畢業(yè)答辯模板-江南大學(xué)太湖學(xué)院課件

1、基坑變形估算1.概述及研究現(xiàn)狀2.基坑變形現(xiàn)象3.基坑變形機(jī)理4.地層損失法5.估算法6.縱向沉降7.基底隆起變形8.剛性擋土墻位移1. 概述及研究現(xiàn)狀 深基坑開挖不僅要保證基坑本身的安全與穩(wěn)定，而且要有效控制基坑周圍地層移動(dòng)以保護(hù)環(huán)境。在地層較好的地區(qū)（如可塑、硬塑粘土地區(qū)，中等密實(shí)以上的砂土地區(qū)，軟巖地區(qū)等）?；娱_挖所引起的周圍地層變形較小，如適當(dāng)控制，不致于影響周圍的市政環(huán)境，但在軟土地區(qū)（如天津、上海、福州等沿海地區(qū)），特別是在軟土地區(qū)的城市建設(shè)中，由于地層的軟弱復(fù)雜，進(jìn)行基坑開挖往往會(huì)產(chǎn)生大的變形，嚴(yán)重影響緊靠深基坑周圍的建筑物、地下管線、交通干道和其他市政設(shè)施，因而是一項(xiàng)很復(fù)雜而

2、帶風(fēng)險(xiǎn)性的工程。 目前國(guó)內(nèi)外有多種預(yù)測(cè)深基坑穩(wěn)定性的計(jì)算理論，但很少有對(duì)基坑周圍地層移動(dòng)性進(jìn)行估算的方法。近幾年大量的基坑工程實(shí)踐積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，也產(chǎn)生了一些較滿意的地層移動(dòng)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)方法，實(shí)際應(yīng)用效果較好。 基坑的變形計(jì)算理論能否較好地反映實(shí)際情況受很多因素的制約，除圍護(hù)體系本身及周圍土體特性外，較多地受施工因素影響，計(jì)算參數(shù)難以準(zhǔn)確確定，每一個(gè)計(jì)算理論都有其使用范圍，故計(jì)算中必須充分考慮到這一點(diǎn)。 此外，在軟土地區(qū)，基坑的變形計(jì)算還需考慮時(shí)空效應(yīng)的影響，一般認(rèn)為，在具有流變性的軟土中，基坑的變形（墻體，土體的變形）隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，分塊開挖時(shí)留土的空間作用對(duì)基坑變形具有很好的控制作用，

3、時(shí)間和空間兩個(gè)因素同時(shí)協(xié)調(diào)控制可有效地減少基坑的變形。 目前，在城市基坑工程設(shè)計(jì)中，基坑變形控制要求越來越嚴(yán)格，此前以強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)為主的方式逐漸被以變形控制設(shè)計(jì)為主的方式所取代，因而基坑的變形分析成為基坑工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)極重要的組成部分，這一點(diǎn)在軟土地區(qū)尤為重要?；幼冃慰刂频难芯楷F(xiàn)狀 土建工程施工控制的概念，最初是由 Yao JT P于 1972年首次提出的，它的基本思想是依靠結(jié)構(gòu)物與控制系統(tǒng)間的優(yōu)化匹配，共同抵御工程及其他外荷載，進(jìn)而控制其變形位移在允許的限值以內(nèi)。 在我國(guó)，基坑工程施工變形控制的研究始于九十年代。變形控制的基本思想是要求支護(hù)結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，尚需滿足控制變

4、形位移的使用要求，也即，地下工程施工中既要保證其結(jié)構(gòu)安全、不失穩(wěn)，又要對(duì)周圍環(huán)境不造成超出允許變形限值的不利影響。 對(duì)施工變形的主要研究方法有安全系數(shù)法、經(jīng)驗(yàn)公式法、數(shù)值方法（正分析與反分析）、地層損失法、系統(tǒng)分析方法。 典型預(yù)測(cè)方法綜述 灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)法 時(shí)間序列預(yù)測(cè)法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法 時(shí)間序列預(yù)測(cè)法 對(duì)時(shí)間序列ARMA模型進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)此模型本身為一種線性自回歸模型，可認(rèn)為它是一種差分方程形式的參數(shù)模型。其應(yīng)用條件為： （1） 要求數(shù)據(jù)序列為平穩(wěn)、正態(tài)的序列； （2） 序列中的數(shù)據(jù)應(yīng)該是其歷史數(shù)據(jù)的線性組合。 由于時(shí)間序列模型表示一種隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，從而要求數(shù)量應(yīng)該比較大，這就使在

