基坑规范的讨论

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.强度指标3.采用什么重度4.应力路径与水土合算5.荷载还是抗力6.安全系数与分项系数7.水土合算8.复合土钉墙9.流土与突涌10.结论意见讨论涉及的主要规范《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011—“地基规范”《建筑基坑支护技术规程》

JGJ120-2012—“基坑规程”上海市工程建设规范《基坑工程技术规范》DG/TJ08-61-2010—“上海规范”《深圳市基坑支护技术规范》DBSJG05-2011—“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；以下的意见供同行们批评指正！基坑工程的特点1.它所支挡的是原状土，原状土存在着结构强度；在非饱和状态下有更强的吸力，与重塑土相比，原状土抗剪强度较高;2.天然土层在空间的变化很大，勘察不可能完全准确地给出土层分布及各土层的特性指标。特点3.是地下水的分布与赋存形式复杂，时空变化大。呈多层分布，滞水、潜水、层间潜水和承压水通常交错分布，并且各层地下水之间实际上有水力联系。4.由于支挡结构一般不是刚性的，除整体的移动外，还伴随着结构物本身的变形，土压力与挡土结构变形之间的这种耦合使问题进一步复杂化，完全主动与被动的土压力通常很难达到。5.其施工和设置程序不同于一般挡土墙。通常是先在地面钻孔或掏槽后灌注混凝土支护桩或者连续墙，随后逐段向下开挖，逐段支撑（或锚固）；或者先开挖，随后逐段支护，如土钉墙施工；这就使地基土的应力路径完全不同于一般的地基和土工建筑物。6..施工过程涉及到一个时空效应问题，设计中必须满足全过程的任一阶段的安全，支护结构的每一个断面都必须能够承担全过程中的最大荷载，亦即要按过程的最大荷载包络线设计，而不是挖到坑底时的状态设计。7.与地基与其他土工构造物相比，基坑的三维效应更为突出。通常平面上两个尺度相差不大，与平面应变问题的差别较大。另外，基坑平面的凸、凹、阳角及几何与荷载的不对称等使问题复杂化。杭州地铁基坑事故：两点疑问目前的规范标准并不统一；规范标准本身是否合理，是否正确？欠固结土；关于坑边超载的计算；高灵敏性土；整体稳定分析：强度指标与自重计算。按照规范设计是否可以不负责任？对设计的质疑

工程事故与设计者的责任根据国际隧道工程保险集团对施工现场发生安全事故的原因的调查结果表明：地下工程发生事故原因是多方面的，由施工方完全承担这些风险显得不够合理。

2.采用什么强度指标？2.1强度指标—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)土中超静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《地基规范》中的强度指标9.1.61、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。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。所以应当用固结不排水强度指标。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cu；基坑支挡结构常常涉及几十米后的黏土层；cu是与深度有关的，而勘察报告对于一层土只给出一个cu

十字板剪切试验－cu随深度线性增加！zcuba1正常固结土地基规范中坑底隆起验算的一个悖论取KD≥1.60

插入比越大，安全系数越小？这里必须明确强度cu的具体深度。tt(t+H)+q2.2有效自重应力下预固结的三轴不固结不排水剪强度指标可以“还原”土样的初始状态。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K0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zcuba1三轴试验的K0固结与等压固结不排水试验。pqK0Mp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cu2.3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cuu、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ccu,cu,的计算强度乘以欠固结度？欠固结土的固结不排水强度2.4固结不排水还是固结排水指标地基规范：9.1.62、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；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。“FoundationEngineeringHandbook”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cc´=0,´=15-25，对于长期的基坑设计用不排水指标过于保守。2.5均布附加荷载q0的土压力与自重应力一样，用固结不排水强度指标计算q0对土压力与稳定性的影响。超载q0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q0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q0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q0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=0Ka=1.0产生的超静孔隙水压力u=q0。q0u=q0上海闵行区莲花河畔景苑2.6高灵敏度土的强度强度折减或者使用参与强度指标；确保不要扰动。高灵敏性土地层

