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

1前言

软土地区基坑抗隆起稳定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，基坑抗隆起稳定验算的方法较多，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，基坑抗隆起稳定验算采用基于Prandtl地基承载力模式进行围护墙底抗隆起稳定验算；同时，当嵌固段存在软土时，则还需进行绕最下道支点的圆弧滑动稳定验算。

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定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定验算及绕最下道支点的圆弧滑动稳定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，围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，其余稳定验算（包括抗隆起稳定验算、抗倾覆稳定验算及抗踢脚稳定验算等）均不作为规定的验算内容，即基坑稳定性验算按圆弧滑动整体稳定性验算进行控制。

鉴于福建软土地基的特殊性，福建地区基坑稳定性验算除了进行整体稳定验算外，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，具体包括围护桩底部抗隆起稳定性及软弱下卧层顶面处的抗隆起稳定性验算，其计算公式主要参照Prandtl地基承载力计算公式，计算图示如图1所示。

（a）软弱下卧层的抗隆起稳定性验算（5）挡土构件底端平面下土的抗隆起稳定性验算

图1墙底抗隆起稳定性验算图示

根据Prandtl公式，抗隆起安全系数为：

其中，

，

。

福建省地方标准规定抗隆起安全系数Fs≥1.15

（

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别为1.15、1.21、1.27。

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，围护桩底部抗隆起稳定性及软弱下卧层顶面处的抗隆起稳定性验算均可满足要求。

因此，在满足行业标准和地方标准规定的基础上，即可满足福建软土地区基坑安全要求。

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1.4~1.8（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），显著高于福建地方标准的规范要求。

通过查阅不同行业标准及地方标准可以发现，关于墙底抗隆起稳定计算内容，不同地区的地方标准均有类似的规定，计算方法基本是以Prandtl地基承载力计算公式为基础，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定的安全系数最高，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《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2012）

1.6

行标《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

1.8

1.6

1.4

冶金部《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）

1.10~1.25

上海《基坑工程技术规范》

（DGTJ08-61-2010）

2.5

2.0

1.7

北京《建筑基坑支护技术规程》（DB11/489-2007）

1.6

福建《建筑地基基础技术规范》（DBJ13-07-2006）

1.27

1.21

1.15

深圳市《基坑支护技术规范》（SJG05-2011）

1.2

浙江《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1096-2014）

1.8

1.6

1.4

天津市《建筑基坑工程技术规程》（DB29-202-2010）

1.4

湖北《基坑工程技术规程》（DB42/T159-2012）

1.8

《合肥市深基坑开挖与支护技术实施细则》

2.0

由此可见，尽管墙底抗隆起稳定验算计算公式是统一的（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定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定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）的墙底抗隆起稳定安全系数及整体稳定安全系数，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典型工程墙底抗隆起稳定验算