5、容許觀測(cè)時(shí)間短且位移變化不大的情況下，量測(cè)有一定難度，實(shí)施起來并不方便。 在實(shí)際的巖土工程中，所觀測(cè)得到的位移序列一般不可能為平穩(wěn)、正態(tài)的隨機(jī)序列；很多情況下，觀測(cè)序列都不能符合是其歷史數(shù)據(jù)線性組合的特點(diǎn)。這些均限制了時(shí)間序列模型的應(yīng)用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法 由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建模過程可發(fā)現(xiàn)，該方法實(shí)質(zhì)為非線性自回歸模型。對(duì)觀測(cè)序列幾乎沒有什么要求，它幾乎可以對(duì)任何可能的序列進(jìn)行分析。目前巖土工程位移預(yù)測(cè)均采用最簡(jiǎn)單、常用的無(wú)反饋前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（BP模型），預(yù)測(cè)方法采用自回歸法。分析這樣構(gòu)造的模型，可發(fā)現(xiàn)使用中存在大量有待解決的問題。如：（1） 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定 （2） 結(jié)點(diǎn)單元作用函數(shù)的確定 （

6、3） BP算法問題 （4） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的外延性 盡管人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的觀測(cè)數(shù)據(jù)序列要求不多，但正是這種普適性增大了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建模的難度。 深基坑變形預(yù)測(cè)方法及警戒值研究 研究方法綜述 深基坑變形預(yù)估方法 基坑變形預(yù)警值的研究基坑變形預(yù)估方法綜述 采用的方法主要有，物理模擬法、數(shù)值模擬法、半理論解析法、經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)法以及非線性預(yù)測(cè)方法等。 在實(shí)際工程中常采用一種或幾種相結(jié)合的預(yù)測(cè)方法，而以經(jīng)驗(yàn)公式所計(jì)算的墻后地面最大沉降量和以半理論解析法所算的墻體最大水平位移量，為驗(yàn)證和調(diào)整各種計(jì)算方法所用參數(shù)及計(jì)算結(jié)果的主要可信參照數(shù)據(jù)。 總體上，采取理論導(dǎo)向、測(cè)試定量和經(jīng)驗(yàn)判斷相結(jié)合的方法，以求可靠、實(shí)用、

7、簡(jiǎn)易的技術(shù)效果。 深基坑變形預(yù)估方法Clongh 和 Schmidt經(jīng)驗(yàn)方法 G.Wayne Clongh和Birger Schmidt將深基坑開挖釋放應(yīng)力而引起的墻體移動(dòng)分為“”和“ ”兩種基本型式。 基坑變形預(yù)警值的研究某項(xiàng)研究中采用的各類變形預(yù)警值如下：（1）允許地面最大沉降量0.3%H, H為坑深，如按 50m計(jì)，則應(yīng)15cm；（2）允許圍護(hù)墻體的最大水平位移值0.4%H, 則應(yīng)20cm ;（3）允許的最大坑深高程處的基底隆起量0.7%H, 則應(yīng)35cm（4）變形速率： 墻體水平位移6mm/天； 坑周地表位移4mm/天。（5）對(duì)長(zhǎng)江大堤變形控制的警戒值： 最大容許變形，應(yīng)5cm； 最大

8、容許變形速率，應(yīng)2mm/天。2. 基坑變形現(xiàn)象本節(jié)包括：2.1 基坑變形現(xiàn)象2.2 基坑破壞現(xiàn)象墻體豎向變位 在實(shí)際工程中，墻體豎向變位量測(cè)往往被忽視，事實(shí)上由于基坑開挖土體自重應(yīng)力的釋放，致使墻體有所上升。有工程報(bào)道，某圍護(hù)墻上升達(dá)10cm之多。墻體的上升移動(dòng)給基坑的穩(wěn)定、地表沉降以及墻體自身的穩(wěn)定性均帶來極大的危害。特別是對(duì)于飽和的極為軟弱的地層中的基坑工程，更是如此。當(dāng)圍護(hù)墻底下因清孔不凈有沉渣時(shí)，圍護(hù)墻在開控中會(huì)下沉，地面也下沉。 在開挖深度不大時(shí)，坑底為彈性隆起，其特征為坑底中部隆起最高(圖2(a)、當(dāng)開挖達(dá)到一定深度且基坑較寬時(shí)，出現(xiàn)塑性隆起，隆起量也逐漸由中部最大轉(zhuǎn)變?yōu)閮蛇叴笾虚g

