一、任务介绍
基坑围护结构的稳定性，是指基坑开挖形成的土质边坡，有可能在基坑地面以下一定深度绕过围护结构，形成滑动面，造成整体滑动。通常假设土体失稳的滑动面为圆弧滑动面，采用条分法分析其滑动稳定性。
二、理论知识
支护结构的稳定性包括墙后土体滑动失稳、坑底隆起、管涌和基坑周围土体变形。
1．支护结构的整体稳定性验算
对单支点支护结构，如果有足够的锚固长度，可以认为不会发生整体滑动失稳。对多支点支护结构，若支撑不发生弯曲，或有足够的锚固长度，一般也不会发生整体滑动失稳。对悬臂式支护结构，可采用条分法进行验算。
2．坑底隆起验算
在软土层中开挖深基坑时，若支护结构背后的土体重量超过基坑地面以下地基的承载力时，地基的平衡状态就会被破坏，从而发生坑壁土流动、坑顶下陷、坑底隆起的想象。为防止发生这种现象，需要验算地基是否会隆起，常用的验算方法有以下两种。
1）地基稳定性验算法
假定在重量为W的土体作用下，土体下的软土地基沿圆柱面BC弧面发生破坏和产生滑动（见图9－23），此时转动力矩为
Md＝Wx／2 （9－36）
式中：W——沿基坑方向单位长度土体作用在基底处的竖向力。
W＝（q＋γh）x （9－37）
稳定力矩为
当土层为匀质土时，有
Mr＝πτx2 （9－39）
式中：τ——地基土不排水时的剪切强度，在饱和软黏土中，τ＝c（c为黏聚力）。
要保证坑底不隆起，需满足下式：
k＝Mr／Md≥1．2 （9－40）
上述方法未考虑土体与支护结构间的摩擦力，也未考虑AB面上土的抗剪强度对土体下滑的阻力，所以偏于安全。
图9－23 坑底隆起验算计算图
图9－24 地基承载力公式验算法
2）地基承载力公式验算法
这一方法把桩尖平面视作基底，按地基承载力公式验算（见图9－24），其验算公式如下。
式中：γ——土的重度；
c——土的黏聚力；
q——地面超载；
Nc、Nq——地基承载力系数。
用Prandtl公式时，Nc、Nq按下式计算。
并要求ks≥1．1～1．2。
用Terzaghi公式时，Nc、Nq按下式计算。
并要求ks≥1．15～1．25。
3．管涌验算
验算管涌的方法有很多种，比较常用的有以下几种。
1）一般方法
要避免基坑底部土体发生管涌破坏，需满足式（9－44）。
图9－25 管涌计算简图
式中：k——安全系数；
γ′——土体的浮重度；
j——动水压力，j＝i·γω＝
；
i——水力梯度；
γω——水的重度；
h′——水头差，见图9－25；
2t＋h′——最短渗透路径，见图9－25。
因此，要保证不发生管涌破坏，插入深度要满足式（9－47）。
t≥（kh′γω－γ′h′）／2γ′ （9－47）
2）施内贝利（Schneebeli）法
（1）第一种情况。支护结构插入坑底部分位于比较不透水的土层中，见图9－26（a）。其验算公式为
式中：h C——C点水头压力；
h B——B点水头压力。
（2）第二种情况。支护结构插入坑底部分位于比较透水的土层，并且具有明显的各向异性，见图9－26（b），此时h C－h B≈h′。要保证不发生管涌破坏，需满足式（9－49）。
图9－26 坑底管涌验算示意图
3）米哈伊洛夫建议的方法
具体操作步骤如下。
L总＝∑L水平＋m∑L垂直≥Cih′ （9－50）
式中：L总——总的渗透流长度；
∑L水平——水平渗流长度之和；
∑L垂直——垂直渗流长度之和；
m——换算系数，两层或更多挡土结构时m＝2．0，一层挡土结构时，m＝1．5；
h′——计算水头差；
Ci——系数，一般可采用以下数值：细砂8～10，中砂和粗砂6～7，粉质黏土4～5，黏土3～4。
在进行管涌验算时，一般可同时用几种方法进行验算。
4．基坑周围土体变形计算
