關(guān)于深基坑工程的穩(wěn)定問題

2023/2/51深基坑工程的穩(wěn)定問題中國建筑科學研究院

錢力航2011年6月寧波深基坑的問題主要是穩(wěn)定問題

國家標準《建筑地基基礎(chǔ)術(shù)語標準》（送審稿）對地基穩(wěn)定性的定義：2.0.8地基穩(wěn)定性stabilityofsubsoil地基在荷載作用下不發(fā)生滑動和過大變形的性質(zhì)。

對基坑工程來說，就是基坑不要垮掉，也不要產(chǎn)生過大變形。

2023/2/52

一

目前保證深基坑穩(wěn)定的難度很大

1開挖深度大基坑開挖深度迅速增大。最深的已達40m左右，如上海地鐵四號線修復工程深基坑開挖深度接近41m。天津117大廈基坑最大開挖深度35m左右。全國大城市中20~30m深的基坑已屬平常。2023/2/532基坑面積大，有的已形成基坑群

如天津站交通樞紐工程是京津城際高速鐵路、地鐵2、3、9號線、津秦客運專線及原天津站普速鐵路的超大型換乘樞紐。地下工程總面積19萬平方米，占地面積約5萬平方米，基坑邊長達到500多米。地下工程一般三層，部分四層，最大開挖深度達33.5m。2023/2/54

又如上海虹橋綜合交通樞紐工程，包括一個新的航站樓、10條磁懸浮列車的站臺、30條城際及高速列車的站臺、一個能容5條線路的地鐵站以及一個新的城際巴士總站。其中地下空間的總面積達到了20余萬平米，是繼天津站交通樞紐工程之后，又一個在軟土地區(qū)的超大地下工程。2023/2/55

3環(huán)境復雜，施工難度大我國地下工程、超高層建筑等涉及的深基坑工程，往往集中在城市建筑物、道路及地下設施密集的區(qū)域，場地狹小、周圍環(huán)境對基坑工程的限制嚴格，不僅施工難度大，保證基坑穩(wěn)定的難度也很大，一旦出現(xiàn)事故影響很大，后果嚴重。2023/2/56

4地質(zhì)條件復雜

由于經(jīng)濟發(fā)展的原因，我國深基坑工程又多在沿海地區(qū)，而沿海又多為軟土地區(qū)，軟土地區(qū)的深基坑工程設計施工的難度就更大。2023/2/572023/2/582023/2/58二深基坑坍塌事故實例

2008年11月15日15點左右，杭州蕭山區(qū)風情大道地鐵施工工地發(fā)大面積地面塌陷事故，21人遇難……

2023/2/592023/2/592023/2/5102023/2/5102023/2/5112023/2/5112023/2/5122023/2/5122023/2/5132023/2/5132023/2/5142023/2/5142023/2/5152023/2/515上海軌道交通4號線浦東南路至南浦大橋區(qū)間隧道工程事故

2003年7月1日2023/2/5162023/2/516

2003年7月1日凌晨4時許，上海軌道交通4號線——浦東南路至南浦大橋區(qū)間越江隧道，上、下行隧道的聯(lián)絡通道施工時,大量流沙涌入隧道，隧道部分塌陷，地面也隨之出現(xiàn)以風井為中心的“漏斗型”沉降。2023/2/5172023/2/5172023/2/5182023/2/5182023/2/5192023/2/5192023/2/5202023/2/5202023/2/5212023/2/5212023/2/5222023/2/522珠海祖國廣場

基坑坍塌事故根據(jù)深圳市勘察測繪院有限公司勘察大師張曠成資料2023/2/5232023/2/523

1998年5月6日下午，廣東省珠海市拱北祖國廣場工地發(fā)生一起特大基坑坍塌事故。事故造成5人在撤離現(xiàn)場時受輕傷，3棟民房、37間商鋪和1間員工飯?zhí)玫顾萑肟又校?0棟民房和附近道路、排污、供水、供電設施受到不同程度影響，經(jīng)認真核算，直接經(jīng)濟損失為1377.6萬元。

