支護(hù)樁水平承載力驗(yàn)算和巖土荷載作用下坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)抗震強(qiáng)度驗(yàn)算問題的分析

方玉樹

（1陸軍勤務(wù)學(xué)院，重慶 401311；2巖土力學(xué)與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401311）

0 引言

關(guān)于對(duì)支護(hù)樁是否或如何進(jìn)行水平承載力驗(yàn)算，全文強(qiáng)制的《建筑和市政地基基礎(chǔ)通用規(guī)范》（GB 55003—2021）（以下稱《地基通用規(guī)范》）沒有規(guī)定。關(guān)于對(duì)巖土荷載作用下的永久坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)是否或如何進(jìn)行抗震強(qiáng)度驗(yàn)算，該規(guī)范也沒有規(guī)定，如果認(rèn)為坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)抗震強(qiáng)度驗(yàn)算是《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》（GB 55002—2021）規(guī)定的事項(xiàng)，而不是《地基通用規(guī)范》規(guī)定的事項(xiàng)，那么《地基通用規(guī)范》通過第5.1.1條第7款和第5.2.1條第2款、第5.2.2條第2款對(duì)建（構(gòu)）筑物樁基抗震承載力驗(yàn)算事項(xiàng)作出規(guī)定就無法理解了。因此，是否或如何進(jìn)行支護(hù)樁水平承載力驗(yàn)算和巖土荷載作用下永久坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)抗震強(qiáng)度驗(yàn)算成了一個(gè)問題。本文對(duì)此進(jìn)行分析。

1 關(guān)于支護(hù)樁水平承載力驗(yàn)算

對(duì)支護(hù)樁進(jìn)行水平承載力驗(yàn)算是理所當(dāng)然的，因?yàn)閷?duì)建（構(gòu)）筑物中的承受豎向荷載和水平荷載的基礎(chǔ)樁既要進(jìn)行豎向承載力驗(yàn)算，又要進(jìn)行水平承載力驗(yàn)算。

根據(jù)《地基通用規(guī)范》“樁基”一章第5.2.3條，單樁水平承載力驗(yàn)算應(yīng)符合下式規(guī)定：

式中：Hik——作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下作用于基樁i樁頂處的水平力（kN）；Rh——單樁基礎(chǔ)或群樁中基樁的水平承載力特征值（kN）。

《地基通用規(guī)范》“樁基”一章位于“天然地基與處理地基”一章和“基礎(chǔ)”一章之間，且上述規(guī)定已明確上式中的水平力是作用于樁頂處的，因此，這里的“樁基”是建（構(gòu)）筑物中的基礎(chǔ)，不是坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)中的樁（支護(hù)樁）。

根據(jù)該規(guī)范第2.2.2條第4款的規(guī)定[對(duì)坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度驗(yàn)算的要求和對(duì)建（構(gòu)）筑物中基礎(chǔ)材料強(qiáng)度驗(yàn)算的要求相同]可知，如果支護(hù)樁水平承載力驗(yàn)算采用水平承載力特征值概念和允許應(yīng)力法[就像《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）[1]所規(guī)定的那樣]，那是符合《地基通用規(guī)范》精神的。

然而，筆者主張支護(hù)樁水平承載力驗(yàn)算改用極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值概念和安全系數(shù)法。

筆者曾經(jīng)詳細(xì)論述過地基（樁基）承載力驗(yàn)算采用承載力特征值概念和允許應(yīng)力法改用地基（樁基）極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值概念和安全系數(shù)法的主張[2-3]。采用極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值概念和安全系數(shù)法時(shí)，支護(hù)樁水平承載力驗(yàn)算與建（構(gòu)）筑物地基（樁基）承載力驗(yàn)算有所區(qū)別的是：抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)中單樁承載安全系數(shù)取值需小于抗變形支護(hù)結(jié)構(gòu)中單樁承載安全系數(shù)。

