建筑基坑讲座大纲高大钊

1、建筑基坑支护技术讲座大纲一“对建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012的解读、分析与点评”新版的建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012是根据2004年建设部的通知要求，对建筑基坑支护技术规程JGJ120-99版修订而成的。建筑基坑支护技术规程JGJ120-99版是在1990年代中期总结了1980年代以来十多 年的基坑工程经验制订的。那个年代正是我国深基坑工程的初创时期，经验很不成熟，因此对这个版本的规程批评的意见比较多，执行中发现的问题也比较多，例如其中逆作拱墙的支护形式在基本原理上存在缺陷，以致发生了重大的工程事故。因此在99版颁布只有5年的2004年就开始了修订的工作，而这次修订又经

2、历了8年的时间才颁布，也可以看出修订工作的艰辛与不易。我们可以看到，这次修订的幅度比较大，补充和增加的内容比较多，反映了20多年来，我国基坑工程技术的发展水平和成就，有不少亮点。在规程的前言中提出了本次修订的主要技术内容一共有18个，这些内容都是相对于99版规范的变化。这13年，我国的基坑工程经历了巨大的变化，规程的修订工作推动了工程经验的总结，提高了基坑工程的设计与施工水平。下面讨论其中主要的10个问题：1. 调整和补充了支护结构的几种稳定性验算 在建筑基坑支护技术规程JGJ120-99版本中，没有专门对稳定性验算提出规定的章节。有些稳定性验算隐藏在嵌固深度的计算规定之中，缺失稳定性控制的概

3、念。正如新的规程在条文说明中所说的：“原规程对支挡式结构弹性支点法的计算过程的规定是：先计算挡土构件的嵌固深度，然后再进行结构计算。这样的计算方法使计算过程简化，省去了某些验算内容。因为按原规程规定的方法确定挡土构件的嵌固深度后，一些原本需要验算的稳定性问题自然满足要求了。但这样带来了一个问题，嵌固深度必须按原规程的计算方法确定，假如设计需要嵌固深度短一些，可能按此设计的支护结构会不能满足原规程未作规定的某种稳定性要求。另外对有些缺少经验的设计者，可能会误以为不需要考虑这些稳定性问题，而忽视必要的土力学概念。”是那个版本的重大缺陷，这次修订，作了重要的修改，是一大进步。这个版本的规程在不同的条

4、文中明确提出了9个方面的稳定性验算模式，稳定性验算实际上验算支护结构在土、水压力作用下是否满足静力平衡条件，并具有所要求的设计安全度。1） 悬臂式结构嵌固稳定性验算2） 单层锚杆和单层支撑的支挡结构嵌固稳定性3） 锚拉式、悬臂式支挡结构和双排桩的整体稳定性（圆弧滑动验算）4） 支挡式结构的抗隆起稳定性5） 最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性（小圆弧滑动验算）6） 地下水渗透稳定性7） 重力式水泥土墙的滑移稳定性和倾覆稳定性8） 重力式水泥土墙的圆弧滑动稳定性9） 土钉墙的整体稳定性 将上述9个方面的稳定性验算所取用的安全系数值汇总于下表。建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012对不同验算模式安

5、全系数取值汇总表验算模式安全系数安全等级一级二级三级悬臂式结构嵌固稳定性验算Ke1.251.201.15单层锚杆和单层支撑的支挡结构的嵌固稳定性验算Ke1.251.201.15锚拉式、悬臂式支挡结构和双排桩的整体稳定性Ks1.25/1.351.20/1.301.15/1.25支挡式结构的抗隆起稳定性Kb1.251.201.15/1.2最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定性（小圆弧滑动验算）Kf2.2/1.41.9/1.31.7抗突涌稳定性安全系数Kh1.1抗流土稳定性安全系数Kf1.6/2.01.5/1.81.4/1.6重力式水泥土墙抗滑移稳定性KsI1.2重力式水泥土墙抗倾覆稳定性Kov1.3重力

6、式水泥土墙圆弧滑动稳定性Ks1.3土钉墙的整体稳定性Ks1.31.25/最终1.3过程1.2注：表中斜线以下的数值为深圳市基坑支护技术规范规定的、且与新规程不同的安全系数。2. 调整了部分稳定性验算表达式在建筑基坑支护技术规程JGJ120-99版本中，有些稳定性验算的要求是通过确定嵌固深度的条文来表达的缺乏安全度控制的概念，这次修订作了调整，给出了稳定性验算的攻势和安全系数。3. 强调了变形控制设计原则建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012强调了变形控制设计的原则，强调了设定支护结构的水平位移控制值和基坑周边环境的沉降控制值，这应该是一个进步，但从具体内容来看，却并没有提出可用的方法和具体

7、的数值。支护结构的水平位移值是可以计算的，但由于基坑开挖而造成的建筑物的沉降却是计算不出来的，因此也谈不上控制不控制了。至于说要符合现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007中对地基变形允许值的规定，也是不可操作的，因为地基规范规定的是建筑物自身的荷载所产生的变形允许值，并不是对使用期限内某个外来因素产生的附加变形，所以也谈不上是否符合这个表的规定了。从全国规范要把基坑的变形控制数值化是比较困难的，因为建筑物的沉降控制值是具有地区性的,只能按地方经验来规定。因此，规程在条文说明中作了实事求是的解释：“由于基坑周边环境条件的多样性和复杂性，不同环境对象对基坑变形的适应能力及要求不同，所以目前