9、小的形式(圖2(b)，但對(duì)于較窄的基坑或長(zhǎng)條形基坑，仍是中間大，兩邊小分布。 二. 基坑底部的隆起圖2 基底的隆起變形 根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，地表沉降的兩種典型的曲線形狀如圖3所示。圖3(a)的情況主要發(fā)生在地層較軟弱而且墻體的入土深度又不大時(shí)，墻底處顯示較大的水平位移，墻體旁邊出現(xiàn)較大的地表沉降。圖3(b)的情況主要發(fā)生在有較大的入土深度或墻底入土在剛性較大的地層內(nèi)墻體的變位類同于梁的變位，此時(shí)地表沉降的最大值不是在墻旁，而是位于離墻一定距離的位置上。 三. 地表沉降圖3地表的沉降曲線形式 地表沉降的范圍取決于地層的性質(zhì)、基坑開挖深度H、墻體人土深度、下臥軟弱土層深度、基坑開挖深度以及開挖支撐施

10、工方法等。沉降范圍一般為(14)H，日本對(duì)于基坑開挖工程，提出圖4所示的影響范圍?；幼冃芜^大將導(dǎo)致基坑失穩(wěn)破壞。圖4 基坑開挖變形的影響范圍(a)砂土及非軟粘土?xí)r的影響范圍(b)軟粘土?xí)r的影響范圍(入土在良好地層的情況)(c)軟粘土?xí)r的影響范圍(圍護(hù)墻入土在軟弱地層的情況)2.2 基坑破壞現(xiàn)象 當(dāng)由于設(shè)計(jì)上的過錯(cuò)或施工上的不慎，往往造成基坑的失穩(wěn)。致使基坑失穩(wěn)的原因很多，主要的可以歸納為兩個(gè)方面： 一是因結(jié)構(gòu)(包括墻體、支撐或錨桿等)的強(qiáng)度或剛度不足而使基坑失穩(wěn)； 一是因地基土的強(qiáng)度不足而造成基坑失穩(wěn)。 基坑的破壞主要表現(xiàn)為以下一些形式： 由于設(shè)計(jì)放坡太陡，或雨水、管道漏水等原因?qū)е峦馏w抗剪

11、強(qiáng)度降低，引起基坑邊土體滑坡，如圖5所示。 一. 放坡開挖基坑圖5 放坡開挖基坑破壞形式9m 當(dāng)設(shè)計(jì)抗滑安全系數(shù)不夠、或者墻前被動(dòng)區(qū)土體強(qiáng)度較低時(shí)，導(dǎo)致墻體變形過大或整體剛性移動(dòng)，見圖6(c)； 當(dāng)設(shè)計(jì)擋土墻抗剪強(qiáng)度不夠，或由于施工不當(dāng)造成墻體的抗剪強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致墻體剪切破壞，見圖6(d)。圖6 剛性擋土墻基坑破壞形式 柔性圍護(hù)墻是相對(duì)于剛性圍護(hù)墻而言的，包括鋼板樁墻，鋼筋混凝土板樁墻，柱列式墻，地下連續(xù)墻等，其主要破壞形式如下： 當(dāng)擋土墻剛度較小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致墻后地面產(chǎn)生較大的變形，危及周圍地下管線、建筑物、地下構(gòu)筑物等，見圖7(a)； 當(dāng)擋土墻強(qiáng)度不夠、而插入又較深或插入較好的土層、

