關(guān)于深基坑工程的穩(wěn)定問(wèn)題

2023/2/51深基坑工程的穩(wěn)定問(wèn)題中國(guó)建筑科學(xué)研究院

錢(qián)力航2011年6月寧波深基坑的問(wèn)題主要是穩(wěn)定問(wèn)題

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)》（送審稿）對(duì)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(dòng)和過(guò)大變形的性質(zhì)。

對(duì)基坑工程來(lái)說(shuō)，就是基坑不要垮掉，也不要產(chǎn)生過(guò)大變形。

2023/2/52

一

目前保證深基坑穩(wěn)定的難度很大

1開(kāi)挖深度大基坑開(kāi)挖深度迅速增大。最深的已達(dá)40m左右，如上海地鐵四號(hào)線修復(fù)工程深基坑開(kāi)挖深度接近41m。天津117大廈基坑最大開(kāi)挖深度35m左右。全國(guó)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(hào)線、津秦客運(yùn)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(wàn)平方米，占地面積約5萬(wàn)平方米，基坑邊長(zhǎng)達(dá)到500多米。地下工程一般三層，部分四層，最大開(kāi)挖深度達(dá)33.5m。2023/2/54

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

3環(huán)境復(fù)雜，施工難度大我國(guó)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(shè)施密集的區(qū)域，場(chǎng)地狹小、周?chē)h(huán)境對(duì)基坑工程的限制嚴(yán)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(yán)重。2023/2/56

4地質(zhì)條件復(fù)雜

由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原因，我國(guó)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(shè)計(jì)施工的難度就更大。2023/2/572023/2/582023/2/58二深基坑坍塌事故實(shí)例

2008年11月15日15點(diǎn)左右，杭州蕭山區(qū)風(fēng)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(hào)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(shí)許，上海軌道交通4號(hào)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(luò)通道施工時(shí),大量流沙涌入隧道，隧道部分塌陷，地面也隨之出現(xiàn)以風(fēng)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(guó)廣場(chǎng)

基坑坍塌事故根據(jù)深圳市勘察測(cè)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(guó)廣場(chǎng)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(chǎng)時(shí)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(shè)施受到不同程度影響，經(jīng)認(rèn)真核算，直接經(jīng)濟(jì)損失為1377.6萬(wàn)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(chǎng)４號(hào)樓基坑邊坡坍塌事故

2009年3月19日13時(shí)３５分，位于青海省西寧市商業(yè)巷南市場(chǎng)的佳豪廣場(chǎng)４號(hào)樓施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生坍塌事故，基坑?xùn)|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(hù)基坑工程事故清華大學(xué)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(hù)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(hào)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(guò)程中，由于不斷開(kāi)挖，地下水漸漸滲出，使周?chē)帘诓豢俺兄?，造成塌方?009年5月28日南京地鐵二號(hào)線茶亭站發(fā)生事故，現(xiàn)場(chǎng)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(hào)線3標(biāo)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(chǎng)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(shè)計(jì)不合理的原因，同時(shí)又有施工違規(guī)的原因，也有監(jiān)理、監(jiān)測(cè)不到位的問(wèn)題。在多個(gè)因素作用下，基坑就垮掉了。所以一旦發(fā)生事故，責(zé)任很難追究，因?yàn)槭鹿实脑虮緛?lái)就不是單一的。2023/2/5402023/2/5412023/2/541

1設(shè)計(jì)原因

1）理論有缺陷

如珠海祖國(guó)廣場(chǎng)，采用的逆作鋼筋混凝土墻支護(hù)體系，不考慮嵌固深度！

2）計(jì)算不準(zhǔn)確如上海軌道交通4號(hào)線事故，在采用凍結(jié)法時(shí)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(xì)

地質(zhì)資料和地下水狀況不完全影響到整個(gè)支護(hù)設(shè)計(jì)方案的正確性。也影響到具體計(jì)算參數(shù)的選取和地下水的控制。2施工1）最常見(jiàn)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(cè)監(jiān)理、監(jiān)測(cè)不到位,如杭州地鐵等多起事故對(duì)基坑在坍塌前的先兆沒(méi)有引起注意，沒(méi)有發(fā)出警報(bào)。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(yīng)該是全面的。應(yīng)貫穿基坑工程勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)的全過(guò)程。也應(yīng)貫穿降水、支護(hù)結(jié)構(gòu)施工、土方開(kāi)挖、使用、支撐拆除及地下水位回復(fù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。2023/2/5442023/2/545

關(guān)個(gè)整個(gè)支護(hù)體系的穩(wěn)定性及驗(yàn)算，我想說(shuō)明的是，除了常規(guī)的支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析外，尚應(yīng)注意下面幾項(xiàng)驗(yàn)算：

