关于基坑抗隆起稳定验算方法及适用性.docx
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关于基坑抗隆起稳定验算方法及适用性
关于基坑抗隆起稳定验算方法及适用性
1前言
软上地区基坑抗隆起稳龙性验算是基坑工程设计的一项关键内容，不仅关系到基坑支护及周边环境的安全，而且与基坑的变形紧密相关。
目前，基坑抗隆起稳左验算的方法较多，主要的验算方法包括：
极限平衡法、极限分析法及有限元法等。
在我国《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）中，基坑抗隆起稳左验算采用基于Prandtl地基承载力模式进行囤护墙底抗隆起稳左验算：
同时，当嵌固段存在软上时，则还需进行绕最下道支点的圆弧滑动稳宦验算。
然而，在该基坑规范实施过程中，越来越多的工程（福建地区）实践表明：
JGJ120-2012规范中关于抗隆起稳左验算模式的合理性及适用性有待商榷，故本文将重点针对墙底抗隆起稳左验算及绕最下道支点的圆弧滑动稳左验算在工程实践中所存在的问题进行讨论。
2墙底抗隆起稳定验算实施情况
2.1规范规定
在《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）中，国护结构嵌固深度采用弹性支点法进行计算，并采用圆弧滑动法进行基坑整体稳定验算，其余稳左验算（包括抗隆起稳圧验算、抗倾覆稳左验算及抗踢脚稳左验算等）均不作为规定的验算内容，即基坑稳左性验算按圆弧滑动整体稳左性验算进行控制。
鉴于福建软上地基的特殊性，福建地区基坑稳定性验算除了进行整体稳左验算外，地方标准《建筑地基基础技术规范》（DBJ13-07-2006）增加了抗隆起稳定验算内容，具体包括用护桩底部抗隆起稳左性及软弱下卧层顶而处的抗隆起稳左性验算，苴讣算公式主要参照Prandtl地基承载力计算公式，计算图示如图1所示。
根据Prandtl公式，抗隆起安全系数为:
"DNqp+叫人（H+D）+q
其中,
福建省地方标准规左抗隆起安全系数F、＞1.15/0（/0表示基坑支护重要性系数），即一、
二三级基坑的抗隆起安全系数分別为1.15.1.2L1.27。
在JGJ120-2012规范实施之前，福建省一致沿用该计算方法，实施过程中发现：
当圆弧滑动整体稳定性验算满足规范要求后,国护桩底部抗隆起稳定性及软弱下卧层顶面处的抗隆起稳立性验算均可满足要求。
因此，在满足行业标准和地方标准规立的基础上，即可满足福建软上地区基坑安全要求。
然而，JGJ120-2012版规范中关于墙底抗隆起验算则在采用Prandtl公式的基础上，将安全系数提高到14~1.8（即基坑安全等级为一级、二级、三级的支护结构其墙底抗隆起安全系数不应小于1.8、1.6.1.4）,显著奇于福建地方标准的规范要求。
通过査阅不同行业标准及地方标准可以发现，关于墙底抗隆起稳左计算内容，不同地区的地方标准均有类似的规左，计算方法基本是以Prandtl地基承载力il•算公式为基础，但安全系数取值则差异较大，具体如表1所示。
其中，以上海地区基坑规范所规泄的安全系数最高，达到2.5、2.0和1.7：
福建省地表及冶金部规范的安全系数取值则最低。
表1不同地区墙底抗隆起稳定计算模式及安全系数
规范名称
计算模式
墙底抗隆起安全系数
一级
二级
三级
国标g建筑地基基础设讣规范》（GB50007-2012）
心=g+"
°XH+DZq
1.6
行标&建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）
柿h+D）+q°—"
1.8
1.6
1.4
冶金部《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）
尸_YiONqp+cNep'朴（H+D）+?
