1.1　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

1.1.1　基坑開挖對(duì)地表的影響

寧波軟土地區(qū)建設(shè)的基坑大多處于城市復(fù)雜環(huán)境條件下，基坑周邊緊鄰重要的市政高架、重要道路、市政管線、建（構(gòu)）筑物、既有地鐵隧道等。基坑開挖勢(shì)必會(huì)對(duì)地表產(chǎn)生不良的影響，并且會(huì)影響人們的正常出行。深基坑施工問題越來越引起設(shè)計(jì)和施工人員的重視。

1.基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型

在基坑設(shè)計(jì)中如何選擇合理的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是基坑工程一項(xiàng)重要的內(nèi)容。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇涉及很多方面，比如周邊地質(zhì)情況、基坑開挖深度、基坑開挖面積等。目前，通常用到的基坑支護(hù)方式主要有以下幾種：重力式水泥土墻、高壓旋噴樁、鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻、土釘墻、SMW工法。

2.圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移形態(tài)

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，不僅關(guān)系到結(jié)構(gòu)本身的安全與穩(wěn)定，而且會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響。根據(jù)目前圍護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范，一些大型基坑工程，特別是周邊環(huán)境較為復(fù)雜，一旦出現(xiàn)問題影響很大，對(duì)該類基坑，變形控制是圍護(hù)設(shè)計(jì)的主要原則。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在很早以前就開始了這方面的研究。

根據(jù)Clough和O’Rourke的研究，圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移形式大致可以分為三種，如圖1.1所示。

基坑由于土方開挖引起的圍護(hù)變形位移形態(tài)基本可以分為三種。第一種為懸臂式位移形態(tài)，即圖1.1（a）。最大變形發(fā)生在基坑頂部，變形隨深度的增加逐漸減小，這是由于基坑頂部沒有支撐構(gòu)件，變形發(fā)展較大。第二種為深槽向內(nèi)位移，即圖1.1（b）。基坑頂部由于存在可靠支撐作用，變形被抑制，中部變形發(fā)展較大，兩端變形較小。第三種為上述兩種變形形態(tài)的組合，即圖1.1（c）。在開挖初期圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部尚未架設(shè)支撐，變形為懸臂式，頂部變形較大，在支撐架設(shè)完畢后，頂部變形受到抑制，整體變形表現(xiàn)為第一種與第二種變形形態(tài)的結(jié)合。Peck的研究發(fā)現(xiàn)，基坑開挖工況會(huì)影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移模式。若在挖土起始階段就在圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部施加支撐，端部變形較早期未施加支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)明顯減小。

3.圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移特性

Masuda收集日本范圍內(nèi)52個(gè)地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)類基坑的施工及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，砂土類土質(zhì)中，連續(xù)墻的最大側(cè)移約為0.05％H～0.5％H（H為基坑開挖深度，下同），黏土類土質(zhì)情況下，最大側(cè)移基本上都小于0.5％H，采用坑底抽條或滿堂加固方法，可以有效減小位移，同時(shí)增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。最后，總結(jié)出一個(gè)將基坑的開挖深度、地質(zhì)條件、施工工藝等因素考慮在內(nèi)的變形經(jīng)驗(yàn)公式。YooC.收集韓國(guó)首爾地域?yàn)橹鞯幕庸こ虒?shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以系統(tǒng)的整理為基礎(chǔ)，深入研究了各圍護(hù)形式的變形規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)墻類基坑最大側(cè)移平均值約為0.05％H，其余支護(hù)形式（水泥土攪拌樁、鉆孔灌注樁、SMW工法）類基坑最大側(cè)移平均值基本介于0.13H～0.15％H之間，錨桿類基坑與支撐類基坑對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，錨桿類基坑最大側(cè)移值略小。