8、还很难定出统一的、定量的限值以适应各种情况。如支护结构位移和周边建筑物沉降限值按统一标准考虑，可能会出现有些情况偏严、有些情况偏松的不合理地方。所以，本规程未给出正常使用要求下具体的支护结构水平位移控制值和建筑物沉降控制值。”对于基坑的变形控制值，究竟是取绝对值还是相对值？各地的地方标准的理解和规定是存在差别的。如果区分了两种极限状态的设计等级，就可以用不同的控制值来合理地控制支护结构的变形了。即相对变形的控制值用于控制支护结构本身的安全性，相对变形过大说明墙侧的土体已临近极限状态，用相对变形的控制值不使支护结构出现强度稳定性的破坏；而绝对变形的控制值则用于控制不致周围环境遭受破坏。上海的基坑

9、规范划分两种类型的等级的处理方法值得借鉴。一种是传统的安全等级的划分，还有一种是按环境保护的要求来划分等级。4. 调整了选用土的抗剪强度指标的规定与99版的建筑基坑支护技术规程比较，新的规程对于基坑设计的土压力计算方法和土的抗剪强度，作了比较具体的规定，有比较大的改观，是新规程的一大亮点。这些规定大多是根据了30年来全国各地的工程经验得到的。但是，对有些问题的提法可能还是值得商榷的。 例如，对这一句的规定：“对地下水位以上的砂质粉土、砂土、碎石土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c¢、j¢”可能就无法执行，因为地下水位以上的土是非饱和土，对非饱和土要采用有效强度理论就需要

10、测定孔隙气压力。而测定孔隙气压力的试验技术目前尚未达到实用化的程度。又如，对“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、juu”这条规定也可能需要商榷。首先，为什么只考虑欠固结土需要预固结？如果为了减小取土卸载扰动的影响，那不仅仅是欠固结土的问题。如果考虑基坑开挖所产生的卸载所产生的固结状态的改变，那应该考虑超固结对抗剪强度的影响。值得关注的是计算土压力能不能用不固结不排水剪试验的指标？关于这个问题，在高层建筑岩土工程勘察规程编制时进行了专题研究，并已作出了明确的规定。5. 新增了双排桩结构 双排桩结构是一种由前后两排桩组成的自立式挡土结构物，用于悬臂式结构的

11、位移过大， 又没有条件做锚杆的基坑。 在1990年代，很早就在工程中应用了双排桩结构，工程是安全和经济的。后来，又不断有人试图应用这种结构型式，虽然在深圳市基坑支护技术规范SJG 05-2011中已经列入了双排桩结构的支护类型，但由于全国性的技术标准中没有规定，常遭到评审专家的否定和反对，推广之路非常艰难。 当年还做过模型试验，研究双排的受力性能，发现大间距的双排桩的前后两根桩的作用是不同的。后排桩发挥了拉锚的作用。与单排桩的桩身挠曲曲线比较，发现双排桩能有效地减小支护结构的变形。 建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012规定，双排桩设计时,将前、后排桩与桩顶的冠梁一起作为刚架考虑，按平面刚

12、架结构模型计算，在验算稳定性的时候，将双排桩作为悬臂结构考虑，外侧按主动土压力计算，内侧按弹性支点的反力考虑。前、后桩间土对桩侧土的初始压力的计算公式：这个公式在规范的条文说明中没有给出解释和出处。推导如下:设桩间土作用于前、后排桩的初始土压力pc0，后排桩的外侧主动区的土压力pak，由于存在初始土压力pc0，使作用在前后排桩上的土压力发生了如下的变化：对前排桩对后排桩假定不同深度处，pc0与pak的比值为b，即比例系数b可按近似法确定，设基坑开挖深度为h，双排桩净距为，滑动面与竖直面的夹角为，则从基坑边到滑动面的地面距离为。考虑两个极端的情况，当前排桩与后排桩重叠时，即，这时没有桩间土，所以

13、pc0=0，b=0；另一个极端情况是桩的排距，此时可假定后排桩不会受到基坑开挖的影响，即,。当排距由0L1之间变化时，可由后排桩两侧滑动体的重量比例关系确定b。令计算系数，即得计算系数的表达式：。6. 改进了不同施工工艺下锚杆黏结强度取值的有关规定关于锚杆与土层的极限黏结强度，这次修订时收集了20多个地区的500多根锚杆的试验资料，进行了统计分析，进行了不同成孔工艺、不同注浆工艺条件下锚杆抗拔承载力的专题研究，对原规程的极限摩阻力表进行了补充和修改，主要补充了二次压力注浆条件下的极限黏结强度的标准值。7. 充实了内支撑结构设计的有关规定内支撑是一种非常重要的结构形式，但以往因为其造价比较高，对