1支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性①

2支護(hù)結(jié)構(gòu)整體滑動(dòng)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(hù)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(yīng)符合下列嵌固穩(wěn)定性的要求（圖4.2.1）(是對(duì)樁底取矩)

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

Kem分別不應(yīng)小于1.25、1.2、1.15；Eak、Epk──基坑外側(cè)主動(dòng)土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力（合力）的標(biāo)準(zhǔn)值；za、zp──基坑外側(cè)主動(dòng)土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)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(yīng)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(duì)支點(diǎn)取矩】

（4.2.2）

式中Kem──嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)；安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)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(yīng)小于1.25、1.2、1.15；za、zp──基坑外側(cè)主動(dòng)土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力至支點(diǎn)的距離。

2023/2/548圖4.2.2單支點(diǎn)錨拉式結(jié)構(gòu)和支撐式結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算2023/2/549支護(hù)體系的穩(wěn)定性及驗(yàn)算1支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性①

2支護(hù)結(jié)構(gòu)整體滑動(dòng)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(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：

錨拉式支擋結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性可采用圓弧滑動(dòng)條分法進(jìn)行驗(yàn)算；（圖4.2.3）當(dāng)擋土構(gòu)件底端以下存在軟弱下臥土層時(shí)，整體穩(wěn)定性驗(yàn)算滑動(dòng)面中尚應(yīng)包括由圓弧與軟弱土層層面組成的復(fù)合滑動(dòng)面。

詳見(jiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》JGJ1202023/2/5512023/2/552支護(hù)體系的穩(wěn)定性及驗(yàn)算1支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性①

2支護(hù)結(jié)構(gòu)整體滑動(dòng)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(yīng)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(yàn)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(yàn)算2023/2/5552023/2/556當(dāng)擋土構(gòu)件底面以下有軟弱下臥層時(shí)，擋土構(gòu)件底面土的抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算的部位尚應(yīng)包括軟弱下臥層，公式(4.2.4-1)中的γm1、γm2應(yīng)取軟弱下臥層頂面以上土的重度圖(4.2.4-1)，D應(yīng)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(jìn)行抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)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(yàn)算

4.2.5

錨拉式支擋結(jié)構(gòu)和支撐式支擋結(jié)構(gòu)，當(dāng)坑底以下為軟土?xí)r，尚應(yīng)按圖4.2.5所示的以最下層支點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的圓弧滑動(dòng)模式按下列公式驗(yàn)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(diǎn)為軸心的圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算圖4.2.5以最下層支點(diǎn)為軸心的圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算4.2.7擋土構(gòu)件的嵌固深度除應(yīng)滿足本規(guī)程第4.2.1～4.2.6條的規(guī)定外，對(duì)懸臂式結(jié)構(gòu)，尚不宜小于0.8h；對(duì)單支點(diǎn)支擋式結(jié)構(gòu)，尚不宜小于0.3h；對(duì)多支點(diǎn)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(hù)體系的穩(wěn)定性及驗(yàn)算1支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性①

2支護(hù)結(jié)構(gòu)整體滑動(dòng)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(shí)，應(yīng)按本規(guī)程附錄C的規(guī)定進(jìn)行地下水滲透穩(wěn)定性驗(yàn)算。附錄C滲透穩(wěn)定性驗(yàn)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(shí)，承壓水作用下的坑底突涌穩(wěn)定性應(yīng)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(yīng)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(duì)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(yàn)算1－截水帷幕；2－基底；3－承壓水測(cè)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(shí)，對(duì)均質(zhì)含水層，地下水滲流的流土穩(wěn)定性應(yīng)符合下式規(guī)定（圖C.0.2）：(C.0.2)對(duì)滲透系數(shù)不同的非均質(zhì)含水層，宜采用數(shù)值方法進(jìn)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(jí)為一、二、三級(jí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，Kse2分別不應(yīng)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(shí)的流土穩(wěn)定性驗(yàn)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(cè)管水位；

6－承壓含水層頂面2023/2/569

清華大學(xué)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(shí)發(fā)生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象。

中國(guó)建筑科學(xué)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(jí)配不連續(xù)的不均勻砂土、碎石土含水層時(shí)，應(yīng)進(jìn)行土的管涌可能性判別。

管涌:當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌媲一拥酌嬉韵碌耐翞槭杷缮巴習(xí)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(dòng)水坡度超過(guò)砂土層的極限動(dòng)水坡度時(shí)，基坑底面就會(huì)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(yīng)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(dòng)水坡度,i=hw/L

ic—極限動(dòng)水坡度,