2023/2/5242023/2/5242023/2/5252023/2/5252023/2/5262023/2/5262023/2/5272023/2/527青海西寧佳豪廣場４號樓基坑邊坡坍塌事故

2009年3月19日13時３５分，位于青海省西寧市商業(yè)巷南市場的佳豪廣場４號樓施工現(xiàn)場發(fā)生坍塌事故，基坑東側(cè)邊坡坍塌的約20m,高度約7m,厚度約2m。８人遇難。

2023/2/5282023/2/528

基

坑

深

度

14m2023/2/5292023/2/5292023/2/5302023/2/530土釘支護基坑工程事故清華大學郭紅仙教授匯集和分析的資料2023/2/5312023/2/5312023/2/5322023/2/5322023/2/5332023/2/533事故原因

2023/2/5342023/2/5342023/2/5352023/2/5352023/2/5362023/2/536土釘支護事故原因小結(jié)2023/2/5372023/2/537其它重大基坑安全事故2005年7月，深圳地鐵1號線續(xù)建工程段，在世界之窗-白石洲區(qū)間施工工地發(fā)生塌方，施工過程中，由于不斷開挖，地下水漸漸滲出，使周圍土壁不堪承重，造成塌方。2009年5月28日南京地鐵二號線茶亭站發(fā)生事故，現(xiàn)場滑坡土方約五百立方米，造成二人失蹤。2023/2/5382023/2/5382006年6月27日，北京地鐵十號線3標段發(fā)生坍塌，兩名工人被掩埋身亡。同條線路，2007年3月30日，蘇州街和海淀南路的交叉路口東側(cè)坍塌，六名工人被埋。2023/2/5392023/2/5392005年7月21日，廣州海珠區(qū)江南大道與江南西路十字路口的海珠城廣場工程深基坑坍塌，2人死亡1人失蹤。三深基坑失穩(wěn)（坍塌）原因

分析很多深基坑坍塌事故的原因，可以看出，原因往往是綜合性的。有設計不合理的原因，同時又有施工違規(guī)的原因，也有監(jiān)理、監(jiān)測不到位的問題。在多個因素作用下，基坑就垮掉了。所以一旦發(fā)生事故，責任很難追究，因為事故的原因本來就不是單一的。2023/2/5402023/2/5412023/2/541

1設計原因

1）理論有缺陷

如珠海祖國廣場，采用的逆作鋼筋混凝土墻支護體系，不考慮嵌固深度！

2）計算不準確如上海軌道交通4號線事故，在采用凍結(jié)法時將溫度由-10C°提高到-8C°，減少了凍結(jié)管數(shù)量。

3）勘察工作不細

地質(zhì)資料和地下水狀況不完全影響到整個支護設計方案的正確性。也影響到具體計算參數(shù)的選取和地下水的控制。2施工1）最常見的是不遵守規(guī)定的施工程序，超挖、提前拆支撐等；2）施工質(zhì)量差…3）偷工減料………

2023/2/542

3監(jiān)理、監(jiān)測監(jiān)理、監(jiān)測不到位,如杭州地鐵等多起事故對基坑在坍塌前的先兆沒有引起注意，沒有發(fā)出警報。2023/2/543四如何保證深基坑工程的穩(wěn)定性

由于深基坑坍塌事故的原因是綜合性的，所以保證基坑穩(wěn)定性的措施也應該是全面的。應貫穿基坑工程勘察、設計、施工、監(jiān)測的全過程。也應貫穿降水、支護結(jié)構(gòu)施工、土方開挖、使用、支撐拆除及地下水位回復等各個環(huán)節(jié)。2023/2/5442023/2/545

關(guān)個整個支護體系的穩(wěn)定性及驗算，我想說明的是，除了常規(guī)的支護結(jié)構(gòu)的力學分析外，尚應注意下面幾項驗算：

1支護結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性①

2支護結(jié)構(gòu)整體滑動穩(wěn)定性②

3基坑底部抗隆起穩(wěn)定性③

4底部滲透穩(wěn)定性④

1支護結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性①4.2.1

懸臂式支擋結(jié)構(gòu)的嵌固深度應符合下列嵌固穩(wěn)定性的要求（圖4.2.1）(是對樁底取矩)

