关于深基坑工程的稳定问题

2023/2/51深基坑工程的稳定问题中国建筑科学研究院

钱力航2011年6月宁波深基坑的问题主要是稳定问题

国家标准《建筑地基基础术语标准》（送审稿）对地基稳定性的定义：2.0.8地基稳定性stabilityofsubsoil地基在荷载作用下不发生滑动和过大变形的性质。

对基坑工程来说，就是基坑不要垮掉，也不要产生过大变形。

2023/2/52

一

目前保证深基坑稳定的难度很大

1开挖深度大基坑开挖深度迅速增大。最深的已达40m左右，如上海地铁四号线修复工程深基坑开挖深度接近41m。天津117大厦基坑最大开挖深度35m左右。全国大城市中20~30m深的基坑已属平常。2023/2/532基坑面积大，有的已形成基坑群

如天津站交通枢纽工程是京津城际高速铁路、地铁2、3、9号线、津秦客运专线及原天津站普速铁路的超大型换乘枢纽。地下工程总面积19万平方米，占地面积约5万平方米，基坑边长达到500多米。地下工程一般三层，部分四层，最大开挖深度达33.5m。2023/2/54

又如上海虹桥综合交通枢纽工程，包括一个新的航站楼、10条磁悬浮列车的站台、30条城际及高速列车的站台、一个能容5条线路的地铁站以及一个新的城际巴士总站。其中地下空间的总面积达到了20余万平米，是继天津站交通枢纽工程之后，又一个在软土地区的超大地下工程。2023/2/55

3环境复杂，施工难度大我国地下工程、超高层建筑等涉及的深基坑工程，往往集中在城市建筑物、道路及地下设施密集的区域，场地狭小、周围环境对基坑工程的限制严格，不仅施工难度大，保证基坑稳定的难度也很大，一旦出现事故影响很大，后果严重。2023/2/56

4地质条件复杂

由于经济发展的原因，我国深基坑工程又多在沿海地区，而沿海又多为软土地区，软土地区的深基坑工程设计施工的难度就更大。2023/2/572023/2/582023/2/58二深基坑坍塌事故实例

2008年11月15日15点左右，杭州萧山区风情大道地铁施工工地发大面积地面塌陷事故，21人遇难……

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上海轨道交通4号线浦东南路至南浦大桥区间隧道工程事故

2003年7月1日2023/2/5162023/2/516

2003年7月1日凌晨4时许，上海轨道交通4号线——浦东南路至南浦大桥区间越江隧道，上、下行隧道的联络通道施工时,大量流沙涌入隧道，隧道部分塌陷，地面也随之出现以风井为中心的“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珠海祖国广场

基坑坍塌事故根据深圳市勘察测绘院有限公司勘察大师张旷成资料2023/2/5232023/2/523

1998年5月6日下午，广东省珠海市拱北祖国广场工地发生一起特大基坑坍塌事故。事故造成5人在撤离现场时受轻伤，3栋民房、37间商铺和1间员工饭堂倒塌陷入坑中，10栋民房和附近道路、排污、供水、供电设施受到不同程度影响，经认真核算，直接经济损失为1377.6万元。

2023/2/5242023/2/5242023/2/5252023/2/5252023/2/5262023/2/5262023/2/5272023/2/527青海西宁佳豪广场４号楼基坑边坡坍塌事故

2009年3月19日13时３５分，位于青海省西宁市商业巷南市场的佳豪广场４号楼施工现场发生坍塌事故，基坑东侧边坡坍塌的约20m,高度约7m,厚度约2m。８人遇难。

2023/2/5282023/2/528

基

坑

深

度

14m2023/2/5292023/2/5292023/2/5302023/2/530土钉支护基坑工程事故清华大学郭红仙教授汇集和分析的资料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土钉支护事故原因小结2023/2/5372023/2/537其它重大基坑安全事故2005年7月，深圳地铁1号线续建工程段，在世界之窗-白石洲区间施工工地发生塌方，施工过程中，由于不断开挖，地下水渐渐渗出，使周围土壁不堪承重，造成塌方。2009年5月28日南京地铁二号线茶亭站发生事故，现场滑坡土方约五百立方米，造成二人失踪。2023/2/5382023/2/5382006年6月27日，北京地铁十号线3标段发生坍塌，两名工人被掩埋身亡。同条线路，2007年3月30日，苏州街和海淀南路的交叉路口东侧坍塌，六名工人被埋。2023/2/5392023/2/5392005年7月21日，广州海珠区江南大道与江南西路十字路口的海珠城广场工程深基坑坍塌，2人死亡1人失踪。三深基坑失稳（坍塌）原因