14、地下室施工的干扰比较大而影响了广泛采用，通常采用锚杆的形式来保持支护结构的稳定性。但近年来发生了一些变化，如果基坑靠近红线，则锚杆就会穿出红线，打到相邻的地块，破坏了环境，有些地区明文规定不准许锚杆出红线。同时又由于基坑的开挖深度越来越深，内支撑结构就成为最可能的选择，引起了各方面的重视。内支撑结构设计包括下面的几个方面：1） 支撑材料的选用 内支撑按材料分为钢支撑和钢筋混凝土支两种，可以采用单一材料，也可以混用。两种材料的内支撑各有优缺点，比较见下表: 钢支撑和钢筋混凝土支撑的主要区别钢 支 撑钢筋混凝土支撑材料采用钢管或型钢钢筋混凝土施工方法预制后现场拼装现场浇筑节点焊接或螺旋连接一次浇筑

15、而成适应性适用于对撑布置方案，平面布置变化受限制；只能受压，不能受拉，不宜用作深基坑的第一道支撑易于通过调整断面尺寸和平面布置形式为施工留出较大的挖土空间，既能受压，又能受拉，亦经得起施工设备的撞击对布置的限制荷载水平低，支撑在竖向和水平向的间距都比较小荷载水平高，布置不受限制，可放大截面尺寸以满足较大间距的要求支撑的形成安装结束时即已形成支撑作用，还可以用千斤顶施加轴力以调整围护结构的变形混凝土结硬以后才能整体形成支撑作用，混凝土收缩变形大，影响支撑内力的增长重复使用的可能性在等宽度的沟渠开挖时可做成工具式重复使用，但在建筑基坑中因尺寸各异难以实现重复使用的要求无法重复使用支撑的利用或拆除拆

16、除方便，但无法在永久性结构中使用在围护结构兼作永久性结构的一部分时钢筋混凝土支撑可以作为永久性结构的构件；但如不作为永久性构件，则拆除工作量比较大支撑体系的刚度与变形刚度小，整体变形大刚度大，整体变形小支撑体系的稳定性稳定性取决于现场拼装的质量，包括节点轴线的对中精度、杆件受力的偏心程度以及节点连接的可靠性，个别节点的失稳会引起整体破坏现浇的钢筋混凝土体系节点牢固，支撑体系的稳定性可靠2） 选型的原则 支撑结构的选型包括材料、平面与立面布置、支撑截面、节点类型等的内容。采用受力明确、连接可靠、施工方便的结构形式；采用对称平衡、整体性强的结构形式；应与主体地下结构的结构形式、施工顺序协调，应便于

17、主体结构施工；应利于基坑土方开挖和运输；需要时可考虑内支撑结构作为施工平台。3） 平面和立面布置4） 立柱的设置5） 内支撑结构分析（1）计算假定水平对撑与水平斜撑，应按偏心受压构件进行计算；支撑的轴向压力应取支撑间距内挡土构件的支点力之和；腰梁或冠梁应按以支撑为支座的多跨连续梁计算，计算跨度可取相邻支撑点的中心距。矩形基坑的正交平面杆系支撑，可分解为纵、横两个方向的结构单元，并分别按偏心受压构件进行计算；平面杆系支撑、环形杆系支撑，可按平面杆系结构采用平面有限元法进行计算；计算时应考虑基坑不同方向上的荷载不均匀性；建立的计算模型中，约束支座的设置支护结构的实际位移状态相符，内支撑结构边界向基

18、坑外位移处应设置弹性约束支座，向基坑内位移处不应设置支座，与边界平行方向应根据支护结构实际位移状态设置支座。内支撑结构应进行竖向荷载作用下的结构分析；设有立柱时，在竖向荷载作用下内支撑结构宜按空间框架计算，当作用在内支撑上的竖向荷载较小时，内支撑结构的水平构件可按连续梁计算，计算跨度可取相邻立柱的中心距。竖向斜撑应按偏心受压构件进行计算。（2）内支撑结构分析时，应考虑的作用：由挡土构件传至内支撑结构的水平荷载；支撑结构自重；当支撑作为施工平台时，尚应考虑施工荷载；当温度改变引起的支撑结构内力不可忽略不计时，应考虑温度应力；当支撑立柱下沉或隆起量较大时，应考虑支撑立柱与挡土构件之间的差异沉降产生

19、的作用。（3）支撑构件的受压计算长度水平支撑在竖向平面内的受压计算长度，不设置立柱时应取支撑的实际长度；设置立柱时，应取相邻立柱的中心间距。水平支撑在水平平面内的受压计算长度，对无水平支撑杆件交汇的支撑，应取支撑的实际长度；对有水平支撑杆件交汇的支撑，应取与支撑相交的相邻水平支撑杆件的中心间距；当水平支撑杆件的交汇点不在同一水平面内时，水平平面内的受压计算长度宜取与支撑相交的相邻水平支撑杆件中心间距的1.5倍。（4）立柱的受压承载力的计算在竖向荷载作用下，内支撑结构按框架计算时，立柱应按偏心受压构件计算；内支撑结构的水平构件按连续梁计算时，立柱可按轴心受压构件计算；立柱的受压计算长度应按下列规