1.10-1.25
上海《基坑工程技术规范》（DGTJ08-61-2010）
乙［沧（〃+Q）+零］S二伉®；+c」：
）
2.5
2.0
1.7
北京《建筑基坑支护技术规程》（DB11/489-2007）
hh/Nq+GN《、[住
1.6
福建g建筑地基基础技术规范》（DBJ13-07-2006）
2小匚+cN°>1.15%（工儿人+q）
1.27
1.21
1」5
深圳市《基坑支护技术规范》（SJG05-2011）
MeNq+CkNcr7]（/l+he）+@O
/
/
1.2
浙江《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1096-2014）
”化+cN「★人（〃+/）+统b
1.8
1.6
L4
天津市《建筑基坑工程技术规程》（DB29-2O2-2O1O）
A\-Ng+屮
1.4
湖北《基坑匸程技术规程》（DB42/T159-2012）
讥+q0\yphd・£+ek（Ng一1）co®—
J
1.8
《合肥市深基坑开挖与支护技术实施细则》
伽｛讯“+⑺+”呵風+吨
2.0
由此可见，尽管墙底抗隆起稳左验算汁算公式是统一的（均是基于Prandtl公式地基承载力计算公式进行计算），但不同地区或不同标准的关于抗隆起安全系数取值却存在明显差异，因此2012版规范中墙底抗隆起稳泄安全系数取值是否适用于各个地区，其合理性有待商议。
1.2实施情况
为了进一步讨论验算墙底抗隆起稳立安全系数取值的适用情况，本文针对福建地区诸多已完成基坑工程进行验算，包括2012版规范实施前及实施后的项目，具体详见表2,共列出19个福建地区项目）的墙底抗隆起稳左安全系数及整体稳立安全系数，且所列项目均已施工完成，且有效确保基坑及周边环境安全。
表2典型匸程增底抗隆起稳定验算
■；
项目名
百：
基坑规模
支护方式
开挖段k®
嵌固段上层
嵌固探度/开挖深度
墙底抗隆起安全系数
整体稳定安全系数
足否满足JGJ120-2012要求
1
海西商务大厦
四层地卜室周长约270m挖深18.65-22.45m
扌丰桩+4道钢筋址内支搏
!
象填1：
②淤泥
©淤泥
③粉质粘上
①砾砂
5淤泥质上
6卵石
7淤泥质上
8粉质粘上洲1砂
⑪卵石
1.00
10.72
1.41
足
■
世欧王庄C-a3.
C-a4地块
三层地卜'室周长约1200m挖滋16.3-18.3m
排桩+3道制
筋址内支捋
1杂塡上
2粉质粘上
3淤泥
③中砂夹淤泥
③淤泥釧中砂夹淤泥
①粉质粘上
5中砂
6淤泥质上
0.86-1.59
23（）
1.69
足
3
厦门帝景苑一期
四层地卜•室基坑长度约780m挖探18.7~20.lm
排桩*3道钢
筋水平内£»（局部+1道钢沽斜捋〉
1填上
2淤泥
31粉质粘t
◎2中粗砂
①淤泥质上
◎中粗砂
3残积砂质粘性土
⑥全风化花岗岩
0.50-0.87
4.48
1.51
是
4
立洲集团总部
三层地卜•室基坑长度约310m挖深lN13m
涙注桩*2道钢筋脸内支
①杂填上
③淤泥
3）圆砾⑥粉质粘上
0.91-1.45
2.71
1.25
足
5
福州琼河村IH屋区改趟项目
（2#
楼〉
三层地卜•室基坑长度约310m挖探15.5-17.2m
溝注桩*2道钢筋腔内支
1象填I：
2粉质粘土
1
3淤泥
③淤泥
3」中砂
①粉质粘上【1