在安全系數(shù)法中，從原則（即不考慮公式或試驗(yàn)誤差）上說，特定地質(zhì)和支護(hù)樁（包括其所受荷載的分布）條件下的單樁極限水平承載力有特定值，不因工況（是一般工況還是地震工況）、荷載類型（是抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載還是抗變形支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載）、地質(zhì)體類型（是視為巖體還是視為土體）而異，因這些因素不同而不同的是單樁水平承載安全系數(shù)。

當(dāng)支護(hù)樁水平承載力驗(yàn)算采用水平承載力特征值概念和允許應(yīng)力法時(shí)，單樁水平承載力特征值（指承載力許用值，下同）需要因巖土荷載類型（是抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載還是抗變形支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載）的不同而不同，這個(gè)問題的存在使得支護(hù)樁中單樁水平承載力特征值概念不具有單樁水平承載力的應(yīng)有特征，如同建（構(gòu)）筑物地基（單樁）承載力特征值需要因工況（是一般工況還是地震工況）和地質(zhì)體類型（是視為巖體還是土體）而異，使得建（構(gòu)）筑物地基（單樁）承載力特征值概念不具有地基（單樁）承載力的應(yīng)有特征。

關(guān)于支護(hù)樁水平承載力驗(yàn)算的上述主張，拙著[2]已有較多論述。

順便指出，該規(guī)定原文中“受水平荷載作用下”一語不合語法，應(yīng)改為“水平荷載作用下”或“受水平荷載作用時(shí)”。

2 關(guān)于巖土荷載作用下坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)抗震強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)《地基通用規(guī)范》第2.2.2條第4款和第5.1.1條第7款的規(guī)定[對(duì)巖土荷載作用下坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度驗(yàn)算的要求和對(duì)建（構(gòu)）筑物中基礎(chǔ)材料強(qiáng)度驗(yàn)算的要求相同，對(duì)建（構(gòu)）筑物樁基需進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算]可知，如果對(duì)巖土荷載作用下的永久坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震強(qiáng)度驗(yàn)算[就像《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）[1]所規(guī)定的那樣]，那是符合《地基通用規(guī)范》精神的。

（1）對(duì)巖土荷載作用下的坡體抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)不必進(jìn)行抗震強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)《地基通用規(guī)范》第5.2.1條，軸心和偏心豎向力作用下的樁基豎向承載力驗(yàn)算應(yīng)分別滿足（2）和（3）式、（4）和（5）式：

式中：Nk——作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下基樁或復(fù)合基樁的平均豎向力（kN）；NEk——地震作用效應(yīng)和作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下基樁或復(fù)合基樁的平均豎向力（kN）；Nk max——作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下基樁或復(fù)合基樁的最大豎向力（kN）；NEk max——地震作用效應(yīng)和作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下基樁或復(fù)合基樁的最大豎向力（kN）；R——基樁或復(fù)合基樁豎向承載力特征值（kN）。

由此可知，地震作用效應(yīng)和作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下建（構(gòu)）筑物單樁承載力豎向特征值是作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下建（構(gòu)）筑物單樁豎向承載力特征值的1.25倍，當(dāng)采用安全系數(shù)法時(shí)，作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下建（構(gòu)）筑物單樁豎向承載安全系數(shù)是地震作用效應(yīng)和作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下建（構(gòu)）筑物單樁豎向承載安全系數(shù)的1.25倍。

但是，抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)中單樁承載安全系數(shù)不因作用組合是作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合還是地震作用效應(yīng)和作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合而不同。

原因在于：地震工況是校核工況，該工況下坡體穩(wěn)定安全系數(shù)已經(jīng)明顯小于一般工況下坡體穩(wěn)定安全系數(shù)，地震工況下由按穩(wěn)定性公式反算法算得的坡體抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載，既可能大于一般工況下坡體抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載，也可能小于或等于一般工況下坡體抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載。無論地震工況下坡體抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載是否大于一般工況下坡體抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載，它都是剛好使坡體在地震工況下的穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到相應(yīng)穩(wěn)定安全系數(shù)的支護(hù)力之反力。