20、定确定：a) 单层支撑的立柱、多层支撑底层立柱的受压计算长度应取底层支撑至基坑底面的净高度与立柱直径或边长的5倍之和；b) 相邻两层水平支撑间的立柱受压计算长度应取此两层水平支撑的水平间距；c) 立柱的基础应满足抗压和抗拔的要求。6） 内支撑结构的构造要求钢筋混凝土支撑的构造要求:a) 混凝土的强度等级不应低于C25；b) 支撑结构的截面高度不宜小于其竖向平面内计算长度的1/20；腰梁的截面高度（水平尺寸）不宜小于其水平方向计算跨度的1/10；截面宽度（竖向尺寸）不应小于支撑的截面高度；c) 支撑构件的纵向钢筋直径不宜小于16mm，沿截面周边的间距不宜大于200mm；箍筋的直径不宜小于8mm，

21、间距不宜大于250mm。钢支撑的构造要求：a) 钢支撑构件可采用钢管、型钢及其组合截面；b) 钢支撑受压杆件的长细比不应大于150，受压杆件的长细比不应大于200；c) 钢支撑连接宜采用螺栓连接，必要时可采用焊接连接；d) 当水平支撑与腰梁斜交时，腰梁上应设置牛腿或采用其他能够承受剪力的连接措施；e) 采用竖向斜撑时，腰梁和支撑基础上应设置牛腿或采用其他能够承受剪力的连接措施；腰梁和挡土构件之间应采用能够承受剪力的连接措施；斜撑基础应满足竖向承载力要求。立柱的构造要求：a) 立柱可采用钢格构、钢管、型钢或钢管混凝土等型式；b) 当采用灌注桩作为立柱基础时，钢立柱锚入桩内的长度不宜小于立柱长边或

22、直径的4倍；c) 立柱的长细比不宜大于25；d) 立柱与水平支撑的连接可采用铰接；e) 立柱穿过主体结构底版的部位，应有有效的止水措施。8. 新增加了支护与主体结构结合及逆作法建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012增加了4.11节，专门对两墙合一的地下室的设计和施工作了规定。对于深基坑的支护结构，需要采用地下连续墙，但连续墙的造价非常贵，一般的支护结构是临时性的结构物，施工结束以后就没有用处了，也是一种资源的浪费。因此，“两墙合一”的设计思想就提出来了，所谓“两墙合一”是指将施工时作为支护结构的地下连续墙可以同时作为永久性的地下室的结构外墙，承受上部结构的荷载，而地下室的楼板结构可以承受基

23、坑开挖时的水平力。虽然,这种设计思想非常合理，具有比较大的经济价值。但由于采用这种方法的设计要求比较高，施工的难度比较大，因此从提出这种方法到推广应用，经历了比较长的时间。逆作法施工是地下工程的一种施工方法，不同于传统的顺作法。逆作法是地上和地下同时施工的方法，又称为逆筑法。逆作法利用先施工的地下连续墙和中间支承柱承受荷载，从地面逐层下挖并从上到下地完成地下室的梁板、楼面工程，利用上一层的楼板结构作为下一层开挖时的支撑，逐层交替开挖与浇筑楼板结构；与此同时，逐层向上建造上部结构，使地面上和地下可同时进行施工。因此，可以缩短工期，降低造价，是一种合理的建筑方法，具有明显的经济效益。 逆作法施工并

24、不是新的施工技术，早在1935年，日本首次提出逆作法施工的概念，经历了70余年的研究与工程实践，目前已应用于高层建筑的多层地下室、大型地下商场、地下车库、地铁、隧道和大型变电站及污水处理池等构筑物。国际上采用逆作法建造的地下建筑：最大的是东京八重洲地下街，共层，建筑面积万m2；最深的地下街是莫斯科切尔坦沃住宅小区地下街，深达70100m;最高的地下综合体是德国慕尼黑卡尔斯广场综合体，共层。1994年日本新建的高层建筑中，地下结构有18.2%采用逆作法施工。19651989年，德国慕尼黑地铁共建57座地铁车站中，20座采用逆作法施工。逆作法施工是在1980年代开始传入我国，这种施工方法适用于各种

25、地下工程的施工，1990年代在上海和广州地区得到了应用，这两个城市都提出了逆作法施工的工法，表明已经比较成熟了。支护与主体结构结合的设计方法是在1990年代开始提出，到这个世纪初渐趋成熟，并采用逆作法施工，发挥了各自的长处。我国在最近10余年来，在北京、上海、辽宁、深圳、广州等地推广了逆作法施工4技术，有100多项工程项目的地下结构采用了支护与主体结构结合及逆作法施工。我国采用支护与主体结构结合及逆作法施工的项目城市上海广州香港台北深圳杭州北京天津哈尔滨厦门数量2620127764422城市福州海口惠州抚顺石家庄西安肇庆重庆珠海南宁数量1111111111逆作法的特点1. 缩短工程施工的总工期

26、2. 基坑变形小，相邻建筑物的沉降小3. 可节省地下室外墙及外墙下工程桩费用4. 使底板设计趋向合理5. 可节省支撑费用6. 可最大限度利用红线内的地下空间缩短工程施工的总工期带多层地下室的高层建筑，如采用传统方法施工，其总工期为地下结构的工期加地上结构的工期，再加装修等所占的工期。采用逆作法施工，一般情况下只有地下一层占绝对工期，其他各层地下室可与地上结构同时施工，不占绝对工期，因此可以縮短工程的总工期。日本读买新闻社大楼，地上层，地下层，用封闭式逆作法施工，总工期只用了月，比传统施工方法縮短工期个月。法国巴黎拉弗埃特百货大楼，层地下室，用逆作法施工，工期縮短1/3。基坑变形小，相邻建筑物的

