临近浅基础的桩板式支挡基坑坑底抗隆起稳定性验算探讨

刘华强，范海涛，田玉中 （四川正基岩土工程有限公司，四川 绵阳 621000）

桩板式支挡结构是排桩支护结构和地下连续墙支护结构的统称，由于该支挡形式有占用空间小、安全性高等优点，在基坑开挖工程中被广泛应用。采用该支护结构对基坑支护时，现行的《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）（以下简称“规程”）要求对其基坑坑底抗隆起稳定性验算（悬臂式支挡结构除外），但“规程”中的隆起验算公式对临近建筑物的基底荷载的计算方法均未明确，常在实际工程中给技术人员带来困扰。本文主要对临近建筑中两种常见浅基础（矩形基础和条形基础）的基底荷载在坑底抗隆起稳定性验算中的影响进行分析探讨。

1 临近基坑的浅基础基底荷载影响的简化处理

目前国内对基坑坑底隆起稳定性主要采用经验法进行验算，该方法先在不利位置设一水平计算截面，将基坑内外的竖向荷载投影到计算截面上进行稳定性计算，验算模式主要有地基极限承载力模式和圆弧滑动模式，计算简图见图1。

图1 基坑坑底抗隆起计算简图

对于临近基坑浅基础基底荷载的影响，目前国内相关规范均未涉及，理论上可以采用基于半无限空间弹性体上的弹性力学理论近似计算基底附加荷载在计算截面上各个位置的竖向应力[2]，但该方法过于繁琐，工程中很少采用，如将基底附加荷载按一定角度扩散的方式进行计算可大大简化该计算过程。文献[3]利用Midas/GTS有限元数值模拟软件对基底附加荷载在地基土中产生的应力大小和分布进行了分析研究，并绘制出了地基土中竖向附加应力分布图（图2）。通过图2可知，由基底荷载引起的竖向附加应力水平向主要分布在基础周边一倍B（B为基础宽度）的范围内，竖向应力＞0.2P的影响深度为2.5B，竖向应力＞0.1P的影响深度为4.5B，对应竖向应力水平最大分布宽度在距离基础底面2.5B深度处。根据图2也可以估。算出竖向应力在地基土中的扩算角为22°。文献[4]建议°竖向应力在普通土层中的扩算角。取22，密实砂土、卵石及坚硬土层取30°。

通过以上分布表明，当基坑距离浅基础边缘小于基础宽度B时，应考虑基础荷载对基坑坑底隆起稳定的影响，其它情况可视基坑的重要性进行综合分析。当考虑浅基础对坑底隆起影响时，其附加应力在计算截面上的大小可采用竖向附加应力扩散法（以下简称“扩散法”）进行简化计算，计算简图见图3。

①当计算截面距离基底距离大于等于2.5B（密实砂土、卵石及坚硬土层为2.0B，下同)时，

对于矩形基础：

图2 竖向附加应力分布图

图3 基底附加荷载扩算

式中：p1为扩散后的附加荷载；p0为基础底面附加荷载；B为基础宽度；L为基础长度；其余符号见图3。

对于条形基础：

②当计算截面距离基底距离小于2.5B时，应按扩算法计算基底荷载影响范围及扩散后的附加应力值，计算中普通土层扩散角θ可取22°，密实砂土、卵石及坚硬土层扩散角θ可取30°，由于篇幅所限其计算公式不再赘述。

2 临近浅基础荷载影响的基坑坑底隆起稳定性验算

2.1 地基承载力模式

地基承载力模式是基于均质地基的极限承载力的分析方法，在考虑基础底面附加荷载后，其受力简图见图4，其隆起稳定性验算可按公式（3）计算。

图4 考虑临近基础荷载的地基承载力模式

式中各符号的解释参考“规程”及公式（1）或（2）。

当支挡结构底面以下有软弱下卧层时，应按公式（6）计算。

式中D为支挡结构底面至软弱下卧层顶面的竖向距离，其余符号见公式（3）。

2.2 圆弧滑动模式

图5 考虑临近基础荷载的圆弧滑动模式

圆弧滑动模式是以桩板式支挡结构上某一点为圆心，以通过桩或墙底的圆弧为假定滑动面的力矩平衡分析法，圆心点通常位于最下道支撑或锚固点O（简图5），该分析方法在软土地区常被采用。在临近建筑浅基础荷载的影响下，参考“规程”计算公式并考虑基坑内土体和支挡结构的抗隆起抵抗作用，假定基底附加荷载影响范围完全覆盖基坑外侧滑动圆弧，可推出抗隆起稳定性验算公式（7），计算简图见图 5。

式中：Msk为支挡结构抵抗力矩标准值；i、j分别为坑内、坑外土条编号；R为滑动圆弧半径，等于O点到支挡结构底部的长度，其它符号见“规程”。

3 结语

①通过对浅基础基底附加荷载引起的地基土竖向应力分布范围的研究表明，当基坑距离浅基础边缘小于基础宽度B时，基底附加荷载对坑底隆起的影响明显，验算中应考虑该部分荷载对基坑坑底隆起的作用。

②通过基底附加应力扩散法简化了计算截面上竖向附加应力的计算。

③地基承载力模式是基于均质地基极限承载力计算公式修正而来，但该模式并没有考虑与支挡结构底端以下土体对地基承载力的有利贡献，也没有考虑基础宽度项对地基承载力的有利贡献，因而公式（3）、（6）的计算结果是偏于安全的。

④圆弧滑动模式是基于力矩平衡法进行分析的，本文推导的公式（7）参考文献[5]考虑了基坑内土体和支挡结构的有利作用，与实际工程更符合。

⑤由于基坑隆起破坏的作用机理复杂、影响因素较多，加之各地土质差别较大，文中提供的计算方法应仅可用于一定条件下临近浅基础的基坑坑底抗隆起稳定定性分析，对于坑底抗隆起的定量分析建议采用有限元法等数值方法。