6.基坑规范的讨论(李广信)

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,对一些基坑规范的讨论,清华大学 岩土工程研究所,李广信,目录,1.,前言,2.,采用什么强度指标,3.,采用什么重度,4.,荷载还是抗力,5.,流土与突涌,6.,安全系数与分项系数,7.,分算与合算,8.,复合土钉墙,9.,结论意见,讨论涉及的规范,建筑地基基础设计规范,GB 50007-2011,“,地基规范,”,建筑基坑支护技术规程,JGJ 120-20, “,基坑规程”,上海市工程建设规范,基坑工程技术规范, DG/TJ 08-61-2010,“,上海规范”,深圳市基坑支护技术规范,DB SJG 05-2011,“,深圳规范”,1.,前言,经过十余年的基坑工程实践，取得了很多经验；,大量的理论研究成果，使我们对于基坑工程中的问题有更深刻的认识；,频繁的基坑失事案例，使我们取得了宝贵的教训；,最近修编的很多涉及到基坑的规范反映了这些进展；,但仍有一些可以商榷和讨论的问题；,本人以下的意见供同行们批评指正！,2.,采用什么强度指标？,1.1,不排水与固结不排水,何谓固结？,固结与排水,三轴试验与实际工程中的固结,在施加围压,3,后是否允许（饱和）试样中的孔隙水进出；,实际工程中是在增加主应力时（平均主应力,p,),土中孔隙水是否允许或有可能排出。,这两种情况如果施工速度快，土的渗透系数小，都可是不排水,填方路堤,建筑物基础,何谓排水？,三轴试验中是指施加,的过程中，试样中的孔隙水不能排出；,在工程实践中主要是在施加剪应力时，土中水不能只有进出。,工程中几种应用固结不排水强度指标的工况,1,-,3,基坑工程中的地基土,在漫长的地质历史中，一般在自重应力下已经固结；,在基坑开挖过程中，主应力,3,(,p,),没有增加；,开挖增加了剪应力,1,-,3,，直到达到主动或被动极限应力状态。,地基规范,中的强度指标,9.1.6,1,、对淤泥及淤泥质土，应采用,三轴不固结不排水剪强度指标,；,2,、对正常固结的饱和黏性土应采用在土的有效自重应力下预固结的,三轴不固结不排水剪强度指标；,其他规范建议采用固结不排水强度指标是合理的！,基坑中采用不排水强度指标的困难,地基承载力只涉及持力层的强度,c,u,；,基坑支挡结构常常涉及几十米后的黏土层；,c,u,；是与深度有关的。,十字板剪切试验,z,c,u,b,a,1,正常固结土,地基规范中的一个悖论,取,K,D,1.60,插入比越大，安全系数越小？,这里必须明确强度,c,u,的具体深度。,t,t,(,t,+,H,)+,q,1.2,有效自重应力下预固结的三轴不固结不排水剪强度指标,用什么深度的,有效自重应力预固结？,采用什么各向等压固结应力对应于原位的,K,0,自重应力状态？,如果采用一系列深度的,有效自重应力预固结的,不排水剪强度指标,，实际上就是固结不排水强度指标。,十字板剪切试验,z,c,u,b,a,1,三轴试验的,K,0,固结与等压固结不排水试验。,p,q,K,0,M,p,基坑土的实际不排水应力路径,不扰动取样过程,剑桥模型屈服面,对应,c,u,欠固结土,使用固结不排水强度指标，偏于危险在有效自重应力,z,下并没有固结；,“,基坑规程,”,：,对欠固结土，宜采用有效自重压力下预固结的三轴不固结不排水抗剪强度指标,c,uu,、,uu,；,(1),如何定义有效自重压力？,(2),如何确定欠固结度？,(3),为什么不用,c,cu,cu,的计算强度乘以欠固结度？,1.3,固结不排水还是固结排水指标,地基规范：,9. 1. 6,2,、对正常固结的饱和粘性土应采用在土的,有效自重应力下预固结的三轴不固结不排水剪强度指标；,当施工挖土速度较慢，排水条件好，土体有条件固结时，可采用三轴固结不排水剪强度指标；,基坑的地基土需要固结吗？,正常固结土地基土在自重应力下已经完全固结；,开挖引起的超静孔隙水压力不能排出,不排水；,“,施工挖土速度较慢，排水条件好,”,实际上是已经,“,排水,”,了,这时应当使用有效应力强度指标。