（4.2.1）式中Kem──嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)；安全等級為一級、二級、三級的懸臂式支擋結(jié)構(gòu)，

Kem分別不應小于1.25、1.2、1.15；Eak、Epk──基坑外側(cè)主動土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動土壓力（合力）的標準值；za、zp──基坑外側(cè)主動土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動土壓力（合力）至擋土構(gòu)件底端的距離；2023/2/5462023/2/5474.2.2

單層錨桿和單層支撐的支擋式結(jié)構(gòu)的嵌固深度應符合下列嵌固穩(wěn)定性的要求（圖4.2.2）：【與式（4.3.1）形式相同，是對支點取矩】

（4.2.2）

式中Kem──嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)；安全等級為一級、二級、三級的錨拉式支擋結(jié)構(gòu)和支撐式支擋結(jié)構(gòu)，

Kem分別不應小于1.25、1.2、1.15；za、zp──基坑外側(cè)主動土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動土壓力至支點的距離。

2023/2/548圖4.2.2單支點錨拉式結(jié)構(gòu)和支撐式結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性驗算2023/2/549支護體系的穩(wěn)定性及驗算1支護結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性①

2支護結(jié)構(gòu)整體滑動穩(wěn)定性②

3基坑底部抗隆起穩(wěn)定性③

4基坑底部滲透流穩(wěn)定性④

2023/2/5504.2.3

錨拉式、懸臂式和雙排樁支擋結(jié)構(gòu)應按下列規(guī)定進行整體穩(wěn)定性驗算：

錨拉式支擋結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性可采用圓弧滑動條分法進行驗算；（圖4.2.3）當擋土構(gòu)件底端以下存在軟弱下臥土層時，整體穩(wěn)定性驗算滑動面中尚應包括由圓弧與軟弱土層層面組成的復合滑動面。

詳見行業(yè)標準《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)范》JGJ1202023/2/5512023/2/552支護體系的穩(wěn)定性及驗算1支護結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性①

2支護結(jié)構(gòu)整體滑動穩(wěn)定性②

3基坑底部抗隆起穩(wěn)定性③

4基坑底部滲透穩(wěn)定性④2023/2/5534.2.4

錨拉式支擋結(jié)構(gòu)和支撐式支擋結(jié)構(gòu)，其嵌固深度應滿足坑底隆起穩(wěn)定性要求，抗隆起穩(wěn)定性可按下列公式驗算（圖4.2.4-1、4.2.4-2）：（4.2.4-1）（4.2.4-2）（4.2.4-3）2023/2/5544.2.4-1擋土構(gòu)件底端平面下土的抗隆起穩(wěn)定性驗算2023/2/5552023/2/556當擋土構(gòu)件底面以下有軟弱下臥層時，擋土構(gòu)件底面土的抗隆起穩(wěn)定性驗算的部位尚應包括軟弱下臥層，公式(4.2.4-1)中的γm1、γm2應取軟弱下臥層頂面以上土的重度圖(4.2.4-1)，D應取基坑底面至軟弱下臥層頂面的土層厚度。

懸臂式支擋結(jié)構(gòu)可不進行抗隆起穩(wěn)定性驗算。2023/2/5572023/2/558圖4.2.4-2軟弱下臥層的抗隆起穩(wěn)定性驗算

4.2.5

錨拉式支擋結(jié)構(gòu)和支撐式支擋結(jié)構(gòu)，當坑底以下為軟土時，尚應按圖4.2.5所示的以最下層支點為轉(zhuǎn)動軸心的圓弧滑動模式按下列公式驗算抗隆起穩(wěn)定性：

