如何认识基坑支护抗倾覆安全系数——对《南京地区建筑地基基础设计规范》（DGJ32／J12—2005）的讨论

如何认识基坑支护抗倾覆安全系数——对《南京地区建筑地基基础设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》（DGJ32／J12—2005）的讨论 如何认识基坑支护抗倾覆安全系数——对 《南京地区建筑地基基础设计规范》 (DGJ32,J12—2005)的讨论 江苏建筑2007年第2期(总第112期) 如何认识基坑支护抗倾覆安全系数 对《南京地区建筑地基基础设计规(DGJ32/J12—2005)的讨论 韩云乔,韦杰,陶茂之 (南京市建设委员会,江苏南京210018;江苏省建苑岩土工程勘测有限公司,江苏南京210029; 江苏省建筑设计研究院有限公司,江苏南京210029) [摘要】针对《南京地区地基基础设计规范》(DGJ32/J12—2005)有关基坑悬臂式与单支点支护结构抗倾覆安全系数取 值高于其他相关规范问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,通过理论分析,规范释义,查阅相关科研成果,社会调查和经验总结,阐明了抗倾覆安全系数的性 质.根据本地区软土特性,以安全可靠为前提,论证了"南京规范"抗倾覆安全系数取值偏高的事实,以供"南京规范"在执行 过程中不断完善和提高作参考,以避免造成社会财富的浪费. [关键词】抗倾覆安全系数;荷载分项系数;嵌固深度;软土 [中图分类号】TU202:TU47[文献标识码】A[文章编号】1005—6270(2007)02—0048—04 HowtoComprehendtheFactorofSafe~AgainstOverturning toFoundation--ExcavationRetainina —— C打ticis腼on"CodeforDesignofBuildingFoundationinNanjingArea" HANYun—qiaoWEIJieTAOMao—zhi (1.N,mjingCityCommitteeofConstraction,NanjingJiangsu210018China; 2.JiangsuProvincialGeotechnieSurveyofJianyanCo..Ltd.NanjingJiangsu210029China; 3.JiangsuProvincialArchitectureDesignInstituteCo.,Ltd,NanjingJiangsu210029China) Abstract:Thefactorofsafetyagainstoverturningonretainingstructureforfoundationexcavationascantileveror single— fulcrumpilesinrowismuchhigheraccordingtothe"codefordesignofbuildingfoundationinNanjingarea" thanthatofotherrelatedcodeofourcountry.Itisprovodinthispaperthatthesafetyfactorbythe"Nanjingcode"is toohighandisnotnecessaryincomparisonwithdemandedbasedonthetheoreticanalyzing,code'Sideasexplaining, scientificresearchdocumentsconsulting,socialinvestigatingandengineeringexperiencessummarizingtothisissue; alsobasedonthecharacteranalyzingtothesoftsoilofmodemYangtseRiverdepositsinNanjing.Theconceptofthe