27、沉降小采用逆作法施工，是利用逐层浇筑的地下室结构作为围护结构的内支撑。与临时支撑相比，地下结构的刚度大得多，所以，围护结构的变形小得多，相邻建筑物的变形也小得多。同时，由于中间支承柱的存在，底板增加了支点，浇筑后的底板成为多跨的连续板结构，减少了隆起。德意志联邦银行大楼用逆作法施工；而联邦德国国家银行总部大楼的深度相同，用地下连续墙加五层土锚的传统方法施工。两者的比较如下：逆作法有七个“小”的特点墙前水平位移小；墙后沉降小；坑底隆起小；差异变形小；楼板应力小；土压力小；墙体应力小。可节省地下室外墙及外墙下工程桩费用多层地下室采用常规的支护结构，包括锚杆与内支撑，都需要围护桩或围护墙，锚杆或内支

28、撑，花费的工程费用很可观。采用逆作法施工，要求围护墙也能发挥永久性结构的承重作用，材料得到充分的利用，节省了地下室外墙与外墙下工程桩的费用，据分析可以节省地下室工程造价的1/3左右。使底板设计趋向合理钢筋混凝土底板要满足抗浮要求。用传统方法施工时，底板的支点少，跨度大，上浮力产生的弯矩大，有时为了满足施工时的抗浮要求，而需要加大底板的厚度，或增强底板的配筋。用逆作法施工时，底板的支点增多，跨度小，弯矩比较小，底板的设计可以更为合理。可节省支撑费用深度大的多层地下室，用传统方法施工时，为了减少支护结构的变形，需要设置强大的内支撑或锚杆，消耗大量的材料，费用相当可观。用逆作法施工，利用地下室的梁板

29、系统来支撑围护结构，可以不设置临时的支、锚体系，节省材料，不需要拆撑，縮短工期，避免污染环境。可最大限度利用红线内的地下空间多层地下室采用传统方法施工时，在地下室外墙与红线之间必须留有支护结构截面尺寸和施工操作面所必要的距离，縮小了地下室的建筑面积。采用逆作法施工时，在满足室外管线或构筑物布置的前提下，作为地下室外墙的地下连续墙可以紧靠建筑红线。工法特点：利用柱下桩和地下连续墙作为逆作法施工期间承受地上、地下结构荷载和施工荷载的构件，利用地下室楼板作为基坑施工的支撑。首层楼板结构完成以后，在楼板下挖土，采用土模承重法浇筑下一层楼板。循环采用上述方法继续施工。工艺原理：先沿建筑物周围施工地下墙，

30、在建筑物内部按柱网轴线施工柱下支承桩。然后进行地下首层施工，完成后同时施工地下、地上结构。待大底板完成后，再进行复合柱、复合墙的施工。施工工艺（要点）：按设计图纸要求，埋设地下结构相关节点的钢板及连接钢筋；暴露节点后按设计要求清理、焊接。结构沉降差控制，对地下连续墙底部和柱下桩的底部进行注浆；根据静载荷试验曲线，计算各工况的沉降，得出在极限沉降差范围内的上部结构可能施工的层数；进行沉降观测，拟合荷载沉降关系，预测施工过程中的沉降差，控制施工。9. 新增了复合土钉墙 什么是复合土钉墙？土钉墙与预应力锚杆、微型桩、旋喷桩、搅拌桩中的一种或多种组成的复合型支护结构。10. 引入了土钉墙土压力调整系数

31、 为什么要采用土压力调整系数？土压力调整系数起什么作用？土压力沿墙面的分布形式，原规程直接采用朗肯土压力线性分布。原规程实施以后，根据一些实际工程设计情况，人们发现按朗肯土压力线性分布计算土钉承载力时，往往土钉墙底部的土钉需要长度很长才能满足承载力的要求。土钉墙底部的土钉过长，其承载力不一定能充分发挥，使土钉墙面层强度或土钉端部的连接强度成为控制条件，土钉墙面或土钉端部的连接会在土钉达到设计拉力前破坏。因此，一些实际工程设计中土钉墙底部土钉长度往往会做些折减。为解决土钉计算长度不合理的问题，本次修订考虑了墙面上土压力会存在重分布的规律，按朗肯土压力线性分布计算的土压力线性分布进行了修正，即在计

32、算每根土钉轴向拉力时，分别乘以调整系数。每根土钉轴向拉力调整系数是不同的，但在调整以后各土钉轴向拉力之和与调整前各土钉轴向拉力之和相等。为什么建筑地基基础设计规范两个版本的土压力分布前后不同？建筑地基基础设计规范GB50007-2002附录T悬臂支护结构的抗倾覆验算是对桩（墙）底取矩：而附录U锚撑式是对C点取矩：对悬臂式结构的计算公式为：对桩式、墙式结构的计算公式为： 2002规范附录的土压力分布这里就存在一个问题：力矩的方向与公式是矛盾的，不知道我理解的对不对，请高老师给解释一下。而建筑地基基础设计规范GB50007-2011附录V，悬臂结构计算与老规范一样，但锚撑式的计算却发生了比较大的变

