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。n這是一種經(jīng)驗的方法。經(jīng)驗與經(jīng)驗主義。n基坑規(guī)程在條文3.1.14中指出：n“土壓力及水壓力計算、土的各類穩(wěn)定性驗算時各類穩(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(zhì)粉土，可采用土壓力、水壓力合算方法合算方法，.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?！眓對于飽和軟黏土的穩(wěn)定分析，采用水土合算是不合理的。荷載還是抗力“基坑規(guī)程”水土分算的土層aaakuKcKupia,iia,ak2pipipppkuKcKup,i,pk2ua主動側的水壓力荷載；up被動側的水壓力抗力。安全系數(shù)的意義與目的 靜水中抗傾覆安全系數(shù)=1kN/m3=11kN/m3安全系數(shù)的意義與目的EaEp水壓力不同處理的例題UEwaEwpaiaidphEhEBGK3/2/aiaidp