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基坑工程的几种失效模式

315 2021-05-11 09:35:54


20世纪 80年代,修建的高层建筑、地下室一般是 1~2 层基坑,埋深最多 4~7 m,因此,基坑支护绝大多数采用钢板桩支护。进入 20 世纪 90 年代,高层建筑、地下室发展到 3~5层,如用钢板桩支护,已不能满足支护工程的安全要求,所以,基坑支护频凝发生朱效。据统计,在软十地区,基坑支护失效每年达 1/4 左右;在其他地区,基坑失效也达 10%~15%以上。主要原因是设计、施工都缺乏经验。以后建设部下文要求基坑深度达到7 m 时,各地必须对基坑支护方案经过专家评审后,方能施工。

根据我们调查,基坑工程的失效模式有以下几种∶ 

1)整体失稳

整体失稳是指在土体中形成了滑动面,围护结构连同基坑外侧及坑底的土体一起丧失稳定性。—般的失稳形态是围护结构的上部向坑外倾倒,支护结构的底部向坑内移动,坑底土体隆起,坑外地面下陷。

2)坑底隆起

坑底隆起是指坑底十体产生向 上的塑性变形。基坑开挖以后,坑底向上位移的原因有两种;一是卸载引起的回弹,其数值较小;另一种是在开挖引起的压力差作用下,十体中产生的塑性变形,这种变形如果数量较大,表示土体中的塑流已经比较严重,如果支护结构和内支撑能形成整体性好的体系,则塑流仅引起坑外地面下沉,影响环境安全;如果是自立式结构或节点强度差的支撑体系,隆起可能是整体失稳的前兆;如果稳定性不能得到有效的控制,就会发生整体性失稳。

3)围护结构倾覆失稳

围护结构的倾覆 失稳丰要发生在重力式结构或悬臂式支护结构,重力式结构在外

主动土压力的作用下,围护结构绕其下部的某点转动,支护结构的顶部向坑内倾倒。抵抗倾覆失稳的力矩主要由围护结构自身的重力形成,坑底的被动抗力也足以构成抵抗力矩的因素。关于转动中心的位置有不同的看法,传统的方法是将转动中心放在支护结构的前趾,但也有认为绕前趾上面或下面的某一点转动比较合理,特别是软土地区,由于基底土比较软弱,在力矩作用下,前趾有下沉的可能。

4)围护结构滑移失稳

围护结构的滑移失稳亦主要发生在重力式结构中,在坑外主动土压力的作用下,围护结构向坑内平移。抵抗温移的阳力 主要由支护体底面的糜阻 力以及 内侧的被动十压 力构

成。当坑底土软弱或围护结构底部的地基土软化时 ,墙体发生滑移失稳。

5)围护结构底部地基承载力失稳

重力式围护结构的底面压力过大,地基承载力不足引起失稳。由于在围护结构的外侧还作用着十 压力,因此,其合力是倾斜的。在倾斜荷载作用下,地基十发生向坑内的挤

出,围护结构产生不均匀的沉降 ,可能导致部分围护结构的开裂损坏。

6)"踢脚"失稳

在单支撑的基坑中,可能发生绕支撑点转动,围护结构上部向坑外倾倒,支护结构的下部向上翻的失稳模式,故形象地称为"踢脚"失稳。在多支撑的围护结构中一般不会产生踢脚失稳,除非其他支撑都已失效,只有一道支撑起作用的情况。

7)止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏

止水帷幕丧失挡水功能,产生渗漏、涌水、流土或流砂。由于水土流失使基坑外地而下沉、塌陷,导致邻近建筑物的开裂和损坏。引起围护结构止水帷幕功能失效的主要原因是施工因素,其次是设计因素和材料因素。由于施工质量低劣,止水帷幕有空洞或裂缝,成为漏水的通道,这是最普遍的现象;止水帷幕设计过短,没有全部切断透水层也是漏水的可能原因。

由于止水帷幕失效产生过大的水力坡降引起坑底渗透变形破坏。坑内采用排水或降水措施后,造成了坑内外的水头差,地下水在水头差的作用下向坑内渗流,在渗流出口处十的细贴粒被带出,或 十题率处于悬泽状态润通出。这种由渗透引起的破坏环,因破环机理不

同而有不同的名称,如管涌、流砂或流土。如不及时制止,由渗透变形引起的坑外 十体的位移和陷落是严重的。

8)围护结构的结构性破坏

围护结构的结构性破坏是指围护体本身发生开裂、折断、剪断或压屈,致使结构失去了承载能力的破坏模式。

结构性损坏的原因可能是方案性的错误;如支撑体系不当或围护结构不闭合;设计计算时,荷载估计不足或结构材料强度估计过高;支撑或围檩截面不足导致破坏。此外,结构节点处理不当,也会因局部失稳而引起整体破坏;特别在钢支撑体系中,节点多,加工与安装质量不易控制,节点处理中包括支撑和墙体的连接处,如不设置围檩或连接强度不够等都会引起结构破坏。

9)支撑和锚杆、锚体系失稳破坏

支、锚体系的失稳破坏包括两种不同的模式。锚杆的破坏主要表现为锚杆的拔出、断裂或预应力松弛;十锚的破坏大多是局部的,群锚的破坏实际上是土体的失稳而并非是锚杆的结构性破坏;支撑的失稳很可能是整体性的,其形态因体系不同而不同,支撑体系大多是超静定的,局部的破坏会造成整体的失稳,尤其是钢支撑体系,局部节点的失效概率比较大。基坑工程失效实景见图1-1。

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