33、化： 2011规范附录的土压力分布悬臂支护桩在坑内外水、土压力作用下，对O点取矩的倾覆作用，应满足下式规定：式中：主动区倾覆作用力矩总和 被动区抗倾覆作用力矩总和带支撑桩的倾覆稳定，最下一道支撑点以下支护桩在坑内外水、土压力作用下，对O点取矩的倾覆作用应满足下式规定：式中：主动区倾覆作用力矩总和 被动区抗倾覆作用力矩总和如图和公式所示，取矩的位置变成了O点（而O点的位置是最下一道支撑点还是坑底？），且土压力也只从最下一道支撑点开始计算，而标注是否也标错了？这里同样存在力矩方向问题。 这个问题过去也有问过，不过这次还连带了2011规范的变化，比上次的范围更宽了。 我们先分别讨论建筑地基基础设计规

34、范GB 500072002和建筑地基基础设计规范GB 500072011规范的公式，然后再对这两本规范的变化进行分析和比较，我的一些看法不一定对，规范编制组也不一定愿意听，其实，学术问题上还是要多讨论，才会弄得更清楚一些。 建筑地基基础设计规范GB 500072002规范附录T的公式是对桩底取矩，极限状态时，Mp-Ma=0，图上的尺寸标注没有问题。T.0.3条说明其不适用于桩下端为淤泥土的情况。 建筑地基基础设计规范GB 500072002规范附录U的公式， 土压力的分布图与附录T相同，但力矩的方向确实存在一些矛盾。从标注尺寸来看，应该是对C点取矩，即土压力为零的点。这样，就出现了矛盾，从公式

35、看分子是抗力，分母是作用，符号与图上的标注是一致的，但致命的问题是如果对C点取矩，被动土压力形成的力矩是逆时针方向的，与主动土压力形成的力矩方向一致，与公式的表达就不符合了，被动土压力形成的力矩怎么可以放在分母上？放分母上于理不通，但放分子上又与图不符。规范用了那么多年了，不知道这个公式有谁用过？理正的软件有没有用这个公式？教材里有没有写进去过？ 下面讨论建筑地基基础设计规范GB 500072011，看第176页表V.0.1，在悬臂桩的验算公式中，力矩的计算没有明确的表达式，其方向仍是对桩底取矩，但土压力的分布有了变化，为什么要作这样变化，在条文说明中没有加以解释。带支撑桩的验算公式也不写清楚

36、力和力臂了，用了一个笼统的表达式，同样，土压力的分布也有了变化。在这个分布图中，没有土压力为零的点了，这次是以最下一道支撑的作用点O点取矩的。这样的修改避免了建筑地基基础设计规范GB 500072002中的问题，但却出现了新的问题，也许是笔误。将倾覆力矩写成是由被动土压力构成的，抗倾覆力矩写成由主动土压力构成的，正好相反。下面我们讨论几个概念问题：（A）已经看到建筑地基基础设计规范GB 500072002的土压力分布与建筑地基基础设计规范GB 500072011规范的土压力分布是不同的，那么这种不同的分布在基本概念上究竟有什么区别？各适用于什么条件？这种变化体现了什么？（B）抗倾覆验算时，对桩

37、端取矩、对土压力为零的点取矩，对最下面一道支撑的作用点取矩，三种不同的取矩计算的状况各说明了什么？在基本概念上和工程应由上又有什么不同的意义？（C）在建筑地基基础设计规范GB 500072011第316317页，提出了“对于带支撑的桩、墙式支护体系，支护结构的抗倾覆稳定性又称为抗踢脚稳定性，。”那么究竟什么是抗踢脚稳定性的验算条件呢？（D）在建筑地基基础设计规范GB 500072011表V.0.1中，对带支撑桩的验算时，上面两道支撑对O点的力矩为什么没有出现在验算公式中，这是在什么条件下的假定？这四的问题的讨论都涉及一些设计计算基本原理和简化假定。首先讨论土压力的分布，建筑地基基础设计规范GB

38、 500072002的土压力分布与建筑地基基础设计规范GB 500072011规范的土压力分布在原则上是不同的。我不知道两个版本的规范为什么对土压力的分布采用两种不同的分布假定，为什么作了如此重大的修改，在条文说明中没有加以解释。根据一些文献的讨论，（高层建筑基础工程手册p593，武汉地区深基坑工程技术指南pp1719）这两种不同分布的土压力的假定条件不同，因此，适用于不同的工程情况。2011规范所示的土压力分布形式主要适用于桩端嵌固条件不足的情况，因此桩端按自由端考虑。而2002规范所示的土压力分布，主要适用于嵌固条件足够，桩端可以保持不移动。假定土压力分布的目的，主要为了计算嵌固深度和桩的

39、内力。对于带支撑的围护结构，可以用于简化方法计算支撑内力。再说抗倾覆稳定验算，附录V为支护结构稳定性验算，表中的结构类型为桩、墙式支护。不清楚规范这里的墙是指重力式的“墙”还是地下连续墙的“墙”？通常按计算原理的区别，分别称为墙式和板式围护结构。板式包括排桩和地下连续墙，墙式指重力式。如果“墙”是指重力式，则规范在倾覆稳定性验算的公式中，只有主动区与被动区的力矩，而没有由重力式墙的自重形成的抗倾覆力矩。其实，抗倾覆稳定性主要是对墙式围护结构而言的，墙的自重也是最重要的抗倾覆因素，最早提出需要验算抗倾覆稳定性的也是墙式围护结构而非板式结构，特别是有支撑的板式围护结构，除非支撑失效，不然怎么会发生

