基坑支護工程關(guān)鍵與新技術(shù)和其具體應(yīng)用

1、基坑支護工程關(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)定問題討論4.3.6 結(jié) 語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. 圍護結(jié)構(gòu)傾覆失穩(wěn) 4. 圍護結(jié)構(gòu)滑移失穩(wěn) 5. 圍護結(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面，圍護結(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、護結(jié)構(gòu)的上部向坑外傾倒，圍護結(jié)構(gòu)的底部向坑內(nèi)移動，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_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)比較嚴重，如果圍護結(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)點強度差的支撐體系，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，就會發(fā)生整體性失穩(wěn)。圍護結(jié)構(gòu)傾覆失穩(wěn)圍護結(jié)構(gòu)的傾覆失穩(wěn)主要發(fā)生在重力式結(jié)構(gòu)或懸臂式圍護結(jié)構(gòu)，重力式結(jié)構(gòu)在坑外主動土壓

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

4、力式圍護結(jié)構(gòu)的底面壓力過大，地基承載力不足引起的失穩(wěn)。由于在圍護結(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，圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻的沉降，可能導(dǎo)致部分圍護結(jié)構(gòu)的開裂損壞?！疤吣_”失穩(wěn) 在單支撐的基坑中，可能發(fā)生撓支撐點轉(zhuǎn)動，圍護結(jié)構(gòu)上部向坑外傾倒，圍護結(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)。在多支撐的圍護結(jié)構(gòu)中一般不會產(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)致鄰近建筑物的開裂和損壞。引起圍護結(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)計過短，沒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理不同而有不同的名稱，如管涌、流砂或流土。如不及時制止，由滲透變形引起的坑外土體的位移和陷落是嚴重的。 圍護結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞 圍護結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞是指圍護體本身發(fā)生開裂、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誤，如支撐體系不當(dāng)或圍護結(jié)構(gòu)不閉合；也可能是設(shè)計計算時荷載估計不足或結(jié)構(gòu)材料強度估計過高，支撐或圍檁截面不足導(dǎo)致破壞；此外，結(jié)構(gòu)節(jié)點處理不當(dāng)，也會因局部失穩(wěn)而引起整體破壞，特別在鋼支撐體系中，節(jié)點多，加工與安裝質(zhì)量不易控制。節(jié)點處理包括支撐和墻體的連接處，如不設(shè)置圍檁或連接強度不夠。 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，局部的破壞會造成整體的失穩(wěn)，尤其是鋼支撐體系，局部節(jié)點的失效概率比較大。 包括 強度破壞和穩(wěn)定性破壞。強度破壞（非重力式） 1 拉錨破壞或支撐壓曲 地面荷載增加過多、（1）非重力式支護結(jié)構(gòu)擋墻的破壞土壓力過大使拉桿斷裂，或錨固失敗、腰梁破壞、內(nèi)支撐受壓失穩(wěn)。強度破壞（非重力式） 2 支護墻體底部走動支護墻入土深度不夠或挖土過深以及水的沖刷均可產(chǎn)生這種破壞。需正確的計算入土深度 3支護墻的平面變形過大或彎曲破壞支護墻截面過小、土壓力估不準(zhǔn)、墻后增大量地面荷載或挖土超深，需準(zhǔn)確計算最大彎矩值以驗算截面。強度破壞（非重力式）非重力式支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性破壞 1 墻后土體整體滑動失穩(wěn)

8、拉錨的長度不夠、軟粘腿發(fā)生圓弧滑動，引起支護結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)。 非重力式支護結(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，在動水壓力作用下，地下水繞過支護墻連砂土一同涌入基坑。 （2）重力式支護結(jié)構(gòu)的破壞重力式支護結(jié)構(gòu)的破壞包括強度破壞穩(wěn)定性破壞其強度破壞只是水泥土抗剪強度不足，產(chǎn)生剪切破壞，為此需驗算最大剪應(yīng)力處的墻身應(yīng)力。 重力式支護結(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的鋼管支撐幾點教訓(xùn)設(shè)計：荷載用標(biāo)準(zhǔn)值，抗力用設(shè)計值，設(shè)計表達式兩端不匹配，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，沒有用圍檁，更無平衡剪力垛。施工：未安設(shè)計圖紙的要求施工，包括超挖、不及時支撐，坑底沒有加固。監(jiān)測：沒有及時發(fā)現(xiàn)險情，沒有發(fā)出警報。管理：鄰近工程的負責(zé)人發(fā)現(xiàn)問題，向這個項目的經(jīng)理提出忠告，但項目經(jīng)理卻置若罔聞，沒有引起警覺。事故發(fā)生前晚，已發(fā)現(xiàn)預(yù)兆，但沒有及時采取工程措施搶險。拱圈圍護結(jié)構(gòu)的垮塌拱圈逆作法引水渠道基坑開挖邊坡失穩(wěn)m3.

10、60m，總長75mm，m，開挖深度近10m按三級放坡，從上至下依次為1:1.5 、 1:2 m寬的馬道二級輕型井點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沒有進行任何的位移觀測，因此沒有發(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第一級井點向基坑中移動13m事故分析1. 10m的高差形成的壓力差超過了軟土的承載能力；2. 由于坡面非常平緩，滑動的形式是深層滑動，以中點圓的形式破壞；3. 卸載引起負的孔隙水壓力，產(chǎn)生強度較高的假象，隨著負壓的消散，土的抗剪強度

11、降低，滑坡并不發(fā)生的開挖的同時，而滯后一定的時間；4. 沒有進行監(jiān)測的教訓(xùn)。土釘墻的垮塌陽角處土釘墻的破壞鋼支撐圍護結(jié)構(gòu)的失穩(wěn) 不同類型圍護結(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 簡化畢肖甫法 畢肖甫建議不計土條間的摩擦力之差 坡高和臨界坡角的關(guān)系 王長科建議的公式 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)為時的臨界坡角 穩(wěn)定安全系數(shù)為 1.3 時的坡角為： 當(dāng)無地下水時： 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)定性驗算4.3.5 基坑穩(wěn)定問題討論 （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）基坑突涌的機理：滲透還是浮托？ （4）滑