Moormann廣泛收集了世界各地大量的基坑實(shí)測(cè)變形數(shù)據(jù)，根據(jù)地質(zhì)條件不同，分為軟土、硬黏土、砂土、成層土和巖石五大類。通過分析各種土層條件下支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，探討了不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)變形模式的響應(yīng)。其中軟土中27％的基坑最大變形大于1％H，40％的基坑最大變形介于0.5％H～1％H，33％的基坑最大變形小于0.5％H。安關(guān)峰等充分利用廣州地區(qū)眾多地鐵車站基坑施工的詳細(xì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析不同基坑變形規(guī)律，結(jié)合三維模擬軟件進(jìn)行計(jì)算分析，將模擬值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)各個(gè)基坑在設(shè)計(jì)、施工方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。徐中華對(duì)收集到的上海地區(qū)三百多個(gè)基坑工程資料進(jìn)行了詳細(xì)的整理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，深入研究了上海地區(qū)常規(guī)順作及逆作法基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，將順作法與逆作法基坑各自的變形特點(diǎn)、變形異同點(diǎn)進(jìn)行了說明與揭示，形成有關(guān)揭示變形規(guī)律的圖表，可以用來預(yù)測(cè)基坑變形。

李琳等在整理和全面分析杭州和上海軟土地區(qū)46個(gè)深基坑的實(shí)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究和總結(jié)，得出以下結(jié)論：基坑支撐系統(tǒng)的相對(duì)剛度隨著開挖深度的增加迅速增加，相對(duì)最大側(cè)移得以保持平穩(wěn)值，最大側(cè)移基本上發(fā)生在開挖面附近，但隨著開挖深度的加深有上升的趨勢(shì)，基坑變形與抗隆起穩(wěn)定系數(shù)大小關(guān)系密切。談金忠等通過對(duì)深基坑的變形機(jī)制和影響因素的分析得出，影響深基坑變形的因素較多，主要控制因素有：工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性以及基坑開挖的時(shí)空效應(yīng)等。

4.墻后土體變形性狀研究

基坑開挖后，由于坑內(nèi)土壓力消散，在坑外土壓力的作用下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)產(chǎn)生變形，土體隨之產(chǎn)生向坑內(nèi)的位移。深層土體的側(cè)向移動(dòng)導(dǎo)致土體在豎直方向產(chǎn)生沉降變形，即圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻后土體沉降。墻后土體沉降值與范圍大小直接決定了基坑變形對(duì)周邊環(huán)境的影響程度，很多文獻(xiàn)在這方面開展了廣泛的研究。在1969年第九屆國(guó)際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會(huì)議的報(bào)告上，Peck以芝加哥、奧斯陸等地基坑工程實(shí)測(cè)地表沉降資料基礎(chǔ)提出了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線，該曲線依據(jù)不同土層分類，研究沉降值、沉降范圍，同時(shí)可以根據(jù)該曲線進(jìn)行沉降預(yù)估。沉降曲線如圖1.2所示。

Sugimoto根據(jù)地質(zhì)條件不同將84個(gè)基坑分成三類，分別為砂土類、黏土類和混合土層類，通過對(duì)實(shí)測(cè)墻后地表沉降數(shù)據(jù)的整理分析，給出了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)圖表來預(yù)估基坑墻后最大沉降。該方法先根據(jù)基坑的開挖深度、樁（墻）體插入比等圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本參數(shù)確定系數(shù)α，最后根據(jù)α值通過圖表來查詢預(yù)測(cè)地表變形值。WooS.M.根據(jù)臺(tái)北地區(qū)基坑實(shí)測(cè)資料，將墻后地表沉降與開挖深度進(jìn)行無量綱化處理后發(fā)現(xiàn)，墻后最大沉降值基本上位于0.25～1倍最大側(cè)移之間，即最大沉降值基本小于最大側(cè)移值，若最大沉降值超過最大側(cè)移值，則該基坑有可能發(fā)生局部破壞。