分析很多深基坑坍塌事故的原因，可以看出，原因往往是综合性的。有设计不合理的原因，同时又有施工违规的原因，也有监理、监测不到位的问题。在多个因素作用下，基坑就垮掉了。所以一旦发生事故，责任很难追究，因为事故的原因本来就不是单一的。2023/2/5402023/2/5412023/2/541

1设计原因

1）理论有缺陷

如珠海祖国广场，采用的逆作钢筋混凝土墙支护体系，不考虑嵌固深度！

2）计算不准确如上海轨道交通4号线事故，在采用冻结法时将温度由-10C°提高到-8C°，减少了冻结管数量。

3）勘察工作不细

地质资料和地下水状况不完全影响到整个支护设计方案的正确性。也影响到具体计算参数的选取和地下水的控制。2施工1）最常见的是不遵守规定的施工程序，超挖、提前拆支撑等；2）施工质量差…3）偷工减料………

2023/2/542

3监理、监测监理、监测不到位,如杭州地铁等多起事故对基坑在坍塌前的先兆没有引起注意，没有发出警报。2023/2/543四如何保证深基坑工程的稳定性

由于深基坑坍塌事故的原因是综合性的，所以保证基坑稳定性的措施也应该是全面的。应贯穿基坑工程勘察、设计、施工、监测的全过程。也应贯穿降水、支护结构施工、土方开挖、使用、支撑拆除及地下水位回复等各个环节。2023/2/5442023/2/545

关个整个支护体系的稳定性及验算，我想说明的是，除了常规的支护结构的力学分析外，尚应注意下面几项验算：

1支护结构嵌固稳定性①

2支护结构整体滑动稳定性②

3基坑底部抗隆起稳定性③

4底部渗透稳定性④

1支护结构嵌固稳定性①4.2.1

悬臂式支挡结构的嵌固深度应符合下列嵌固稳定性的要求（图4.2.1）(是对桩底取矩)

（4.2.1）式中Kem──嵌固稳定安全系数；安全等级为一级、二级、三级的悬臂式支挡结构，

Kem分别不应小于1.25、1.2、1.15；Eak、Epk──基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力（合力）的标准值；za、zp──基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力（合力）至挡土构件底端的距离；2023/2/5462023/2/5474.2.2

单层锚杆和单层支撑的支挡式结构的嵌固深度应符合下列嵌固稳定性的要求（图4.2.2）：【与式（4.3.1）形式相同，是对支点取矩】

（4.2.2）

式中Kem──嵌固稳定安全系数；安全等级为一级、二级、三级的锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，

Kem分别不应小于1.25、1.2、1.15；za、zp──基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力至支点的距离。

2023/2/548图4.2.2单支点锚拉式结构和支撑式结构嵌固稳定性验算2023/2/549支护体系的稳定性及验算1支护结构嵌固稳定性①

2支护结构整体滑动稳定性②

3基坑底部抗隆起稳定性③

4基坑底部渗透流稳定性④

2023/2/5504.2.3

锚拉式、悬臂式和双排桩支挡结构应按下列规定进行整体稳定性验算：

锚拉式支挡结构的整体稳定性可采用圆弧滑动条分法进行验算；（图4.2.3）当挡土构件底端以下存在软弱下卧土层时，整体稳定性验算滑动面中尚应包括由圆弧与软弱土层层面组成的复合滑动面。

详见行业标准《建筑基坑支护技术规范》JGJ1202023/2/5512023/2/552支护体系的稳定性及验算1支护结构嵌固稳定性①

2支护结构整体滑动稳定性②

3基坑底部抗隆起稳定性③

4基坑底部渗透稳定性④2023/2/5534.2.4

锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，其嵌固深度应满足坑底隆起稳定性要求，抗隆起稳定性可按下列公式验算（图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挡土构件底端平面下土的抗隆起稳定性验算2023/2/5552023/2/556当挡土构件底面以下有软弱下卧层时，挡土构件底面土的抗隆起稳定性验算的部位尚应包括软弱下卧层，公式(4.2.4-1)中的γm1、γm2应取软弱下卧层顶面以上土的重度图(4.2.4-1)，D应取基坑底面至软弱下卧层顶面的土层厚度。