层序外围土无侧限抗压强度

qu/灵敏度St坑外12-12＇～16-16＇剖面线扰动区无侧限抗压强度qu/灵敏度St坑内土无侧限抗压强度qu/灵敏度St④-247.9/6.637.5/4.8④-358.2/3.838.4/2.4⑥-151.9/9.140.3/6.445.0/7.5⑥-260.5/11.547.5/8.054.2/8.0⑧-176.0/8.061.2/6.828.5/3.7事故后勘察的灵敏度高灵敏性土杭州地铁－灵敏性土坑内扰动后土体静探锥尖阻力最小值仅为原状土的35%，2.7墙前后土的强度选用zzHMMNt三轴固结不排水实验的分析②被动侧主动侧对应土样深度z的应力p试验点结论基坑工程的勘测不完全等于地基基础的勘测；对于深厚土层墙前后取样深度不同；即使是正常固结土墙前土也应采用超固结强度。3.设计中土的重度的选用对于饱和的粘性土，在计算土压力时采用水土合算：固结不排水强度+饱和重度；是否所有情况都要水土合算？《基坑规程》在条文3.1.14中指出：“土压力及水压力计算、土的各类稳定性验算时，土、水压力的分、合算方法及相应的土的抗剪强度指标类别应符合下列规定：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，….土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、cu或直剪固结快剪强度指标ccq、cq。”γm1——基坑外挡土构件底面以上土的重度(kN/m3)；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；γm2——基坑内挡土构件底面以上土的重度(kN/m3)；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；3.1坑底隆起3.2地基规范的承载力fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm(d-0.5)fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck

式中

γ—基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；

γm—基础底面以上土的加权平均重度，位于地下水位以下的土层取浮重度。正确的计算：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4.2.5Khe2─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，Khe2分别不应小于2.2、1.9、1.7。

ΔGj─第j土条的自重(kN)，按天然重度计算。没有扣除孔隙水压力u有渗流情况坑底隆起验算hld3.2整体稳定计算中土的自重uj──第j土条在滑弧面上的孔隙水压力，对地下水位以上的各类土和地下水位以下的黏性土，取uj＝0；圆弧滑动整体稳定－基坑规程图6.1.3Ks—圆弧滑动稳定安全系数1.3ΔGi──第i土条的自重，按天然重度计算；规定对于水下的黏性土u=0；M点的抗剪强度f－自重固结压力是多少？M瑞典条分法-替代法ih3ih2ih1i浸润线h3i部分用浮重度计算，h2i分母用饱和重度；分子用浮重度替代法：不计水压力ui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。3.3水泥土墙的稳定验算um──水泥土墙底面上的水压力(kPa)；水泥土墙底面位于含水层时，可取um＝γw（hwa＋hwp）/2，在地下水位以上时，取um＝0；

4.应力路径与水土合算墙后土的应力路径与强度指标zzHMMNt杭州地铁工程勘察报告提供的土层④1和⑥2层土的不同试验的强度指标表1土层三轴不固结不排水无测限抗压强度十字板试验快剪固结快剪固结不排水Cu

kPau

qc（kPa）cu（kPa）cqqccqcqccucu④211.00.225.34(47.9)28.48.16.115.811.917.19.7⑥19.00.424.06(51.9)34.17.18.313.813.617.813.24.1墙前土体的应力路径p,pqK0M0如果是排水－超固结土；如果不排水会有负的超静孔压。墙前土的有效应力路径pqK012124.2墙后土体的应力路径小主应力减少，3<0大主应力不变，1=0zHN,p,q01=v=z3f=pap0=3=K0vcAO几种不同的三轴试验应力路径墙后土体的应力路径zHNp,pqK0M③②①02cu①是从K0状态开始，小主应力减小，大主应力不变的RTC试验，它是最接近墙后土体的实际应力路径的；②是从K0状态开始，小主应力不变，增加大主应力的CTC试验，亦即K0固结的常规三轴试验，它与墙后土体的初始应力状态一致；③是从等向压力固结出发的常规三轴试验(CTC)，是一般勘察报告提供的试验结果。各类土的孔压系数A的数值范围土类孔压系数