⑤淤泥质上
0.66
1.85
1」3
是
6
元庚公
・疋
地卜•三层开挖滋度为12.5-13.5m周长240m
濯注桩*2道钢筋栓内支
1杂填上
2粉质粘上
3淤泥
4粉质粘上
①粉质粘上
5淤泥质上
6粉质粘上
1.17-1.37
4.06
1.66
足
7
福州拓福广场
地卜•二层深度约为12.8m周长約为650m
灌注桩/SMW匸法桩42道钢筋内支
1杂填土
2粉质粘上
3淤泥
淤泥妙2粉质粘上
6中砂
7粉质粘土⑥中砂
0.95
9.21
1.72
足
8
禹州广
场
地卜•三层深度约为14.3m周长約为145m
涙注桩*3层口本结构楼板（逆作法〉
1象填1-
②淤泥
翊质粘上
③“中砂
②残枳砂质粘性上
0.74
4.98
1.63
足
9
福州八-珈
南街地卜空间改迪工
地卜•三层深度I5-I7m周长约1200m
J-
混锻上挣+2道钢管挣
11k填土
2粉质黏土
3i淤泥
①粉质舟上
§）1淤泥质1：
51淤泥质土力粉质黏上场中砂
63淤泥质上
⑪黏上
⑩j中砂
⑪1淤泥质上gib残枳砂质黏上
⑨c残积砾质黏11
0.93
2.45
1.41
足
10
福建邮玫广场建设项
1
地卜•二层深度约10.6m周长约600m
濯注桩*2道
钢筋脸内支
D杂填土
②粉质粘上
②・1淤泥
②■】淤泥劭2粉质粘上參3淤泥质粘土◎圆砾
2」6
12.44
2.03
足
11
马尽蓝波湾
二层地卜室.基坑滋丿殳约为9.75m.基坑周长约为740m
SMW工浓桩*2道预应力
<*索
1素填上
2淤泥质上夹砂
3中砂夹淤泥
③中砂夹淤泥
①淤泥质土夹砂
1.21
7.09
1.51
是
12
连江万星商业广场
二层地卜室.基坑滋Ajllm.基坑周长约为800m
SMW工浓桩•2道预应力锚杆
1»质粘土
2淤泥
3中砂
③中砂
①淤泥质上
⑤中砂
1.02
5.26
1.69
足
13
福州仓山万达广场
地卜二层
深度10.1m周长约1200m
SMW工法桩•2道预应力镭杆
1索塡上
2淤泥质土夹砂
3中砂夹淤泥
③中砂夹淤泥
①淤泥质土夹砂
1.43
7.09
1.51
足
14
泉州晋江淡江商务区
地卜•二层深度9.4-11.6m周长约995m
SMW工浓桩•2道预应力锚杆
1杂塡土
2淤泥
3粉砂
4淤泥质土
①淤泥质上
⑥粉质粘上
1.05
3.48
1.43
足
15
一品商务汇二期
地卜•二层深度10.6m周长约620m
SMW工法桩
*2道预「锚杆
1|杂填土
2粉质粘上
3淤泥
◎淤泥
①细砂
R1淤泥夹砂
1.02
530
1.64
足
16
槁州三迪•联H：
丿、股
地卜•三层
深度14m周长约600m
SMWTiiftI■2道钢筋碇内支捋
|；?
心L
2粉质粘上
3中细砂
①淤泥质上
①淤泥质上2V-1粉砂
⑥中细砂
⑥淤泥质上
◎中粗砂
⑧粉质粘上>V-1中细砂◎中砂
L14
1.89
1.00
足
⑩淤泥质上〔如中砂
H）粉质粘土
17
福州海
M佥融人殴
地F三层深度13.6~15.Om周长约470m
SMW工法桩+1道钢筋殓内支道预应力锚杆
1杂填上
2粘土
3淤泥
③1粉上
③1粉I:
R中砂
⑤淤泥质上
0.64
1.57
1.22
否
18
地铁1号线斗
门站
地2二层.周长约400m
挖深16.30-18.20m
；-4.＞：
艾挣
|；?