factoraboveisclarifiedrepeatedlyinthepaperprovidodfortheprogressandperfectionofthe"Nanjingcode"toavoid thesquanderofsocialwealth. Keywords:factorofsafetyagainstovertuming;specificcoefficientofalord;embeddeddepth;softsoil 0引言 《南京地区地基基础设计规范》(DGJ32/J12—2005)(简 称"南京规范")第10.4节规定:对于悬臂式及单层支点支 护结构,按抗倾覆稳定性确定的嵌固深度设计值宜按下 列公式确定: h?Ep广1.357da?E?0(10.4.2—1) h?E.+T1(H【】+t)一1.357da?EI?0(10.4.2—4); 国家行业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—99) (简称"国家规程")相应的公式为: h?Ep广1.oh?E,?0(4.1.1—1) hp?E.+TI(H"+t)一1.oh?E?0(4.1.1—4). "南京规范"把抗倾覆安全系数(注:本文只讨论悬臂式 与单支点支护结构)提高了1.35/1.2=1.125倍,计算 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 嵌固深度提高的则更多.根据"南京规范"编制条文说明中, 嵌固深度的修改理由似乎有2条: (1)对具有深厚软土层的南京地区而言,C,午值很低, 主动土压力随着嵌固深度增加而加大,其幅度较大,而被动 土压力虽然也增大,但增幅较小,势必使嵌固深度很大,对 此应首先加固被动区,以增大C,午值. (2)对单层支点支护结构由于结构的平衡是依靠支点 及嵌固深度二者共同支撑的.同样应具有足够的嵌固深度, 才能保证结构的稳定性.公式(10.4.2—4)是按采用等值梁 建立的,所确定的嵌固深度值可大于整体稳定及抗隆起的 【收稿日期】200612-13. [作者简介】韩云乔,~(1934一),南京市建设委员会,教授级高级工 程师. 江苏建筑2007年第2期(总第112期)49 要求. 第(1)款理由显然与将抗倾覆系数1.2修改为1.35不 相关联.南京河西长江漫滩软土层厚度与分布很不均匀,有 些软土中夹有薄层状粉土,粉细砂,土层的物理力学性质差 异较大.河西软土的主要问题是抗剪强度参数C,值的合 理取值.假如因此大幅度提高抗倾覆系数,不但对河西软土 针对性不强,而将"南京规范"覆盖区域内的"抗倾覆系数" 均作提高则也不符合逻辑. 第2款理由出自《建筑基坑支护技术规程》条文说明, 说明"南京规范"与lfI家规程"的解释理由与依据完全相 同.在"国家规程"的基础上再提高抗倾覆系数,显然没有足 够的支撑理由. 既然"南京规范"关于提高抗倾覆系数的条文与条文说 明之间缺乏基本的逻辑因果关系,那么,该系数的提高追寻 其缘由是否由于南京地区支护结构按"国家规程"计算嵌固 深度曾因此出现过工程事故抑或是实践经验的总结呢?回 答是否定的.自1987年到2005年,18年以来由于嵌固深度 不足发生的工程事故却鲜见报导.从南京老规范按等值梁 计算嵌固深度到按"国家规程"计算嵌固深度的过程看,因 计算方法原因而发生的倾覆事故或坑底变形过大而造成的 事故也屈指可数.如进香河住宅小区支护曾发生因倾覆变 形过大,而使珠江路小学房屋产生有害裂缝并被迫停课的 事故,但主要原因是因外部荷载计算错误及附加荷载取值 过小所致. 为正确合理地执行"南京规范",现就涉及抗倾覆系数, 嵌固深度的有关问题做如下讨论. 