在大中城市建筑密集地带开挖深基坑时，周围土体的变形是一个不容忽视的问题。若变形太大必然会影响建（构）筑物的正常使用，使地下水管线受到破坏。
基坑周围土体的变形与支护结构的横向变形、施工降水有关。如果开挖基坑时，支撑或锚杆加设及时，则支护结构横向变形较小，地面沉降也小；如果支撑或锚杆加设不及时，或坑边有大的超载，则支护结构的横向变形就大，地面沉降也相应增大。
对于由支护结构横向变形引起德地面沉降值，可参考以下方法进行计算。
1）Peck简化方法
Peck所提简化计算方法的计算程序如下。
（1）计算支护结构的横向变形曲线。
（2）以积分方法求出支护结构及横向变形曲线包括的体积Vω。
（3）按下式计算地面沉降影响距离。
式中：H——支护结构长度；
D——地面沉降距离；
φ——土的内摩擦角。
（4）按下式计算基坑边的地面沉降值。
δsσ（o）＝4Vω／D （9－52）
式中：δsσ（o）——基坑边处的地面沉降量。
（5）按下式计算距离基坑边x处的地面沉降值。
δsσ（x）＝δsσ（o）（x／D）2＝4Vω／（D3x2） （9－53）
2）Clough与O′Rourke图示法
1990年，Clough与O′Rourke以图示的方式表示了在各种土质中进行基坑开挖所导致邻近区域沉陷量的估量，见图9－27、图9－28和图9－29。
图9－27 砂性土沉陷量估算图
图9－28 粉土、塑状黏性土沉陷量估算图
图9－29 软塑与可塑状黏性土沉陷量估算图
最大沉陷量δmax的确定方法如下。
（1）对于坚硬、硬塑状黏土及砂性土，有
δmax／H＝0．2％～0．3％
（2）对软塑、可塑状黏性土，有
k≤1．2时， δmax／H＝0．2％
k≥2．0时， δmax／H＝0．5％
式中：k——安全系数。
三、任务实施
【例9－3】 某基坑工程采用6m钢板桩支护，钢板桩入土3m，采用28a＃槽钢进行一层纵向支撑。本承台基坑为有桩承台，在7m×7m基坑范围内布置有4根φ1 200钻孔桩，桩长42m，并且基坑底部采用集水井降水措施，试对该基坑工程坑底隆起验算。
【解】 根据公式 
式中：γ——土容重，取18kN／m2；
D——钢板桩入土深度，取3m；
H——钢板桩外露长度，取3m；
c——土黏聚力，取18kN／m2；
q——基坑外荷载，取30kN／m2。
采用Prandtl公式，内摩擦角φ＝18°，则
故满足要求。
【例9－4】 某桥梁桩基施工时采用围堰筑岛施工，承台施工采用钢板桩围堰支护施工。桥梁承台横桥向长16．2m，顺桥向长5．9m，高2m。考虑施工各种因素，承台采用18．6m× 8．4m的钢板桩围堰施工。施工地区地表1．5m筑岛回填土，回填土以下12m范围内为中砂。设计钢板桩采用U575×180冷弯钢板桩，由于基坑深6m，钢板桩按12m计算稳定性，钢板桩围堰内做双拼40a工字钢围堰支撑。试对该基坑工程进行管涌验算。
【解】 本例中对应的管涌验算简图如图9－30所示。
根据公式 
本工程取γ′＝（20－10）kN／m3＝10kN／m3，H＝5m，t＝6m，h′＝5m，γω＝10kN／m3，则
故满足要求。
图9－30 管涌验算简图
四、任务小结
基坑稳定性包括整体滑动稳定性、坑底隆起稳定性、渗流稳定性等，对于不同的深度基坑以及不同的地质条件和周边环境，可能仅仅需要考虑其中的一部分就可以了。需要针对具体的工程问题进行具体分析。
五、拓展练习
1．水泥土桩墙支护结构的抗倾覆稳定和抗滑移稳定，哪个更容易满足？条件是什么？
2．基坑底稳定验算需做哪些验算？它们所依据的条件是哪些？
3．支护结构稳定验算包括哪些？
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