心L
2黏上
3淤泥
◎淤泥
①粉质粘上
⑪残枳上
⑭全风化岩
0.76
3.44
138
足
19
地铁】号线树兜站
地F二层周长约586m挖深16.50-18.10m
艾挣
1人工填土
2淤泥
⑧粉质粘上
4粗砂
5淤泥质上
6碎卵石
0.69
14.33
135
足
由表2汁算结果可知，仅个别项目的墙底抗隆起稳立安全系数不满足2012版规范要求,但总体而言，取值提高后的墙底抗隆起稳定安全系数在福建地区基本可以达到。
然而，从抗隆起安全系数数值的大小可以看出，针对不同桩端上层，墙体抗隆起安全系数的数值大小变化范羽很大，其主要原因在于墙底抗隆起稳泄验算公式是基于支护墙体底而为基准而的地基承载力推导得到的，苴安全系数的大小主要取决于墙体底而以下上体的承载力，与墙底上质情况关联紧密，抗隆起安全系数汁算结果易因墙底丄质变化而发生大幅度变化，这表明墙底抗隆起安全系数的验算结果的可靠性相对较差。
同时，通过表2中整体稳定安全系数可以看出，所列的19个项目整体稳泄安全系数基本可满足规范要求（除个别项目外），且计算所得安全系数范囤均较为集中，这表明采用整体稳泄验算模式作为基坑稳左验算的主控方式是较为可靠的，也在一泄程度上说明在JGJ120-99版规范实施期间采用整体稳左性作为基坑稳泄安全的主要验算指标是较为合理的。
13小结
根据上述的分析可知，尽管墙底抗隆起稳左验算汁算公式基本统一，但不同地区或不同标准的安全系数取值却存在明显差异，其原因应归结于务个地区上层特性及指标选取的差异，这应该也是无可非议的，这也说明墙底抗隆起稳泄安全系数的取值较难以统一，值得商议。
另一方面，由于墙底抗隆起稳左验算公式是基于支护墙体底而为基准而的地基承载力推导得到的，其安全系数的大小与墙底上质情况紧密相关，其安全系数验算结果的可靠性相对较差（不起主要控制作用），而采用整体稳左性作为基坑稳立安全验算的主要验算指标应更为合理。
3绕最下支点的圆弧滑动稳定验算实施情况
3.1规范计算模式分析
《建筑基坑支护技术规程MJGJ120-2012）针对基坑抗隆起稳定验算模式增加了第4.2.5条规左，具体如下：
锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，当坑底以下为软丄时，尚应按图2所示的以最下层支点为转动轴心的圆弧滑动模式验算抗隆起稳左性：
图22012版规范关于最下层支点为轴心的阴1弧滑动稳定性验算图示
讣算公式如下:
工（仏+g）sinq
y^[c7y+（g”+AGJcosO；tan^?
J
上述公式的形式与整体稳泄性验算所釆用的圆弧滑动稳泄讣算的公式形式基本一致，即以最下支点所在平而为基准而，坑外上覆上体等效为荷载，以最下支点至桩端的距离作为滑动半径，求取阻滑力矩和抗滑力矩的比值作为安全系数。
安全系数则是参照上海地区经验,将安全等级为一级、二级、三级的安全系数分别取不应小于2.2、1.9、1.7。
经对比，上海地区基坑规范所采用的最下支点抗隆起稳泄验算公式与2012版基坑规范存在一左的差异，其讣算公式具体如下：
（6.3.2-1）
（6.3-2-2）
MrjJr二Mi十SMkJq+弐.
j—1wr-1
（6.3.2-3）
+»Msl^+0M2
i-l5=1
M阴=J：
[（9血sina一yHA+旳；）sin2（ztan^+（©&+
yDsina—yHA4-yAg）cosOK.tanyi+a]D2da
（6.3.2-4）
Mrig=賤[（如+yDlina—yHx+加）d?