1取1.35的荷载分项系数是对国家规范的误解 有人提出作用在排桩上的土压力是永久荷载标准值, 按国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002),在 计算桩嵌固深度时应考虑为承载能力极限状态基本组合, 在计算桩的嵌固深度时应将1.27.提高到1.357..这是对国 家规范的误解.首先,国家《建筑地基基础设计规范》编委会 明确地提出,地基基础按两种极限状态设计,其荷载组合和 使用范围见《建筑地基基础设计规范理解与应用》"】一书中 的表3—1,3,2,3—3.引述如下: 支护桩的嵌固深度要满足地基土的强度和塑性变形要 求,埋入基坑底下一定深度以达到稳定和变形符合规范要 求.这是地基强度与变形问题,不是基础设计问题.其恒载 (土压力)荷载分项系数按国家规范编委会的规定是1.0而 表1地基基础设计两种极限状态荷载组合和使用范围 表2国家规范中的地基基础设计原则 规范地基基础设计原则 变形控制,控制地基不产生过大的塑 GB50(O7—2002性区,场地稳定按承截挺曜挞态计 算,分项系数取1.0. 表3国家规范中地基基础设计采用的荷载分项系数 不是1.35. 是指重要性系数,与周围环境,破坏后果,开挖深度, 地质水文条件,使用年代等多种因素有关,按安全等级来确 定. 国标GB50007—2002中第3.0.4条第三款明确指出,计 算挡土墙土压力,地基,斜坡稳定及滑移推力时,荷载效应 应按承载力极限状态的基本组合,其永久荷载的分项系数 均为1.0,(本条款为强制性条文).国家规程中的1.甜.应 理解为抗倾覆等稳定性验算时的安全系数,或称抗力分项 系数,而不应理解成永久荷载分项系数."南京规范"的抗倾 覆安全系数定为1.357o,不仅高于"国家规程"针对基坑(临 时性结构)确定的1.甜o,其数值也高于国家标准《建筑地基 基础设计规范》规定的相关支护结构抗整体倾覆稳定性系 数数值1.3(不考虑7.),高于国家标准《建筑边坡工程技术 规范》(GB50330—2002)规定的一级永久边坡的稳定安全系 数数值1.30(按圆弧滑动法计算). 2抗倾覆(嵌固深度验算)安全系数的合理取值 "国家规程"给出了保证安全可靠使用的最低界限标准 为1.甜o,"南京规范"提高到1.35.把界定保证安全可靠 使用的最低标准定为1.35,换句话说,如果达不到1.357. 就有失稳的安全问题.自1989年以来,本地区对于悬臂及 单层支撑的支护结构,计算嵌固深度所采用的抗倾覆系数 为1.1,1.2;1999年开始执行"国家规程"抗倾覆系数 1.甜o.10多年以来,市建委组织专家组评审基坑设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 约500多个工程项目,没有发生过因排桩设计的嵌固深度 不足而造成工程事故,也没有专家组因此而再次讨论的实 例. 有人提出河西软土地区C,值低,嵌固深度应该长一 些.因此,"南京规范"应比"国家规程"抗倾覆系数提高 1.125倍.事实上如果安全系数提高1.125倍,嵌固深度的 增加远大于1.125倍.上述两本规范的计算公式:对主动土 压力,坑底以上均采用三角形(或梯形)分布,坑底下为矩形 分布;对砂性土采用水土分算,对粘性土,粉土采用水土合 算;均采用朗肯土压力系数公式计算.无论是"南京规范"还 是"国家规程"计算方法,当C,值愈低,嵌固深度必然愈 大.暂且不论软土基坑要不要增加安全度指标问题.需要重 点指出,"南京规范"全南京地区均要执行,带有地方强制 50江苏建筑2007年第2期(总第112期) 南京市多个基坑工程在排桩外侧土中预埋于丽j 量测主动区土体的深部变形.现选取4个单层支点支护结 构墙后土体的侧向变形曲线如图1所示.从曲线(图2)aq~ 看出,主动土压力也不是按三角形线性分布增大的. 性.