编

号

项目名称

基坑规模

支护方式

开挖段土层

嵌固段土层

嵌固深度/开挖深度

墙底抗隆起安全系数

整体稳定安全系数

是否满足JGJ120

-2012要求

海西商务大厦

四层地下室

周长约270m

挖深18.65~22.45m

排桩+4道钢筋砼内支撑

①杂填土

②淤泥

③粉质粘土

④砾砂

⑤淤泥质土

⑥卵石

⑦淤泥质土

⑧粉质粘土

⑨粗砂

⑩卵石

1.00

10.72

1.41

是

世欧王庄C-a3、

C-a4地块

三层地下室

周长约1200m

挖深16.3~18.3m

排桩+3道钢筋砼内支撑

①杂填土

②粉质粘土

③淤泥

③-1中砂夹淤泥

③淤泥

③-1中砂夹淤泥

④粉质粘土

⑤中砂

⑥淤泥质土

0.86-1.59

2.30

1.69

是

厦门帝景苑一期

四层地下室

基坑长度约780m

挖深18.7~20.1m

排桩+3道钢筋水平内支撑（局部+1道钢管斜撑）

①填土

②淤泥

③1粉质粘土

③2中粗砂

④淤泥质土

④1中粗砂

⑤残积砂质粘性土

⑥全风化花岗岩

0.50-0.87

4.48

1.51

是

立洲集团总部大厦

三层地下室

基坑长度约310m

挖深11~13m

灌注桩+2道钢筋砼内支撑

①杂填土

③淤泥

④圆砾

⑤粉质粘土

0.91-1.45

2.71

1.25

是

福州琼河村旧屋区改造项目

（2#楼）

三层地下室

基坑长度约310m

挖深15.5~17.2m

灌注桩+2道钢筋砼内支撑

①杂填土

②粉质粘土Ⅰ

③淤泥

③-1中砂

④粉质粘土Ⅱ

⑤淤泥质土

0.66

1.85

1.13

是

元庚公寓

地下三层

开挖深度为12.5-13.5m

周长240m

灌注桩+2道钢筋砼内支撑

①杂填土

②粉质粘土

③淤泥

④粉质粘土

⑤淤泥质土

⑥粉质粘土

1.17-1.37

4.06

1.66

是

福州拓福广场

地下二层

深度约为12.8m

周长约为650m

灌注桩/SMW工法桩+2道钢筋砼内支撑

①杂填土

②粉质粘土

③淤泥

④中砂

⑤-1淤泥

⑤-2粉质粘土

⑥中砂

⑦粉质粘土

⑧中砂

0.95

9.21

1.72

是

禹州广场

地下三层

深度约为14.3m

周长约为145m

灌注桩+3层主体结构楼板（逆作法）

①杂填土

②淤泥

③粉质粘土

③-1中砂

④残积砂质粘性土

0.74

4.98

1.63

是

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

地连墙+1道混凝土撑+2道钢管撑

①1杂填土

②粉质黏土

③1淤泥

④粉质黏土

⑤1淤泥质土

⑦粉质黏土

⑦j中砂

⑧3淤泥质土

⑩黏土

⑩j中砂

⑪1淤泥质土

⑬b残积砂质黏土

⑬c残积砾质黏土

0.93

2.45

1.41

是

福建邮政广场建设项目

地下二层

深度约10.6m

周长约600m

灌注桩+2道钢筋砼内支撑

①杂填土

②粉质粘土

②-1淤泥

②-2粉质粘土

②-3淤泥质粘土

③圆砾

2.16

12.44

2.03

是

马尾蓝波湾

二层地下室，基坑深度约为9.75m，基坑周长约为740m

SMW工法桩+2道预应力锚索

①素填土

②淤泥质土夹砂

③中砂夹淤泥

④淤泥质土夹砂

1.21

7.09

1.51

是

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

SMW工法桩+2道预应力锚杆

①粉质粘土

②淤泥

③中砂

④淤泥质土

⑤中砂

1.02

5.26

1.69

是

福州仓山万达广场

地下二层

深度10.1m

周长约1200m

SMW工法桩+2道预应力锚杆

①素填土

②淤泥质土夹砂

③中砂夹淤泥

④淤泥质土夹砂

1.43

7.09

1.51

是

泉州晋江滨江商务区

地下二层

深度9.4-11.6m

周长约995m

SMW工法桩+2道预应力锚杆

①杂填土

②淤泥

③粉砂

④淤泥质土

⑤粉质粘土

1.05

3.48

1.43

是

一品商务汇二期

地下二层

深度10.6m

周长约620m

SMW工法桩+2道预应力锚杆

①杂填土

②粉质粘土

③淤泥

④细砂

④1淤泥夹砂

1.02

5.30

1.64

是

福州三迪•联邦大厦

地下三层

深度14m

周长约600m

SMW工法桩+2道钢筋砼内支撑

①杂填土

②粉质粘土

③中细砂

④淤泥质土

④-1粉砂

⑤中细砂

⑥淤泥质土

⑦中粗砂

⑧粉质粘土

⑧-1中细砂

⑨中砂

⑩淤泥质土

⑩-1中砂

⑾粉质粘土

1.14

1.89

1.00

是

福州海西金融大厦

地下三层