atan^k+（她+
yDzsina—^Ha+%o）cos'aK.tan』+ck]D2da
（&3.2-5）
（6.3.2—6）
K.=tan2（^/4一徃/2>
sin^An
一T-'」
（6.3.2-8）
（6.3.2—9）
（6.2.3-10）
其计算图示如下:
〈a）破坏面（b、脱寫体的力平術
图3上海基坑规范关于以最下层支点为轴心圆弧滑动稳定性验算图示
通过对2012版基坑规范和上海基坑规范的对比可知，二者的主要差异如下:
（1）滑动而法向应力计算方法不同
2012版基坑规范在计算抗滑力矩时，滑动而法向应力仅考虑上条自重（包括地表荷载）在滑动而的法向分力，不考虑上体侧压力在滑动而上的法向分力：
上海规范则同时考虑了上体自重及水平侧压力的法向分力，这对于提髙滑动而抗剪强度的有利的，从而使得计算所得的抗滑力矩更大，即2012版规范的计算结果相比上海规范更为保守。
同时，2012版基坑规范计算阻滑力矩时系通过滑动而法向应力乘以tan®得到，而未对产生的摩阻力按滑动面上体抗剪强度进行控制；而上海基坑规范则不同，系通过计算法向应力，并利用抗剪强度公式计算滑动面摩阻力，二者存在明显差异。
（2）考虑围护桩抗弯承载力与否
2012版基坑规范在讣算抗滑力矩时，未考虑用护桩的抗弯承载力对抗隆起稳立计算的贡献，而上海规范考虑墙体抗弯承载力对抗隆起稳定验算的有利作用，这也使得2012版基坑规范的计算结果比上海规范更为保守。
（3）滑动上体与囤护桩、外侧上体之间的摩阻力贡献
2012版基坑规范与上海基坑规范均未考虑最下道支撑以上滑动上体与羽护桩、外侧上体之间摩阻力的影响，二者是相同的，也间接说明了该圆弧滑动计算模式只是一种假设，是否适合抗隆起稳左验算仍有待商榷。
3.2工程实例分析
为了进一步验证2012版规范第4.2.5条规左在福建软土地区的适用性，本文针对表1中已施工完成的工程案例进行验算，具体结果如表3所示（具体上层分布情况详见表2）。
表3绕垠下道支撑抗隆起安全系数
编号
项目名称
基坑规模
嵌固深度/开挖深度
2012版规范
上海规范
是否满足2012版规范要求
未考他堆体抗弯承载力
考虑增体抗弯承载力
墙体抗弯承载力贡献百分比
1
海西商务大厦
四层地下室周长约270m
挖深18.65-22.45m
1.00
1.51
1.55
2.6%
1.85
否
2
世欧王庄C・a3、
C-a4地块
三层地下室周长约1200m挖深16.3~1&3m
0.86-1.59
1.81
1.83
1」％
2.22
否
3
厦门帝景苑一期
四层地下室基坑长度约780m挖深18.7-20.lm
0.50-0.87
1.57
1.61
2.5%
1.91
否
4
立洲集团总部大厦
三层地下室基坑长度约310m挖深
0.91-1.45
1.34
139
3.7%
1.61
否
5
福州琼河村旧屋区改造项
三层地下室基坑长度约310m
0.66
1.23
1.28
4.1%
1.54
否
li
（2#楼）
挖深15.5-17.2m
6
元庚公寓
地下三层开挖深度为
12.5-13.5m
周长240m
1.17-1.37
1.73
1.74
0.6%
2.04
否
7
福州拓福广场
地下二层深度约为12.8m周长约为650m
0.95
1.82
1.86
2.2%
2」2
否
8
禹州广场
地下三层深度约为14.3m周长约为145m
0.74
1.81
1.85
2.2%
2.06
否
9
福州八一七路•南街地下空间改造工程
地下三层深度15-17m周长约1200m
0.93
1.51
1.54
2.0%
1.89
否
10
福建邮政广场建设项目
地下二层深度约10.6m周长约600m
2」6
2.14
2」6
0.9%
2.51
否
11
马尾蓝液湾
二层地下室，基坑深度约为9.75m.