但是南京河西软土地区占全市区的面积逐示石 物理力学性质完全不同于软土的中密密实砂性土,可塑 一 硬塑粘性土,阶地土,残积土等地区,甚至强风化,中风化 岩层地区也要执行1.357o的抗倾覆安全系数,这种以小盖 大,由偏盖全的方法就会造成局部问题扩大化的局面,而且 也轻易地否定了多年来经过实践检验的几百个基坑的成功 经验. 3关于软土支护结构的嵌固深度 有人提出软土地区主动土压力按朗肯公式计算在坑底 下应为三角形分布,而"国家规程"采用矩形分布,安全可靠 指标不够,所以要将抗倾覆系数由1.甜.提高到1.357.. 两本规范土压力计算方法对软土和其他粘性土一样都 采用水土合算模式,这仅是一种简化的经验计算公式.1857 年朗肯(Rankine)发表了塑性平衡理论,建立了土压力计算 公式 d?=?(q+?rh)tan(45.一/2)一2Ctan(45.一/2) d被动:?rhtan(45.+/2)+2Ctan(45.+/2) 主动,被动土压力成线性增加,,故为三角形分布.土压 力随着排桩的深度增加而一直增加.这在理论上讲是不太 合理的,至少是不全面的. 众所周知,桩侧的土压力与桩土之间变形有关,基坑外 侧(墙后)为主动区域,在基坑没有挖土前土体处于平衡状 态,桩两侧土对桩的土压力均为静止土压力,由于基坑墙前 开挖土方而卸荷成临空面,使桩向坑内侧变形.墙后土压力 逐步减少,当变形达到极限状态时则为主动土压力.对墙后 主动区而言,桩单侧受力,达到塑性极限状态时土中的剪应 力等于土体的抗剪强度,当桩向基坑方向变形继续增大而 发生地基土的裂缝,土体的抗剪强度降低为土的残余强 度.这充分说明了土压力与桩的变形和临空面高度(即开挖 深度),土层的力学性质,支撑的位置,刚度,水的渗流效应, 被动区(墙前)加固状态,桩长(嵌固深度),软土的时空效应 和蠕变效应等多种因素有关,是一个复杂的桩土相互作用 问题. 减少软土地区单支点排桩或悬臂桩变形的首要措施就 是合理的支撑位置和刚度,同时应充分重视软土的时空,蠕 变效应,采取被动区加固等措施.桩的嵌固深度达到一定深 度以前,嵌固段的加长对控制变形的"贡献"较大,超过这深 度时,随着嵌固深度的增加"贡献"则衰减很快.直至达到某 种嵌固深度时,其贡献就接近零,基本忽略不计.正如"国家 规程"条文说明所叙:"桩墙结构嵌固深度在一定范围内时, 增加嵌固耀度具有降低侧向抗力峰值及峰值作用点下移的 作用,因此,以被动土压力为极限条件确定嵌固深度基本能 达到按此嵌固深度计算出的弹性地基梁基坑内侧应力小于 或少量超过被动土压力的要求,亦即按简化的塑性条件来 确定弹性理论计算的基本嵌固深度".同时,选择恰当的嵌 固深度,可以调整桩的最大正,负弯矩分布与数值,使得正 负弯矩数值相等或相近,以达到沿桩身配筋率相等,工作状 态最佳,从而优化设计. r,, h:65—10 H D:S.e—i1 图1单支点支护简图 一 liIl0l申卑\0 图2测斜曲线 文献【2】叙述上海典型软粘土基坑的特征:在整个开挖 期间,有效侧向土压力是逐渐减小的,在开挖期间总的侧向 土压力是波浪式递减的.尽管基坑土层的软硬状态不同,但 侧向变形曲线最大值均在基坑底附近.软土层厚大,C,值 低,一般在基坑下1m一3m;随着C,值减低,支撑刚度 差,位置高,变形曲线最大值距基坑底的距离加大.虽然土 中的测斜管有相对值的关系,但也不难看出土层侧向变形 的基本规律性. 国内尤其是上海典型软土层桩侧土压力测试结果表 明,坑底土压力与支撑的层数,被动区加固措施,附加荷载 (房屋)的大小,软土的蠕变,基坑施工时间与基坑形状,尺 寸(即时空效应)等因素相关,其变化是复杂的,但总的是当 坑底下嵌固深度达到一定范围后,呈逐步减小的趋势.主 江苏建筑2007年第2期(总第112期)51 动,被动土压力并不一定呈线性递增. 文献[3]介绍的基坑开挖深度为9.9m,土质中等,该文 介绍了支护结构在悬臂支护,一桩一锚,一桩二锚等不同施 工工况阶段下,支护桩桩身弯矩沿桩长的变化曲线,表明弯 矩最大值在一9m,一12m之间.