(4.2.5)2023/2/5592023/2/5602023/2/561圖4.2.5以最下層支點為軸心的圓弧滑動穩(wěn)定性驗算圖4.2.5以最下層支點為軸心的圓弧滑動穩(wěn)定性驗算4.2.7擋土構(gòu)件的嵌固深度除應滿足本規(guī)程第4.2.1～4.2.6條的規(guī)定外，對懸臂式結(jié)構(gòu)，尚不宜小于0.8h；對單支點支擋式結(jié)構(gòu)，尚不宜小于0.3h；對多支點支擋式結(jié)構(gòu)，尚不宜小于0.2h；此處，h為基坑深度。?2023/2/562支護體系的穩(wěn)定性及驗算1支護結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性①

2支護結(jié)構(gòu)整體滑動穩(wěn)定性②

3基坑底部抗隆起穩(wěn)定性③

4基坑底部滲透穩(wěn)定性④2023/2/5634.2.6

基坑采用懸掛式截水帷幕或坑底以下存在水頭高于坑底的承壓含水層時，應按本規(guī)程附錄C的規(guī)定進行地下水滲透穩(wěn)定性驗算。附錄C滲透穩(wěn)定性驗算C.0.1

坑底以下有水頭高于坑底的承壓水含水層，且未用截水帷幕隔斷其基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系時，承壓水作用下的坑底突涌穩(wěn)定性應符合下式規(guī)定（圖C.0.1）：（C.0.1）2023/2/564(C.0.1)中：Kse1──突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)；Kse1不應小于1.1；

D──承壓含水層頂面至坑底的土層厚度(m)；γ──承壓含水層頂面至坑底土層的天然重度(kN/m3)；對成層土，取按土層厚度加權(quán)的平均天然重度；Δh──基坑內(nèi)外的水頭差(m)；γw──水的重度(kN/m3)。2023/2/565圖C.0.1坑底土體的突涌穩(wěn)定性驗算1－截水帷幕；2－基底；3－承壓水測管水位；4－承壓水含水層；5－隔水層2023/2/566C.0.2

懸掛式截水帷幕底端位于碎石土、砂土或粉土含水層時，對均質(zhì)含水層，地下水滲流的流土穩(wěn)定性應符合下式規(guī)定（圖C.0.2）：(C.0.2)對滲透系數(shù)不同的非均質(zhì)含水層，宜采用數(shù)值方法進行滲流穩(wěn)定性分析。2023/2/567式中：

Kse2──流土穩(wěn)定性安全系數(shù)；安全等級為一、二、三級的支護結(jié)構(gòu)，Kse2分別不應小于1.6、1.5、1.4；D──截水帷幕底面至坑底的土層厚度(m)；D1──潛水水面或承壓水含水層頂面至基坑底面的

土層厚度(m)；γ＇──土的浮重度(kN/m3)；Δh──基坑內(nèi)外的水頭差(m)；γw──水的重度(kN/m3)。2023/2/568(a)潛水

(b)承壓水圖C.0.2采用懸掛式帷幕截水時的流土穩(wěn)定性驗算1－截水帷幕；2－基坑底面；3－含水層；4－潛水水位；5-承壓水測管水位；

6－承壓含水層頂面2023/2/569

清華大學李廣信教授：流土

soilflow亦稱突涌（heaving）。在向上的滲透水流作用下，表層土局部范圍內(nèi)的土體隆起或者土顆粒同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。

中國建筑科學研究院楊斌研究員：

突涌是流土的特例，滲流作用可忽略。

2023/2/570

C.0.3坑底以下為級配不連續(xù)的不均勻砂土、碎石土含水層時，應進行土的管涌可能性判別。

管涌:當?shù)叵滤桓哂诨拥酌媲一拥酌嬉韵碌耐翞槭杷缮巴習r，地下水產(chǎn)生向上的滲透水壓，如果這種水壓產(chǎn)生的動水坡度超過砂土層的極限動水坡度時，基坑底面就會失去穩(wěn)定，砂土向上涌入基坑，這種現(xiàn)象稱為管涌。如圖所示。2023/2/5712023/2/572基坑管涌示意圖

基坑抗管涌穩(wěn)定性應符合下列規(guī)定：Ksi<ic式中Ks—

安全系數(shù)，可取1.5~2.0;

i—

動水坡度,i=hw/L

ic—極限動水坡度,