,“Foundation Engineering Handbook”,13.4,当基坑开挖过去一段时间，孔隙水压力随后有变化时，考虑采用三轴排水试验指标：正常固结土,c,c,=0,=15-25,，对于长期的基坑设计用不排水指标过于保守。,均布附加荷载,q,0,的土压力,与自重应力一样，用固结不排水强度指标计算,q,0,对土压力与稳定性的影响。,超载,q,0,与固结不排水强度指标,在该规范中，对于由附加荷载在黏性土中引起的土压力一律按朗肯土压力理论，采用固结不排水强度指标计算,对饱和的黏性土,这样计算有时是不安全的。,如果,q,0,为临近建筑物产生的荷载，这要看该建筑物建成的年代，如果它是几十年前建成的，那么在这个荷载下，坑边土体已经被,q,0,所固结，可用固结不排水强度指标计算土压力；,但有的开发商为了尽快卖房收钱，先建房，后挖坑，那么,q,0,所产生的土压力要用不排水指标,u,=0,计算土压力，亦即产生的都是超静孔隙水压力，,对于施工期坑边堆载、交通荷载、机械荷载等也应同样处理。,大面积超载引起的土（水）压力,对于饱和软黏土,=0,K,a,=1.0,产生的超静孔隙水压力,u,=,q,0,。,q,0,u,=,q,0,上海闵行区莲花河畔景苑,3.,采用什么重度,2.,稳定中的自重计算,圆弧滑动面稳定分析中，抗滑力矩用饱和重度还是浮重度？,验算坑底隆起时，承载力的深度部分采用什么重度？,坑内外水渗流的影响。,圆弧滑动整体稳定,基坑规程图,6.1.3,K,s,圆弧滑动稳定安全系数,1.3,规定对于水下的黏性土,u,=0,；,坑底隆起稳定性验算,锚拉式和支撑式支挡结构嵌固深度基坑规程,:,图,4.2.5,K,he2,以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定安全系数；安全等级为,1,、,2,、,3,级的支挡式结构，,K,he2,分别不应小于,2.2,、,1.9,、,1.7,。,G,j,第,j,土条的自重,(kN),，,按天然重度计算,。,坑底隆起承载力验算,基坑规程,图,4.2.4-1,m1,基坑外挡土构件底面以上土的重度,(kN/m,3,),；对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土取浮重度；对多层土取各层土按厚度加权的平均重度；,m2,基坑内挡土构件底面以上土的重度,(kN/m,3,),；对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土取浮重度；对多层土取各层土按厚度加权的平均重度；,M,点的抗剪强度,f,M,瑞典条分法,-,替代法,i,h,3i,h,2i,h,1i,浸润线,h,3i,部分用浮重度计算，,h,2i,分母用饱和重度；分子用浮重度,替代法：不计水压力,u,i,上海规范,6.2.1,坑底地下水位以下取浮重度；,考虑渗流作用时，坑底地下水位与坑外地下水位范围内的土体在计算滑动力矩时取饱和重度，计算抗滑力矩时取浮重度,；,至少在这种情况下这是对的，因为这就是稳定分析中所谓的“替代法”。,但是这与是否有渗流无关,凡是地下水以下承载力都应当用浮重度计算,。,地基规范,V.0.2,当坡体内有地下水渗流作用时，稳定分析时应进行坡体内的水力坡降与渗流压力计算，也可采用,替代重度法,作简化分析。,坑底隆起承载力验算,饱和黏土,饱和砂土,N,c,N,q,按黏土的固结不排水指标；,m1,应按饱和重度计算；,m2,应按浮重度计算，因为,N,q,是按固结不排水指标计算的,。,只有用不排水强度，承载力才可用饱和重度（水下自重部分不扣浮力）。,有渗流情况坑底隆起验算,h,l,d,4.,荷载还是抗力,“基坑规程”水土分算的土层,u,a,主动侧的水压力荷载；,u,p,被动侧的水压力抗力。,E,a,E,p,U,W,E,w,E,w,作用于挡土墙上的力,抗倾覆安全系数,=1kN/m,3,=11kN/m,3,水压力不同处理的例题,墙高,h,=10m,，埋深,h,d,=4m,，墙宽,B,=5m,，水泥土重度为,cs,=20kN/m,3,所在土层,c,=0,=30,=18kN/m,3,，地下水位与坑底齐平。