40、倾覆失稳呢。对于带支撑的桩、墙式支护体系，把抗踢脚稳定性验算称为抗倾覆稳定性验算是不太合适的。（见参考文献高层建筑基础工程手册p586）踢脚稳定性是一种形象的名称，它描述围护结构绕最下一道支撑转动，墙顶向墙外倾倒，墙的下端向坑内翻起，使坑底隆起破坏。一般把墙顶向坑内倾倒称为倾覆，因此踢脚稳定性实际的破坏模式并非倾覆。在有些文献中（刘国彬、王卫东主编，基坑工程手册p142）也明确规定，对于重力式围护结构，需要进行围护结构的抗倾覆和抗滑动稳定性验算。对于单支撑的围护结构，发生绕支撑转动的后倾踢脚破坏的情况是有可能的。对于多支撑的围护结构，踢脚稳定性验算实际上是对最下一道支撑以下的主动、被动土压力绕

41、最下一道支撑的力矩平衡的验算。是一种土压力平衡的验算，而并不是验算整个墙体的稳定性，所以在计算时不考虑上面几道支撑的作用力。对桩端取矩、对土压力为零的点取矩，对最下面一道支撑的作用点取矩，是三种出于不同的计算需要的验算假定条件。对桩端取矩是计算围护结构插入深度的力矩平衡条件，计算插入深度以后再加一个富裕量来确定实际采用的插入深度。 对土压力为零的点取矩是基于等值梁法的简化假定，将土压力零点近似地作为弯矩零点，在单支撑条件下，就将一次超静定问题简化为静定问题，由于假定为弯矩零点，故可以取力矩之和等于零。至于现在有些将等值梁法也用到多支撑的围护结构计算，那已经超出了等值梁法的假定前提。因为，对多支

42、撑的情况，即使采用了等值梁法，仍然是超静定结构，还是要采用连续梁的解法，不过是少一个未知数而已。对最下面一道支撑的作用点取矩是一种土压力平衡的验算，在力学上是非常不严格的。二基坑工程的案例分析基坑工程失效案例2008年的一次重大基坑工程事故案例1：地铁车站基坑的重大事故 1. 地下连续墙的破坏形态：后仰、折断、下部情况看不到； 2.路面下沉极其迅速，过往汽车突然下陷，说明由于地下连续墙折断，从基坑侧面往坑内涌土为主，底部涌土情况不明。 3.钢支撑与连续墙之间没有围檩，只能承受压力，不能受拉，一旦发生连续墙后仰转角，钢支撑作用失效。 4.连续墙的破坏暴露了钢筋混凝土的严重质量问题，碎石表面没有水

43、泥胶结，钢筋与混凝土剥离，连续墙被剪断。发生在90年代初期的基坑工程事故案例2. 地下连续墙的垮塌 基坑面积2600m2，周边长度260m，开挖深度12.35m，采用600mm厚、24m深的地下连续墙，设四道支撑，第一道钢筋混凝土支撑，其余为609mm的钢管支撑。设计：荷载用标准值，抗力用设计值，设计表达式两端不匹配，降低了安全度。钢支撑直接支承在与其斜交的地下连续墙上，没有用围檩，更无平衡剪力垛。施工：未按设计图纸的要求施工，包括超挖、不及时支撑，坑底没有加固。监测：没有及时发现险情，没有发出警报。管理：邻近工程的负责人发现问题，向这个项目的经理提出忠告，但项目经理却置若罔闻，没有引起警觉。

44、事故发生前晚，已发现预兆，但没有及时采取工程措施抢险。90年代中期的基坑工程事故案例3.拱圈围护结构的垮塌 拱圈逆作法的主要问题：1大面积的建筑基坑平面受力状态不同于圆拱的受力条件；2从上而下修筑的栏墙没有插入深度，对于敞开开挖的施工条件，会发生从底部涌入坑内的塑性流动；3止水措施不足以阻止地下水从坑外向坑内流动。案例4.引水渠道基坑边坡失稳 4孔箱涵，单孔尺寸为3.25m´3.60m，总长75m，地面标高4.24.7m，设计基坑底面标高5.33m，开挖深度近10m，按三级放坡，从上至下依次为1:1.5 、 1:2 和1:3，变坡处留1.0m宽的马道。二级轻型井点降水，采用水冲法施工

45、，泥浆沉淀池设置在基坑顶部南北两侧，距基坑外缘12m15m。 10m高的土坡滑动发生在挖到基坑底面，浇筑垫层后，正在绑扎箱涵的钢筋时，没有进行任何的位移观测，因此没有发现滑坡的预兆，突发性的事故塌入基坑中的土方5000立方米，泥面涌高6m，第一级井点向基坑中移动13m。事故分析： 10m的高差形成的压力差超过了软土的承载能力；由于坡面非常平缓，滑动的形式是深层滑动，以中点圆的形式破坏； 卸载引起负的孔隙水压力，产生强度较高的假象，随着负压的消散，土的抗剪强度降低，滑坡并不发生的开挖的同时，而滞后一定的时间；没有进行监测的教训。深基坑工程方案设计案例 深基坑工程设计一般分为总体方案设计和施工图设