深度13.6~15.0m

周长约470m

SMW工法桩+1道钢筋砼内支撑+1道预应力锚杆

①杂填土

②粘土

③淤泥

③1粉土

④中砂

⑤淤泥质土

0.64

1.57

1.22

否

地铁1号线斗门站

地下二层、周长约400m

挖深16.30~18.20m

地连墙+4道支撑

①杂填土

②黏土

③淤泥

④粉质粘土

⑬残积土

⑭全风化岩

0.76

3.44

1.38

是

地铁1号线树兜站

地下二层

周长约586m

挖深16.50~18.10m

地连墙+4道支撑

①人工填土

②淤泥

③粉质粘土

④粗砂

⑤淤泥质土

⑥碎卵石

0.69

14.33

1.35

是

由表2计算结果可知，仅个别项目的墙底抗隆起稳定安全系数不满足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，针对不同桩端土层，墙体抗隆起安全系数的数值大小变化范围很大，其主要原因在于墙底抗隆起稳定验算公式是基于支护墙体底面为基准面的地基承载力推导得到的，其安全系数的大小主要取决于墙体底面以下土体的承载力，与墙底土质情况关联紧密，抗隆起安全系数计算结果易因墙底土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个项目整体稳定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围均较为集中，这表明采用整体稳定验算模式作为基坑稳定验算的主控方式是较为可靠的，也在一定程度上说明在JGJ120-99版规范实施期间采用整体稳定性作为基坑稳定安全的主要验算指标是较为合理的。

1.3小结

根据上述的分析可知，尽管墙底抗隆起稳定验算计算公式基本统一，但不同地区或不同标准的安全系数取值却存在明显差异，其原因应归结于各个地区土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定安全系数的取值较难以统一，值得商议。

另一方面，由于墙底抗隆起稳定验算公式是基于支护墙体底面为基准面的地基承载力推导得到的，其安全系数的大小与墙底土质情况紧密相关，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），而采用整体稳定性作为基坑稳定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》（JGJ120-2012）针对基坑抗隆起稳定验算模式增加了第4.2.5条规定，具体如下：

锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，当坑底以下为软土时，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定性：

图22012版规范关于最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性验算图示

计算公式如下：

上述公式的形式与整体稳定性验算所采用的圆弧滑动稳定计算的公式形式基本一致，即以最下支点所在平面为基准面，坑外上覆土体等效为荷载，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定验算公式与2012版基坑规范存在一定的差异，其计算公式具体如下：

其计算图示如下：

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）滑动面法向应力计算方法不同

2012版基坑规范在计算抗滑力矩时，滑动面法向应力仅考虑土条自重（包括地表荷载）在滑动面的法向分力，不考虑土体侧压力在滑动面上的法向分力；上海规范则同时考虑了土体自重及水平侧压力的法向分力，这对于提高滑动面抗剪强度的有利的，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面法向应力乘以tanφ得到，而未对产生的摩阻力按滑动面土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版基坑规范在计算抗滑力矩时，未考虑围护桩的抗弯承载力对抗隆起稳定计算的贡献，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）滑动土体与围护桩、外侧土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土体与围护桩、外侧土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，是否适合抗隆起稳定验算仍有待商榷。

3.2工程实例分析

为了进一步验证2012版规范第4.2.5条规定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（具体土层分布情况详见表2）。

