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工程實例

根據基坑可靠度研究的現狀以及考慮到各地同一類土的物理力學性質存在較大的差別，土的物理指標和抗剪強度指標隨著區域的不同而變化，土性參數具有變異性大、區域性強等特點，其數據統計不能過大，具體的巖土工程設計必須根據所處的場地土性進行;又限于錨樁支護形式的基坑的復雜性，本文結合遼寧省地區的某個具體的工程來進行可靠度的研究。

工程地質條件

根據遼寧省抗震防災基礎資料，勘察場地在區域地質構造上講，位于華北地塊內，根據地質構造活動的特點，位于遼北凹陷地塊內，大地構造上處于遼東塊隆與下遼河－遼東灣塊陷相交接的部位。場地地表大部分為人工棄土，地形坑洼不平、存在未清理舊基礎以及人為采砂形成的大坑，但總體地勢平緩，局部高低起伏較大，地面標高介于41.85～48.26m。地貌類型屬渾河高漫灘及古河道。根據鉆探揭示，場地勘察深度范圍內的地層結構由第四系全新統人工填筑層(Qml4)、第四系全新統渾河高漫灘及古河道沖洪積層(Qal+pl4)組成。

基坑支護工程設計

本基坑周長為1548m，垂直支護長度為339m，其余為自然放坡。基坑開挖深度為11.8～16.7m，基坑北側10m處存在已建成的鋼筋混凝土防洪堤。基坑的設計計算分為五個剖面去進行，1-1剖面支護方式采用旋挖混凝土做護坡樁，附四層錨索錨拉，樁頂設一道冠梁，樁間噴射混凝土的聯合支護體系;2-2剖面支護方式采用旋挖混凝土做護坡樁，附二層錨索錨拉，樁頂設一道冠梁，樁間噴射混凝土的聯合支護體系;3-3剖面采用二級自然放坡加土釘、掛網噴射混凝土支護方式;4-4和5-5剖面支護方式采用懸臂、樁頂設置一道冠梁，樁間噴射混凝土的聯合支護體系。本文只討論基坑1-1剖面支護的可靠度，其具體支護體系設計見圖1。樁后各土層有:細砂、黏土、中砂、礫砂、圓礫可看出，各土層的分布厚度并不是連續一致的，為使計算簡便，現根據實際情況假設各土層的厚度是個定值，其值如表1所示。

計算相關參數及其選取

基坑支護可靠度設計所涉及的隨機變量，大致可分為:與土性參數有關的隨機變量，主要為內摩擦角φ、黏聚力c、重度γ;基坑外側附加荷載;支護結構本身的變異性。其中基坑外側附加荷載和支護結構本身的變異性與摩擦角φ、黏聚力c、重度γ等隨機變量的變異系數相比非常小，對基坑的可靠度計算影響很小，故可當做常量處理。根據土性參數的統計分析可知各土層土性參數重度γ、黏聚力c和摩擦角φ的均值、其標準差和變異系數。根據各土層的自相關距離，進而求出方差折減系數Γ2(H)，最后根據表1最后可把樁后各土層厚度“點”方差轉化為“均值”方差，結果如表2所示。

樁錨支護形式的基坑可靠度計算數學模型

根據現行的設計規范JGJ120－99《建筑基坑支護技術規程》要求，本論文所研究的樁錨支護形式的基坑的可靠度，主要考慮:整體穩定性的驗算、抗傾覆穩定性驗算以及支護結構的強度的計算。根據土性參數的統計分析和圖1可知本基坑支護結構底部不存在軟弱下臥層，所以不會發生整體失穩，從而沒有必要進行整體穩定性驗算;支護結構的強度方面主要是驗算排樁的強度是要保證排樁截面具有足夠的抗壓、抗彎強度和抵抗剪切的能力來抵抗土壓力的作用，根據大量的工程實際經驗可知很少由于排樁的承載力不夠而引發基坑破壞，本文在此不作考慮。所以本文只考慮抗傾覆穩定性驗算。

抗傾覆穩定性功極限狀態方程:根據樁錨支護形式的基坑抗傾覆穩定性安全系數的定義，可以推導出樁錨支護形式的基坑抗傾覆穩定性的極限狀態方程如下：式中，R為抗力;S為荷載效應;Mp為被動土壓力及支點力對樁底的彎矩，對于內支撐支點力由內支撐抗壓力決定;對于錨桿或錨索，支點力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值;Ma為主動土壓力對樁底的彎矩。式中，Eai為每層主動朗肯土壓力;Epi為每層被動朗肯土壓力;Hi為每層朗肯土壓力至樁底的垂直距離;Fi為錨索的錨固力;li為錨索樁底的豎直距離。

基坑目標可靠指標的計算結果的確定

通過以上所述可知安全系數與可靠指標β存在一定的關系式，故可通過此公式可求得目標可靠度指標，本基坑的安全系數界限值為［K］=1.2，其目標可靠指標的計算結果見表3。采用JC方法和蒙特卡洛法(MonteCarlo法)分別計算當前基坑的可靠性指標，其計算結果見表4。通過表3可知，此基坑的目標失效概率非常小，是為人們所能接受的，其目標可靠度指標是合理的。從表4可看出當前基坑的可靠性指標β大于基坑的目標可靠性指標β0，這與傳統方法求得基坑的安全系數1.668大于規范規定的1.2，其結果是一致的，說明此基坑的安全度符合規范的要求可以看出用破壞概率的形式給出基坑的可靠度比較簡單、直觀易于人們接受。

從表3可看出，在同一個工程，安全系數一樣的情況下，利用“點”均值和“點”標準差計算的結果和利用“空間”均值和“空間”標準差計算的結果也有一定的差值。后者的可靠度指標β值要要大于前者可靠度指標β值，這說明利用“空間”均值和“空間”標準差計算的基坑可靠度要大于利用“點”均值和“點”標準差算的基坑可靠度。這是因為安全系數只與相關的土性參數如內摩擦角φ、黏聚力c、重度γ的均值有關，而可靠度指標和破壞概率除與相關土性參數的均值有關外，也與土性參數的變異系數有關。這也說明可靠度指標比安全系數更全面、真實反映了基坑的可靠度。

結語

本文介紹了現階段建筑結構中常用來計算目標可靠指標的方法，即“校準法”，此方法通過對現行規范的大量反復計算，得出現有工程結構中相應的可靠指標值，繼承了現行規范規定的結構設計的可靠度水準，比較可信。故引用此方法計算得到本文基坑的抗傾覆穩定性目標可靠度指標，本文基坑的抗傾覆目標可靠度指標為2.55，相對應的破壞概率為0.54%，利用JC法求得的基坑的抗傾覆可靠度指標為3.15，相對應的破壞概率為0.082%，說明此基坑是安全的。從計算結果中可以看出此基坑可靠度較高，用可靠度指標來衡量基坑的可靠度比安全系數更全面、真實，并且用破壞概率的形式給出基坑的可靠度比較簡單、直觀易于人們接受。

作者：苗永陽 李慧方楹 王慶龍張春波單位：黑龍江省建筑設計研究院沈陽建筑大學