A高灵敏度土0.75-1.5正常固结黏土0.5-1.0轻超固结黏土0-0.5重超固结黏土-0.5-0固结不排水强度指标与三轴应力路径的关系3增加—正孔隙水压力，cu小于；3减少—负孔隙水压力；cu大于；不同应力路径和不同的孔压系数A下的CU强度指标编号①②③试验RTC,K0初始状态CTC,K0初始状态CTC，等压初始状态A1/32/31.01/32/31.01/32/31.0ccu(kPa)000000000cu()41.833.7530.026.424.623.622.017.514.5正常固结黏土，c=0,=30,sat=20kN/m3,孔压系数B=1.0应力路径与水土合算与分算编号条件Accucu分算合算pwpaP=pw+paE=Ew+Ea误差%p=pw+paE=Ew+Ea误差%I①RTC1/3041.810020120600040200-672/3033.7510028.5128.5643057285-641.003010033.3133.3667067335-50III③CTC1/302210045.4145.47282891455-242/3017.510053.8153.876929107.5538-161.0014.510077.4177.488733120600-10对于正常固结土与轻超固结土，合算：水土压力偏小，但误差不大！讨论由于墙后土体的应力路径是3减少，在固结不排水条件下会产生负的超静孔压，使固结不排水强度指标增高。常规三轴压缩试验固结不排水条件下会产生正的超静孔压，固结不排水强度指标偏低，分算计算的土压力偏大；用常规三轴压缩固结不排水试验的强度指标，进行水土合算，与实际情况接近。这是一种经验的方法。4.3经验与经验主义。《基坑规程》在条文3.1.14中指出：“土压力及水压力计算、土的各类稳定性验算时，土、水压力的分、合算方法及相应的土的抗剪强度指标类别应符合下列规定：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，….土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、cu或直剪固结快剪强度指标ccq、cq。”对于这一条的理解可以有两种：（1）水土合算适用于水土压力计算与各类稳定分析；（2）水土合算只适用于计算分析中的水土压力计算。坑底隆起－承载力验算

《基坑规程》图4.2.4-1

γm1——基坑外挡土构件底面以上土的重度(kN/m3)；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；γm2——基坑内挡土构件底面以上土的重度(kN/m3)；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；坑底隆起正确的计算：饱和黏土饱和土Nc,Nq——按黏土的固结不排水指标；γm1——应按饱和重度计算；γ´m2——应按浮重度计算，因为Nq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）。只有用不排水强度指标cu验算隆起时，才可以用饱和重度计算承载力t(t+H)+qtt水对木块的承载力：wtA=浮力用条分法进行整体稳定分析采用固结不排水强度指标ccu,cu两种方法：扣除条底孔隙水压力法；近似的重力替代法。替代法讨论当使用固结不排水强度指标进行稳定分析时：一种近似方法是：计算抗滑力（矩）用浮重度；计算滑动力（矩）时，用饱和重度－替代法。或者在滑动面法向力中扣除孔隙水压力u

整体稳定分析uj──第j土条在滑弧面上的孔隙水压力，对地下水位以上的各类土和地下水位以下的黏性土，取uj＝0；圆弧滑动整体稳定－基坑规程图6.1.3Ks—圆弧滑动稳定安全系数1.3ΔGi──第i土条的自重，按天然重度计算；规定对于水下的黏性土u=0；5.敌军还是我军？

荷载与抗力的确定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，Ea=Ep，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。EaEp“基坑规程”水土分算的土层ua——主动侧的水压力－荷载；up——被动侧的水压力－抗力。EaEpUWEwEw作用于挡土墙上的力抗倾覆安全系数=1kN/m3=11kN/m3水压力不同处理的例题墙高h=10m，埋深t=5m，墙宽B=5m，水泥土重度为cs=20kN/m3,所在土层c=0,=30,=18kN/m3，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KovUEwaEwp方法计算方法计算公式安全系数①水泥土用浮重度计算，两侧水、土压力分算(不计侧向水压力)2.55②不计侧向水压力，从自重中扣除扬压力U2.55③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U2.27④主动侧水压力为荷载，被动侧水压力为抗力，扬压力为荷载1.82不同计算方法的安全系数上海规范-6.4.1(冶金部的《建筑基坑技术规范》)Ew——作用于水泥土墙上的主动、被动侧水压力差,“净水压力”Ksi

——抗滑移稳定安全系数，可取1.2;

um——水泥土墙底面的平均孔隙水压力(kPa);EwumGEpEa6.安全系数与分项系数在基坑设计中，有极限状态设计与基于可靠度设计两种理论与方法。极限状态设计又分为承载能力极限状态与正常使用极限状态。承载能力极限状态设计最基本的是安全系数法，基于可靠度设计最简单采用分项系数法。设计理论不应混淆。上海规范

S—作用分项系数，取1.0

；RL—抗力分项系数。R，SR，Sf(S)f(R)RSRS可靠度设计与分项系数法安全系数荷载标准值极限抗力标准值安全系数：包含所有的不确定性。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；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。有同样问题的规范天津的《岩土工程技术规范》（DB29-20-2000）冶金部颁布的《建筑基坑工程技术规范》(YB9258-97)以及其他地方规范也存在类似的问题。7.分算与合算的问题7.1粉土的分算与合算应考虑粉土以下土层的性质。粉土黏土