OuC.Y.根據(jù)多年對(duì)基坑工程的研究后得出，基坑墻后地表沉降模式很大程度上與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形模式有關(guān)。根據(jù)沉降類型的不同，將沉降曲線分為三角型與凹槽型兩種類型。三角型曲線最大沉降發(fā)生在基坑邊，沉降值隨著距坑邊距離的增大而減小；凹槽型曲線最大沉降發(fā)生在距坑邊一定距離處。Long經(jīng)過對(duì)大量基坑變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，開挖面處為硬土層且基坑圍護(hù)范圍內(nèi)軟土厚度小于0.6H時(shí)，支撐、錨桿和逆作法類基坑墻后最大沉降平均值為0.11％H、0.12％H和0.2％H。若圍護(hù)范圍內(nèi)軟土厚度大于0.6H，最大沉降平均值為0.39％H。

盧俊義收集上海地區(qū)50個(gè)連續(xù)墻類基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，整理后發(fā)現(xiàn)，若開挖深度小于15m，墻后最大沉降值基本上位于0.18％H～0.48％H之間，平均沉降值為0.26％H。若開挖深度大于15m，墻后土體最大沉降值基本上位于0.24％H～0.88％H之間，平均值為0.48％H。

綜上可以看出，圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移模式、墻后地表沉降模式不僅受到地質(zhì)條件的影響，同時(shí)還受到開挖受到、圍護(hù)形式、施工水平等眾多因素的共同影響。

5.降水對(duì)地表的影響

基坑開挖的過程中，當(dāng)承壓層水頭的壓力大于承壓層上覆土的重量的時(shí)候，將會(huì)發(fā)生突涌破壞。因此在深基坑設(shè)計(jì)和施工時(shí)需要處理好承壓水。

駱祖江以上海地鐵某隧道基坑降水為例，建立地面沉降與三維滲流耦合模型，采用有限差分模擬。研究結(jié)果表明該耦合模型具有很高的可信度。楊天亮以上海某地鐵車站為研究背景，對(duì)該車站深基坑降水進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，分析該降水引起的地面沉降效應(yīng)。研究表明，導(dǎo)致基坑周邊地面沉降的主要原因是減壓降水，控制地面沉降的有效辦法是地下水的回灌。對(duì)于基坑減壓降水，需要基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)一考慮。張蓮花研究認(rèn)為，基坑減壓降水不可避免地帶來地表的沉降，為達(dá)到基坑減壓降水帶來地表的不利影響，提出降水量最優(yōu)問題，優(yōu)化降水設(shè)計(jì)方案，降低降水對(duì)地表沉降的影響。

朱瑤宏等人結(jié)合寧波軌道交通1號(hào)線一期工程，對(duì)13個(gè)車站地下連續(xù)墻深基坑工程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移和墻后地表沉降兩方面對(duì)連續(xù)墻的變形特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：最大側(cè)移介于0.18％H～0.8％H（H為開挖深度），平均為0.39％H，較其他地區(qū)大，最大側(cè)移所在深度基本位于開挖面附近，且隨墻底以上軟土厚度的增加而增大；寧波地區(qū)深基坑坑底抗隆起穩(wěn)定系數(shù)FS宜取1.7；地表沉降主要分布于距離基坑2H范圍內(nèi)，最大沉降介于0.15％H～1.2％H，平均為0.69％H。最后，結(jié)合分析結(jié)果，提出了寧波地區(qū)深基坑變形控制標(biāo)準(zhǔn)。

趙國(guó)強(qiáng)結(jié)合寧波地鐵盛莫路站深基坑工程，獲取了整個(gè)施工過程全面詳實(shí)的監(jiān)測(cè)資料，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的孔隙水壓力、土壓力、墻頂水平位移、測(cè)斜、墻后地表沉降、墻頂沉降、支撐軸力進(jìn)行了處理分析，研究了寧波淤泥軟土深基坑的變形特征，并對(duì)設(shè)計(jì)及施工方案提出改進(jìn)意見。