悬臂式支挡结构可不进行抗隆起稳定性验算。2023/2/5572023/2/558图4.2.4-2软弱下卧层的抗隆起稳定性验算

4.2.5

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4.2.5所示的以最下层支点为转动轴心的圆弧滑动模式按下列公式验算抗隆起稳定性：

(4.2.5)2023/2/5592023/2/5602023/2/561图4.2.5以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性验算图4.2.5以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性验算4.2.7挡土构件的嵌固深度除应满足本规程第4.2.1～4.2.6条的规定外，对悬臂式结构，尚不宜小于0.8h；对单支点支挡式结构，尚不宜小于0.3h；对多支点支挡式结构，尚不宜小于0.2h；此处，h为基坑深度。?2023/2/562支护体系的稳定性及验算1支护结构嵌固稳定性①

2支护结构整体滑动稳定性②

3基坑底部抗隆起稳定性③

4基坑底部渗透稳定性④2023/2/5634.2.6

基坑采用悬挂式截水帷幕或坑底以下存在水头高于坑底的承压含水层时，应按本规程附录C的规定进行地下水渗透稳定性验算。附录C渗透稳定性验算C.0.1

坑底以下有水头高于坑底的承压水含水层，且未用截水帷幕隔断其基坑内外的水力联系时，承压水作用下的坑底突涌稳定性应符合下式规定（图C.0.1）：（C.0.1）2023/2/564(C.0.1)中：Kse1──突涌稳定性安全系数；Kse1不应小于1.1；

D──承压含水层顶面至坑底的土层厚度(m)；γ──承压含水层顶面至坑底土层的天然重度(kN/m3)；对成层土，取按土层厚度加权的平均天然重度；Δh──基坑内外的水头差(m)；γw──水的重度(kN/m3)。2023/2/565图C.0.1坑底土体的突涌稳定性验算1－截水帷幕；2－基底；3－承压水测管水位；4－承压水含水层；5－隔水层2023/2/566C.0.2

悬挂式截水帷幕底端位于碎石土、砂土或粉土含水层时，对均质含水层，地下水渗流的流土稳定性应符合下式规定（图C.0.2）：(C.0.2)对渗透系数不同的非均质含水层，宜采用数值方法进行渗流稳定性分析。2023/2/567式中：

Kse2──流土稳定性安全系数；安全等级为一、二、三级的支护结构，Kse2分别不应小于1.6、1.5、1.4；D──截水帷幕底面至坑底的土层厚度(m)；D1──潜水水面或承压水含水层顶面至基坑底面的

土层厚度(m)；γ＇──土的浮重度(kN/m3)；Δh──基坑内外的水头差(m)；γw──水的重度(kN/m3)。2023/2/568(a)潜水

(b)承压水图C.0.2采用悬挂式帷幕截水时的流土稳定性验算1－截水帷幕；2－基坑底面；3－含水层；4－潜水水位；5-承压水测管水位；

6－承压含水层顶面2023/2/569

清华大学李广信教授：流土

soilflow亦称突涌（heaving）。在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体隆起或者土颗粒同时发生悬浮、移动的现象。

中国建筑科学研究院杨斌研究员：

突涌是流土的特例，渗流作用可忽略。

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C.0.3坑底以下为级配不连续的不均匀砂土、碎石土含水层时，应进行土的管涌可能性判别。

管涌:当地下水位高于基坑底面且基坑底面以下的土为疏松砂土时，地下水产生向上的渗透水压，如果这种水压产生的动水坡度超过砂土层的极限动水坡度时，基坑底面就会失去稳定，砂土向上涌入基坑，这种现象称为管涌。如图所示。2023/2/5712023/2/572基坑管涌示意图

基坑抗管涌稳定性应符合下列规定：Ksi<ic式中Ks—

安全系数，可取1.5~2.0;

i—

动水坡度,i=hw/L

ic—极限动水坡度,