,按照不同方法处理水压力计算其抗倾覆稳定,计算安全系数,K,ov,U,E,wa,E,wp,方法,计算方法,计算公式,安全系数,水泥土用,浮重度,计算，两侧水、土压力分算,(,不计侧向水压力,),1.20,不计侧向水压力,，从自重中扣除扬压力,U,1.20,主动侧水压力为荷载，被动侧水压力为抗力，墙自重中扣除扬压力,U,1.19,主动侧水压力为荷载，被动侧水压力为抗力，扬压力为荷载,1.16,上海规范,-6.4.1,E,w,作用于水泥土墙上的主动、被动侧水压力差,“,净水压力”,K,si,抗滑移稳定安全系数，可取,1.2;,u,m,水泥土墙底面的平均孔隙水压力,(kPa);,E,w,u,m,G,E,p,E,a,土中,安全系数的意义与目的,安全系数是为了考虑可能的不确定性，并保证一定的安全度；,均衡的水、土压力，不存在不确定性，可不计入荷载与抗力；,两侧不平衡的静水压力也可以部分抵消；,土中,静水中,安全系数的意义与目的,不能以两侧土压力差进行稳定分析！,当两侧土压力相等时，,E,a,=,E,p,，在抗滑移稳定分析中二者也不能抵消；,因为主、被动土压力计算涉及土层分布、土性指标、计算理论等一系列不确定性。,荷载与抗力的确定、是否可以抵消有时有歧义、有习惯、规定的不同；但基本原则不能破坏。,E,a,E,p,5.,流土与突涌,地基规范：,9.4.7:,地下水渗透稳定验算，当基坑底土为不透水层，下部具有承压水头时，坑内土体应按本规范附录,W,进行抗突涌稳定验算。,流土与突涌的区别,（,1,）安全系数不同,流土：以土骨架为隔离体：,突涌：以土单元为隔离体,：,h,L,原因,1.,黏性土存在着黏聚力,c,，它会在黏土周边产生阻力，同时即使局部水力梯度大于临界梯度，也会发挥整体黏土层的抗力，阻止局部流土；,2.,二者的安全系数表示方法不同，突涌计算的安全系数一般偏小；,3.,黏性土不易形成稳定渗流，,突涌是否为渗透稳定？,流土与突涌,6.,安全系数与分项系数,上海规范,S,作用分项系数，,取,1.0,；,RL,抗力分项系数。,R,，,S,R,，,S,f,(S),f,(R),R,S,R,S,可靠度设计与分项系数法,S,=1.0,这实际上,RL,等效于安全系数；,不能将一个随机变量的不确定性，放入另一个随机变量之中；,安全系数：包含所有的不确定性。,同样数值的安全系数与抗力分项系数所表现的安全度是无法相比的。其中差一个荷载分项系数。,7.,分算与合算,基坑规程,3.1.14,“对地下水位以下的黏性土、黏质粉土，可采用土压力、水压力合算方法”，,“对地下水位以下的砂质粉土、砂土和碎石土，应采用土压力、水压力分算方法”,在实际地层中，粉土下层的土质是十分重要的。这主要是由于地下水实际上是流动的,.,粉土,黏土,粉土,砂土,合算的零土压力区,由于合算在饱和黏土中出现较大的零土压力区（负土压力区）；,z,0,区也称为拉裂区，对于饱和土体难免会有裂缝水和水压力；,黏性土的主动土压力，水土合算当出现表观的负土压力时，实际上假设主动土压力最小值：,h/,3,Foundation Engineering Handbook,；,拉裂缝,u,=0,计算情况,对饱和黏性土采用不排水强度,u,=0,计算情况,z,0,不同,;,(c),太沙基算法,(a),水土合算,(b),水土分算,(e),美国,基础工程手册,(d),太沙基算法,8.,复合土钉墙,（复合）土钉墙整体稳定,R,k,第,k,层,土钉或锚杆,对圆弧滑动体的极限拉力值,(,kN,),；应取土钉或锚杆在,滑动面以外,的锚固体极限抗拔承载力标准值与杆体受拉承载力标准值（,f,yk,A,s,或,f,ptk,A,p,）的较小值；,微型桩、水泥土桩,复合土钉墙，滑弧穿过其嵌固段的土条可适当考虑桩的抗滑作用。,土钉、锚杆、微型桩、水泥土墙的共同作用问题,作用机理不同；,发挥作用的比例不同；,存在渐进破坏的情况；,有相互间的影响；,复合土钉墙墙规范,建议乘以不同的发挥系数是必要的。,基坑阳角,万亨大厦的复合土钉墙破坏,8.,结论意见,基坑工程中仍有很多问题有待澄清；,基坑工程中有关土的设计十分复杂：,应力路径的特殊性；,排水条件的依赖性；,水及其渗流的作用；,一系列共同作用问题：水土、墙土、环境因素、,欢迎批评指正,