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基坑工程失稳形态分类

2018-05-23

基坑工程的设计计算一般包括三方面的内容,即稳定性验算、支护结构强度设计基坑变形计算。稳定性验算是指分析基坑周围土体或土体与围护体系一起保持稳定性的能力;支护结构强度设计是指分析计算支护结构的内力使其满足构件强度设计的要求;变形计算的目的是为了控制基坑开挖对周边环境的影响,保证周边相邻建筑物、构筑物和地下管线等的安全。

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基坑边坡的坡度太陡,围护结构的插入深度太浅,或支撑力不够,都有可能导致基坑丧失稳定性而破坏。基坑的失稳破坏可能缓慢发展,也有可能突然发生。有的有明显的触发原因,如振动、暴雨、超载或其他人为因素,有的却没有明显的触发原因,这主要由于土的强度逐渐降低引起安全度不足造成的。基坑破坏模式根据时间可分为长期稳定和短期稳定。根据基坑的形式又可分为有支护基坑和无支护基坑破坏。其中有支护基坑围护形式又可分为刚性围护、无支撑柔性围护和带支撑柔性围护。各种基坑围护形式因为作用机理不同,因而具有不同的破坏模式。

基坑可能的破坏模式在一定程度上揭示了基坑的失稳形态和破坏机理,是基坑稳定性分析的基础。《建筑地基基础设计规范》(GB50007)将基坑的失稳形态归纳为两类:

一、因基坑土体强度不足、地下水渗流作用而造成基坑失稳,包括基坑内外侧土体整体滑动失稳;基坑底土隆起;地层因承压水作用,管涌、渗漏等等。

二、因支护结构(包括桩、墙、支撑系统等)的强度、刚度或稳定性不足引起支护系统破坏而造成基坑倒塌、破坏。

1、根据围护形式不同,基坑的第一类失稳形态主要表现为如下一些模式。

(1)放坡开挖基坑

由于设计不合理坡度太陡,或雨水、管道渗漏等原因造成边坡渗水导致土体抗剪强度降低,引起基坑边土体整体滑坡。

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(2)刚性挡土墙基坑

刚性挡土墙是水泥土搅拌桩、旋喷桩等加固土组成的宽度较大的一种重力式基坑围护结构,其破坏形式有如下几种:

a.由于墙体的入土深度不足,或由于墙底存在软弱土层,土体抗剪强度不够等原因,导致墙体随附近土体整体滑移破坏。

b. 由于基坑外挤土施工如坑外施工挤土桩或者坑外超载作用如基坑边堆载、重型施工机械行走等引起墙后土体压力增加,导致墙体向坑内倾覆。

 

c. 当坑内土体强度较低或坑外超载时,导致墙底变形过大或整体刚性移动。

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(3)内支撑基坑

内支撑基坑是指通过在坑内架设混凝土支撑或者钢支撑来减小柔性围护墙变形的围护形式,其主要破坏形式如下:

a. 因为坑底土体压缩模量低,坑外超载等原因,致使围护墙踢脚产生很大的变形。

b. 在含水地层(特别是有砂层、粉砂层或者其他透水性较好的地层),由于围护结构的止水设施失效,致使大量的水夹带砂粒涌入基坑,严重的水土流失会造成支护结构失稳和地面塌陷的严重事故,还可能先在墙后形成空穴而后突然发生地面塌陷。

c. 由于基坑底部土体的抗剪强度较低,致使坑底土体随围护墙踢脚向坑内移动,产生隆起破坏。

d. 在承压含水层上覆隔水层中开挖基坑时,由于设计不合理或者坑底超挖,承压含水层的水头压力冲破基坑底部土层,发生坑底突涌破坏。

e. 在砂层或者粉砂地层中开挖基坑时,降水设计不合理或者降水井点失效后,导致水位上升,会产生管涌,严重时会导致基坑失稳。

 

f. 在超大基坑,特别是长条形基坑(如地铁站、明挖法施工隧道等)内分区放坡挖土,由于放坡较陡、降雨或其他原因导致滑坡,冲毁基坑内先期施工的支撑及立柱,导致基坑破坏。

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(4)拉锚基坑

a. 由于围护墙插入深度不够,或基坑底部超挖,导致基坑踢脚破坏,如图5.4 (a);

 

b. 由于设计锚杆太短,锚杆和围护墙均在滑裂面以内,与土体一起呈整体滑移,致使基坑整体滑移破坏,如图5.4 (b)。

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2、基坑第二类失稳形态根据破坏类型主要表现为以下几种。

(1)围护墙破坏

此类破坏模式主要是由于设计或施工不当造成围护墙强度不足引起的围护墙剪切破坏或折断,导致基坑整体破坏,例如挡土墙剪切破坏,柔性围护墙墙后土压力较大,而围护墙插入较好土层或者少加支撑导致墙体应力过大,使围护墙折断,基坑向坑内塌陷。

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(2)支撑或者拉锚破坏

 

该类破坏主要是因为设计支撑或拉锚强度不足,造成支撑或拉锚破坏,导致基坑失稳。

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(3)墙后土体变形过大引起的破坏

 

该类破坏主要是因为围护墙刚度较小,造成墙后土体产生过大变形,危及基坑周边既有构筑物,或者使锚杆变位,或产生附加应力,危及基坑安全。

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