基坑周长约为
740m
1.21
1.05
1.08
2.9%
1.27
否
12
连江万星商业广场
二层地下室，基坑深度约为11m,基坑周长约为800m
1.02
1.70
1.75
2.9%
2.08
否
13
福州仓山万达广场
地下二层深度10.1m周长约1200m
1.43
1.65
1.69
2.4%
2.18
否
14
泉州晋江滨江商务区
地下二层深度9.4-11.6m周长约995m
1.05
1.69
1.78
53%
2」3
否
15
一品商务汇二期
地下二层深度10.6m周长约620m
1.02
1.66
1.73
4.2%
2」1
否
16
福州三迪•联邦大厦
地下三层深度14m周长约600m
1.01
1.04
3.0%
1.24
否
17
福州海西金融大厦
地下三层
深度13.6-15.0m周长约470m
0.64
1.20
1.25
4.2%
1.57
否
18
地诜1号线斗门站
地下二层周长约400m挖深16.30-18.20m
0.76
1.57
1.67
6.4%
1.93
否
19
地诜1号线树兜站
地下二层周长约586m挖深16.50
0.69
1.62
1.76
8.6%
1.89
否
由表3绕最下支点的抗隆起稳定安全系数验算结果可知，按2012版基坑规范进行讣算
时，其安全系数明显低于规范要求；即使在考虑了用护墙抗弯承载力仍难以满足要求。
采用上海基坑规范公式进行验算后，其所得抗隆起安全系数亦无法满足规范要求。
而在上述基坑施工过程中均未发生隆起稳左破坏，均可较为有效地保证基坑及周边环境的保护，这表明2012版规范以及上海规范关于绕最下支点的抗隆起稳左验算规定在福建地区是不适用的。
同时，根据表3中墙体抗弯承载力对抗隆起稳定安全系数的贡献比例可知，墙体抗弯承载力对于提髙抗隆起安全系数的贡献十分有限，贡献比例基本在5%以内，最大贡献比例也亦不大于10%,此时即便增大围护桩的嵌固深度，但墙体嵌固端抗弯承载力的贡献仍十分有限，圆弧滑动而深度是否通过桩端或切桩滑动并无法判断。
因此，试图通过增大围护桩嵌固深度来实现抗隆起稳立安全显然是不科学的，这也进一步表明绕最下支点的抗隆起稳泄计算模式是不适用于抗隆起稳立验算的。
基于地区工程实践经验的积累，自JGJ120-2012实施以来，福建地区工程界针对绕最下支点的抗隆起稳左验算所存在的问题已逐渐形成共识，在软上深基坑支护设讣过程中，对该条文规定进行规避，而以其他稳定il•算要求来控制I羽护桩的嵌固深度，到目前为止未发生一例隆起稳定破坏事故。
因此，这也进一步说明利用绕最下支点的抗隆起稳定验算进行嵌固深度的验算在福建地区是不适用的。
33绕最下支点的抗隆起滑动面确定的疑点分析
绕最下支点抗隆起稳左验算的滑动而均系假设以最下支点为圆心,桩端至最下支点距离为半径进行讣算。
当抗隆起安全系数无法满足规范要求时，应加大围护桩的嵌固深度，加大圆弧滑动的半径，以满足规范的抗隆起安全系数的要求。
然而，大量工程实践结果表明，围护桩所能提供的抗滑力矩占总的抗滑力矩比例较小，甚至可忽略不计，这表明当囤护桩对抗隆起稳定贡献较小时，通过加大桩长、增大嵌固深度以满足抗隆起稳左验算要求的思路及计算模式是有待商榷的。
如图4所示，当该基坑绕最下支点抗隆起稳左验算结果无法满足要求时，根据规范假设的滑动而计算模式（滑动面通过桩端），仅通过增大国护桩的嵌固深度即可最终达到抗隆起稳泄要求。
然而，当围护桩对抗滑力矩贡献很小时，真正滑动而是否仍通过桩端滑动，而非从桩身切断而发生滑动破坏仍不得而知，在桩体抗弯承载力贡献极小的情况下发生切桩破坏的可能是存在的，是有待进一步深入研究的。
3.4墙体抗弯承载
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