表3绕最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

未考虑墙体抗弯承载力

考虑墙体抗弯承载力

墙体抗弯承载力贡献百分比

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

世欧王庄C-a3、

C-a4地块

三层地下室

周长约1200m

挖深16.3~18.3m

0.86-1.59

1.81

1.83

1.1%

2.22

否

厦门帝景苑

一期

四层地下室

基坑长度约780m

挖深18.7~20.1m

0.50-0.87

1.57

1.61

2.5%

1.91

否

立洲集团总部大厦

三层地下室

基坑长度约310m

挖深11~13m

0.91-1.45

1.34

1.39

3.7%

1.61

否

福州琼河村

旧屋区改造项目

（2#楼）

三层地下室

基坑长度约310m

挖深15.5~17.2m

0.66

1.23

1.28

4.1%

1.54

否

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

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%

2.12

否

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

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

福建邮政广场建设项目

地下二层

深度约10.6m

周长约600m

2.16

2.14

2.16

0.9%

2.51

否

马尾蓝波湾

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

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

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

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

5.3%

2.13

否

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%

2.11

否

福州三迪•联邦大厦

地下三层

深度14m

周长约600m

1.14

1.01

1.04

3.0%

1.24

否

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

地铁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

地铁1号线树兜站

地下二层

周长约586m

挖深16.50~18.10m

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版基坑规范进行计算时，其安全系数明显低于规范要求；即使在考虑了围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定破坏，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定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高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，圆弧滑动面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定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定计算模式是不适用于抗隆起稳定验算的。

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定验算所存在的问题已逐渐形成共识，在软土深基坑支护设计过程中，对该条文规定进行规避，而以其他稳定计算要求来控制围护桩的嵌固深度，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。

3.3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定验算的滑动面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计算。

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，这表明当围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定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定验算结果无法满足要求时，根据规范假设的滑动面计算模式（滑动面通过桩端），仅通过增大围护桩的嵌固深度即可最终达到抗隆起稳定要求。

然而，当围护桩对抗滑力矩贡献很小时，真正滑动面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。

图4绕最下支点的隆起滑动面示意图

3.4墙体抗弯承载力对抗隆起稳定的贡献

为了进一步了解围护桩的抗弯承载力在抗隆起稳定计算中的贡献大小与围护桩的嵌固深度有关，本文选取3组典型软土场地多道支撑的计算案例进行分析，计算案例具体参数如下：

（1）开挖深度H分别取10m、15m和20m，分别设置2道、3道和4道，各层支撑的竖向间距为5m；

（2）嵌固深度D分别取1.0H、1.5H、2.0H和2.5H；

（3）土层选择福州典型淤泥地层，粘聚力c取10kPa，内摩擦角Ф取8°。

针对不同的开挖深度，考虑墙体抗弯承载力与否两种情况下的抗隆起安全系数比值如图5所示。

图5是否考虑墙体抗弯承载力对抗隆起安全系数的影响

由图5可知，针对3组不同的开挖深度均呈现相同的变化规律，具体如下：

（1）当嵌固深度D较小（相应地圆弧滑动半径小）时，围护墙的抗弯承载力对提高抗隆起安全系数贡献最大，围护桩抗弯承载力的贡献可达26.7%（见图5H=10m的情况）；但随着嵌固深度的增加，其贡献程度逐渐减小，当嵌固深度D达到2.5H时，围护桩抗弯承载力的贡献基本趋于零（见图H=20m的情况）。

主要原因在于：

随着嵌固深度的增大，圆弧滑动的半径逐渐增大，此时滑动面的抗滑力矩及阻滑力矩均随着滑动面半径的增大而增大；然而墙体的抗弯承载力随嵌固深度的增大并不会显著增加，使得其抗弯承载力在安全系数计算中的贡献逐渐减小，并逐渐趋于零，这表明当嵌固深度较大时，墙体抗弯承载力对抗隆起稳定安全系数的提高基本无贡献。

（2）随着开挖深度的增大，围护桩的抗弯承载力贡献逐渐减小。

主要原因亦在于：

随着开挖深度的增大，围护桩的嵌固深度亦逐渐增大，圆弧滑动的半径逐渐增大，此时滑动面的抗滑力矩及阻滑力矩均随着滑动面半径的增大而增大；尽管围护墙体的抗弯承载力亦随着开挖深度的增大而增大，但其增大的幅度远远小于滑动面力矩的增大幅度，使得其墙身抗弯承载力的贡

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