46、计两个阶段，总体方案设计的任务是根据主体工程的性质和对地下室的使用要求、场地工程地质和水文地质条件、相邻环境对基坑施工的制约程度等因素，选择合适的围护结构与支撑体系、协调基坑工程与主体工程的关系、控制环境质量，为施工图设计和基坑施工组织计划提供控制性方案。 实例5 组合型的开挖方案 工程名称：上海东方明珠广播电视塔；地点：上海浦东；基坑尺寸： 基底面积2700m2，开挖深度12.5m，局部电梯井部位深度19.5m；围护结构：采用二次开挖，三级支护，二级降水的方案。先在地面设置第一级轻型井点，然后将基坑大开挖至5.3m，放坡1:1.5， 土坡采用细石混凝土护坡，在5.3m基坑内进行沉桩和打设钢板

47、桩；沿坡脚布置第二级轻型井点，进行第二阶段挖土，按先撑后挖原则设置二道内支撑，完成12.5m的基坑开挖，最后对深坑进行第三级支护。 支撑情况：二道钢支撑：实测结果： 边坡水平位移不大于50mm，钢板桩上口水平位移不大于50mm，下部位移较大，局部达400mm，立柱最大上拔量120mm 比较造价： 费用为常规深基坑施工的三分之一； 挖土速度： 工期为常规深基坑施工的三分之一； 方案评述： 对于场地周围环境要求不高的基坑工程，在立面上采取放坡和钢板桩支护相结合的方案，将深基坑转化为开挖深度相对较浅的基坑，技术难度和工程量都有降低，从而缩短了工期，大幅度降低造价，这个方案的思路是可取的。 实例6 水

48、泥搅拌桩墙体加钻孔灌注桩 工程名称： 上海新亚汤臣大酒店；地点：上海浦东；基坑尺寸：基底面积6000m2，开挖深度8.6m，局部开挖深度11.2m；围护结构：宽度4.25.2m的重力式挡墙，墙身每隔3m设置一根直径600mm的钻孔灌注桩加强；支撑情况：在地面下2.5m处设置钢筋混凝土环形支撑。实测结果： 实测最大水平位移32mm。方案评述： 在水泥搅拌桩重力式挡墙中采用钻孔灌注桩加强，并可以设置支撑以避免重力式挡墙位移过大的缺点；在8.6m开挖深度的基坑中，一般的排桩支护需要设置二道支撑，而在复合式的围护结构中只需一道支撑，可以节省造价，且水平位移也不大。 实例7 无支撑格形地下连续墙 工程名

49、称： 上海耀华皮尔金顿浮法玻璃熔窑；地点：上海浦东；基坑尺寸： 长90m，宽50m，周长280m，开挖深度12.8m；围护结构： 内墙采用厚度为0.8m的T形槽段和肋墙组成，翼墙长6.0m，深22m；肋墙长2.5m，厚0.6m，深15.1m。外墙由T形槽段和板墙组成，墙厚0.6m。剪力墙厚度为0.6m。支撑情况： 无支撑。 实测结果： 外墙墙顶水平位移110mm，内墙墙顶水平位移80mm外墙最大沉降19mm，内墙最大沉降6mm； 比较造价：与钢筋混凝土角对撑比较节省一半造价；与型钢支撑相比可节省造价 30%； 挖土速度： 13.5万土方，用32天完成，平均每天4500 m3，最高7000m3。

50、 方案评述： 无支撑格形地下连续墙围护结构是一种依靠格内土体自重增加稳定性的重力式挡墙。其结构由内墙、外墙和剪力墙组成，可以认为，内墙是直接承受水土压力的主要挡土结构，通过剪力墙与外墙连接，剪力墙的作用相当于拉杆，而外墙相当于锚碇墙；但实际上是具有一定刚度的整体结构与格内土体共同作用。基坑开挖时墙顶位移大于有内支撑的基坑，但不影响安全和使用，且能缩短工期，节省造价。 实例8.大直径圆形钢筋混凝土内支撑之一 工程名称： 万都大厦；地点：上海虹桥开发区；主体结构：54层主楼，4层裙房，2层地下室；基坑尺寸： 长137.9m，宽112.3m，周长476m，基坑面积1255m2，开挖深度12.8m；支撑尺寸： 两道圆形钢筋混凝土内支撑，直径92.3m，平面布置见图；实测结果： 上道圆形支撑平均轴力17500kN；下道圆形支撑平均轴力19500kN；平行位移3.9 6.7mm；立柱平均上浮23.8mm；围护结构（排桩）最大沉降22.7mm，水平位移6.7mm；管线最大沉降47.1mm。 比较造价： 与钢筋混凝土角对撑比较节省一半造价；与型钢支撑相比可节省造价30%；挖土速度： 13.5万土方，用32天完成，平均每天4500 m3，最高7000m3方案评述： 圆形钢筋混凝土内支撑是一种受力性能好、布置合理的支撑体系；所形成的敞开空间，为挖土和混凝土浇筑