10.5-基坑稳定性分析

10.5基坑的稳定性分析基坑工程的稳定性主要表现为以下几种形式：(1)整体稳定性；(2)倾覆及滑移稳定性；(3)基坑底隆起稳定性；(4)渗流稳定性。1.整体稳定性验算大量工程实践经验表明，整体稳定破坏大体是以圆弧滑动破坏面的形式出现，条分法是整体稳定分析最常使用的方法。最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求：MR/MS≥1.25~1.35式中：MR——抗滑力矩MS——滑动力矩。对无支护结构的基坑，验算方法见土力学教材。对有支护结构的基坑，需计算圆弧切桩与圆弧通过桩尖时的基坑整体稳定性，圆弧切桩时需考虑切桩阻力产生的抗滑作用，即每延米中桩产生的抗滑力矩Mp。有支护结构的基坑整体稳定性验算cpaP2cosiiMhKKMRdd（）(2-43)式中：Mp——每延米中的桩产生的抗滑力矩(kN·m/m)；i——桩与滑弧切点至圆心连线与垂线的夹角；Mc——每根桩身的抗弯弯矩(kN·m/单桩)；hi——切桩滑弧面至坡面的深度(m)；γ——hi范围内土的重度(kN/m3)；Kp、Ka——土的被动与主动土压力系数；d——桩径(m)；Δd——两桩间的净距(m)。对于地下连续墙、重力式支护结构d+Δd＝1.0m。2.倾覆及滑移稳定性验算重力式支护结构的倾覆和滑移稳定性验算的计算简图如图所示:重力式支护结构倾覆及滑移稳定验算计算简图ppaaa/2EbWBKEb(2-44)式中：Ka——抗倾覆安全系数，Ka≥1.3；ba——主动土压力合力点至墙底的距离(m)；bp——被动土压力合力点至墙底的距离(m)；W——重力式支护体的重力(kN/m)；B——重力式支护体的宽度(m)；Ea——主动土压力(kN/m)；Ep——被动土压力(kN/m)。抗滑移稳定性按下式验算：式中：Kh——抗滑移安全系数，Kh≥1.2；——墙底与土之间的摩擦系数，当无试验资料时，可取：对淤泥质土＝0.2～0.50，黏性土＝0.25～0.4，砂土＝0.4～0.50。PhaWWKE(2-45)桩墙式悬臂支护结构的水平推移和抗整体倾覆稳定验算应满足下列条件，如图2.18所示。ppaaEbEb1.3≥(2-46)paEE1.2(2-47)≥式中：Ep、bp——分别为被动侧土压力的合力及合力对支护结构底端的力臂；Ea、ba——分别为主动侧土压力的合力及合力对支护结构底端的力臂。杭州地铁1号线基坑内发生土体滑移2009年1月26日18时20分左右，杭州地铁1号线凤起路站基坑内发生土体纵向滑移事故，没有造成人员伤亡。事故发生后，现场立即启动了应急预案，采取了一系列应急抢险措施：补设钢支撑，确保基坑安全；加强对基坑和周边建筑物的监测；北面土体滑移面的顶部适当进行卸载；调整公交延安路(凤起路-庆春路段)交通；进一步优化凤起路站的支撑体系以加强安全性等。上海万达广场工地基坑外侧土方滑移发生坍塌的是宝山万达广场工地北面，近一二八纪念路一侧的围墙。3.基坑底隆起稳定性验算对饱和软黏土，抗隆起稳定性的验算是基坑设计的一个主要内容。基坑底土隆起，将会导致支护桩后地面下沉，影响环境安全和正常使用。隆起稳定性验算的方法很多。可按地基规范推荐的以下条件进行验算：基坑底隆起稳定性验算0cNthtq（）≥1.6式中：Nc——承载力系数，条形基础时Nc=5.14；τ0——抗剪强度，由十字板试验或三轴不固结不排水试验确定(kPa)；γ——土的重度(kN/m3)；t——支护结构嵌固深度(m)；h——基坑开挖深度(m)；q——地面荷载(kPa)。以上公式依据Terzaghi地基承载力公式而来：pu=γtNq+cNc+1/2γbNγ，=0时，Nc=5.14，Nq=1，Nγ=0。案例基底隆起1．现象基坑宽10m，长超过200m，挖深9.5～10.5m，地下连续墙80cm厚，深20m，两道钢筋混凝土支撑，地面下20m范围内为饱和流塑状灰色淤泥，内摩擦角φ=11.5，粘聚力为12kPa。挖土到设计标高时，地下连续墙12幅(单元)发生整体滑移，基坑地面隆起，第二道支撑大部分剪断，第一道支撑拉脱跌落，基坑支护破坏。坑外滑塌区很大，地面下沉最大4m，附近民房受到损害。2．原因分析勘察单位建议用于稳定分析的c值为13kPa，φ值为6.5kPa，经重新勘察，分析结果稳定系数K为0.74，认为造成事故的主要原因是土体失稳，被动土区提供的被动抗力不足。3．防治措施提高基坑底面的稳定性(包括坑底隆起、管涌、抗渗等)采用的方法，一是加深嵌固深度，二是加强坑底土的强度。该工程以加强坑底土的强度较为合适(以深层搅拌水泥土加固)。实践说明用这种方法比加深嵌固深度较为经济。4.渗流稳定性验算1)流土(或流砂)稳定性验算渗流力(或动水压力)可由流网计算，也可按以下简化方法计算流土(或流砂)稳定性验算试验证明，流土(或流砂)首先发生在离坑壁大约为挡土结构嵌入深度一半的范围内(hd/2)，近似地按紧贴挡土结构的最短路线来计算最大渗流力，则渗流力(或动水压力)j为wd2hjhh(2-51)式中：h——坑内外水头差(m)；hd——挡土结构入土深(m)；γw——水的重度(kN/m3)。上式表明了要避免发生流土(或流砂)的挡土结构最小嵌入深度。2)突涌稳定性验算按下式验算，如图2.22所示突涌稳定性验算mwttP（）≥1.1式中：γm——透水层以上土的饱和重度(kN/m3)；t+Δt——透水层顶面距基坑底面的深度(m)；Pw——含水层水压力(kPa)。