如果用朗肯主动,被动土 压力在坑底下呈三角形直线分布来计算悬臂及单,双跨外 伸梁弯矩,无论是桩身弯矩或最大弯矩的位置,数值,计算 结果与实例弯矩值相差很大.149年前的朗肯公式既没有考 虑桩与周围土的摩阻力(一般可增大1.2倍,1.6倍),也没 有考虑被动区由于卸载的超固结影响使被动土压力增大的 因素(增大1.1倍,1.3倍).对于地下水位高的南京软土 (夹粉细砂层)地区,其墙前,墙后水压力也没有考虑渗流效 应的影响.这些影响因素也是不应忽视的. 从南京河西地区采用排桩单支点的29个工程调查来 看,采用1.27.抗倾覆系数计算嵌固深度并没有发现异常现 象.理论与实践均表明,现规范采用坑下主动土压力按竖向 直线分布模式是合适的,没有因此需要提高抗倾覆系数的 理由. 4地方规范修订的原则与看法 编制规范是一件十分严肃的政策性极强的科研任务. 地方规范的可靠性指数,应通过对现有的结构构件进行可 靠度分析后加以确定,同时要考虑使用经验和经济因素,应 慎之又慎. 国家早有明文规定,地方规范的修改,首先应认真学习 和充分理解国家有关规范,规程,标准编制的依据,条文说 明和背景材料,在认真总结本地区设计,施工经验的同时, 调查了解本地区在执行国家规范方面的实际状况和存在问 题,以确定本地区规范编制的原则与方向.地方规范的编 制,应广泛收集本地区工程实录和科研成果,依靠本地区广 大专家充分研讨,分析,总结,并参照外省,市规范和充分听 取外地专家意见,方能成功编制一本具有地方特点又符合 实情的地方规范. 当发现国家规范标准有些条款确实不完全适合本地区 的情况时,首先应该充分发扬技术民主,广泛征求大多数专 家的意见,尤其是不同意见,在统一大多数专家意见的基础 上,根据本地区充分实践依据和必须的理论分析,可对国家 规范和标准进行补充与充实.如有重大修改,还应该征求国 家规范,标准编委会有关专家的意见方为稳妥.地方规范同 国家规范一样,毫无疑问应当是可靠技术和成熟经验的总 结,对于显着高于常规的安全可靠指标与设计要求,不应采 用(地方)强制性规范条文的形式表达,而应让市场,业主或 建设单位根据需要来实现,否则会给国家,企业,人民带来 很大的浪费或损失. 5结语 5.1支护桩的嵌固深度与嵌固作用是一个复杂的,受多种 因素影响的桩土相互作用问题.对于包括软土在内的各类 土质基坑,其嵌固作用有一定的深度界限,超过这一界限, 其超过部分对限制桩的侧向变形和嵌固作用帮助不大.实 践中如何选择最佳嵌固深度,则需要深入调查研究,认真总 结工程经验并做大量的测试工作,而不是以简单地提高抗 倾覆系数来处理. 5.2根据多方位地理论分析,依据本地区大量工程实践经 验,并参考国内近年来发表的若干文献,我们得出,"南京规 范"将排桩计算嵌固深度的抗倾覆系数由1.2"/o提高到 1.35"/.,不仅是对国家规范标准的误解,且过于保守,会严重 浪费社会财富. 5.3南京河西软土区是南京地区的一个局部区域性问 题.对河西软土特性,应做针对性的深入具体研究,制定针 对性措施具体对待,不能以偏盖全,以河西软土的特殊性作 为提高全南京市抗倾覆系数的根据.即使是河西软土,其最 主要的问题是C,值的合理取值,而不是抗倾覆系数不够 的问题. 5.4计算排桩嵌固深度的抗倾覆安全系数由1.2"/.提高到 1.35.y.,既有技术问题也有经济政策问题,规范为强制性标 准,应该十分慎重.南京规范实施几个月来,社会上对此已 有较多反映.按此计算支护桩长度不但高于国家规范规程 的要求,也否定了10多年来的成功经验数值,造成了社会 财富的严重浪费.建议有关部门对"南京规范"广泛地收集 在执行中的反映意见,组织专家认真讨论地方规范可靠性 指数的定位,比较科学合理地界定保证安全使用的最低界 限标准——以不满足地方规范就会产生不安全问题为原 则. 参考文献 [1】腾延京.建筑地基基础设计规范理解与应用[M】.北 京:中国建筑工业出版社,2004:7,11. 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