因此，當(dāng)用安全系數(shù)表示支護(hù)結(jié)構(gòu)安全度時(shí)，在理論上，坡體抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)可取1，或者說，坡體抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)極限承載力等于抗滑支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載即可。不過，坡體抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)極限承載力的確定存在明顯誤差，比如：抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載在豎直和水平方向上的分布也難以準(zhǔn)確確定，這導(dǎo)致抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)極限承載力的確定即使在構(gòu)件極限承載力計(jì)算無誤差時(shí)也有明顯誤差。如果為考慮抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)極限承載力這一新因素的誤差對(duì)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果的影響而提高穩(wěn)定安全系數(shù)，又會(huì)造成同一工程重要性等級(jí)和同一失穩(wěn)類型下的穩(wěn)定安全系數(shù)取值不統(tǒng)一。因此，抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)本身應(yīng)有一定安全度，但其安全度應(yīng)低于以主動(dòng)土壓力為荷載時(shí)所設(shè)計(jì)的擋墻。

由此可知，無論支護(hù)是何種形式，無論設(shè)計(jì)方法是安全系數(shù)法還是分項(xiàng)系數(shù)法，無論是就支護(hù)結(jié)構(gòu)材料而言還是就與支護(hù)結(jié)構(gòu)接觸的巖土體而言，抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)留有的安全度與計(jì)算工況是一般工況還是地震工況無關(guān)，換句話說，當(dāng)坡體支護(hù)以支護(hù)后的坡體穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定安全系數(shù)為要求時(shí)，相同的支護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)巖土荷載的能力是相同的。

（2）對(duì)巖土荷載作用下的坡體抗變形支護(hù)結(jié)構(gòu)不必進(jìn)行抗震強(qiáng)度驗(yàn)算

坡體抗變形結(jié)構(gòu)是用于約束坡體側(cè)向變形的，不是用于防范坡體失穩(wěn)的。當(dāng)?shù)卣鹱饔孟缕麦w穩(wěn)定性不滿足要求時(shí)，需進(jìn)行的治理是抗失穩(wěn)治理而不是抗變形治理。在治理后坡體抗震穩(wěn)定性滿足要求的條件下，地震作用只能造成坡體側(cè)向變形有所增加，而不會(huì)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。因此，對(duì)巖土荷載作用下的坡體抗變形支護(hù)結(jié)構(gòu)不必進(jìn)行抗震強(qiáng)度驗(yàn)算。

關(guān)于巖土荷載作用下的坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)抗震強(qiáng)度驗(yàn)算的上述主張，拙著[2]已有論述。

按《地基通用規(guī)范》第2.2.2條第4款和第5.1.1條第7款建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)和坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算規(guī)則，該規(guī)范沒有要求對(duì)巖土荷載作用下的永久坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震強(qiáng)度驗(yàn)算本是該規(guī)范的缺項(xiàng)之一，但根據(jù)上述分析，該規(guī)范這樣做卻是歪打正著。存在這種現(xiàn)象的原因是該規(guī)范的巖土荷載作用下坡體支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算規(guī)則是不正確的，沒有區(qū)分抗變形支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載和抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載，沒有正確計(jì)算抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載并考慮其特殊性[3]。

3 結(jié)論與建議

（1）《地基通用規(guī)范》沒有對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)中單樁水平承載力驗(yàn)算作出規(guī)定是該規(guī)范的一個(gè)缺項(xiàng)。建議支護(hù)結(jié)構(gòu)中單樁水平承載力驗(yàn)算采用安全系數(shù)法，其中巖土荷載由按穩(wěn)定性公式反算法計(jì)算時(shí)的單樁承載安全系數(shù)小于巖土荷載由巖土壓力法計(jì)算時(shí)的單樁承載安全系數(shù)。

（2）當(dāng)抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載采用按穩(wěn)定性公式反算法計(jì)算時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)抗震強(qiáng)度驗(yàn)算（包括截面強(qiáng)度驗(yàn)算和表面巖土強(qiáng)度驗(yàn)算）是不必要的。