12、在土壓力的作用、會(huì)導(dǎo)致墻體折斷、見圖7(b)。 三. 無(wú)支撐柔性圍護(hù)墻圍護(hù)基坑圖7無(wú)支撐柔性圍護(hù)墻基坑破壞形式 在飽和含水地層(特別是有砂層、粉砂層或其他的夾層等透水性較好的地層)、由于圍護(hù)墻的止水效果不好或止水結(jié)構(gòu)失效，致使大量的水夾帶砂粒涌入基坑，嚴(yán)重的水土流失會(huì)造成支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和地面坍陷的嚴(yán)重事故，還可能先在墻后形成洞穴而后突然發(fā)生地面坍陷，見圖8(c)； 由于支撐的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠或由于支撐架設(shè)偏心較大達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致基坑失穩(wěn)；有時(shí)也伴隨著基坑的整體滑動(dòng)破壞，見圖8(d)；圖8 內(nèi)支撐基坑的破壞形式(c)漏砂導(dǎo)致失穩(wěn)；(d)支撐失穩(wěn)； 由于基坑底部土體的抗剪強(qiáng)度較低，致使坑底土體產(chǎn)生塑

13、性流動(dòng)而產(chǎn)生隆起破壞見圖8(e)；圖8 內(nèi)支撐基坑的破壞形式(f)突涌破壞 在隔水層中開挖基坑時(shí)，當(dāng)基底以下承壓含水層的水頭壓力沖破基坑底部土層，發(fā)生坑底突涌破壞，見圖8(f)；圖8 內(nèi)支撐基坑的破壞形式(e)底部隆起破壞 在砂層或粉砂地層中開挖基坑時(shí)，在不打井點(diǎn)或井點(diǎn)失效后，會(huì)產(chǎn)生冒水翻砂(即管涌)、嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致基坑失穩(wěn)，見圖8(g)； 在超大基坑，特別是長(zhǎng)條形基坑(如地鐵車站、明挖法施工隧道等)內(nèi)，分區(qū)放坡挖土，由于放坡較陡、降雨或其它原因引致滑坡，沖毀基坑內(nèi)先期施工的支撐及立柱，導(dǎo)致基坑破壞，見圖8(h)；圖8 內(nèi)支撐基坑的破壞形式(g)冒水翻砂(管涌)； (h)長(zhǎng)條形基坑內(nèi)部放坡破壞引

14、致破壞 由于支撐設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠，或由于加支撐不及時(shí)，可由于坑內(nèi)滑坡，圍護(hù)墻自由面過大，使已加支撐軸力過大，或由于外力撞擊，或由于基坑外注漿、打樁、偏載造成不對(duì)稱變形等等，導(dǎo)致圍護(hù)墻四周向坑內(nèi)傾倒破壞，俗稱“包餃子”，見圖8(i)圖8 內(nèi)支撐基坑的破壞形式(i)內(nèi)傾破壞 由于錨桿和圍護(hù)墻，錨桿和錨碇連接不牢、或者由于錨桿張拉不夠、太松弛，或者由于設(shè)計(jì)上或施工上原因造成錨桿強(qiáng)度不夠或抗拔力不夠，或者由于施作錨桿后出現(xiàn)未預(yù)料的超載，或者錨碇處有軟弱夾層存在等原因，導(dǎo)致基坑變形過大或基坑破壞，見圖9(a)； 由于圍護(hù)墻入土深度不夠，或基坑底部超挖，導(dǎo)致基坑踢腳破壞，見圖9(b)； 五. 錨拉基坑圖6 拉

15、錨板樁基坑的破壞形式(a)、(b) 由于選用圍護(hù)墻截面太小，或?qū)ν翂毫ψ髁瞬徽_的估計(jì)，或者墻后出現(xiàn)未預(yù)料的超載等原因、導(dǎo)致圍護(hù)墻折斷，見圖9(c)； 由于設(shè)計(jì)錨桿太短、錨桿整體均位于滑裂面以內(nèi)致使基坑整體滑動(dòng)破壞，見圖9(d)； 由于墻后地面超量沉降，使錨桿變位，或產(chǎn)生附加壓力，危及基坑安全，見圖9(e)。 錨桿基坑的破壞形式類似于拉錨基坑，此處略。圖9(c)圖9(e)圖9(d)3. 基坑變形機(jī)理 基坑變形包括圍護(hù)墻的變形、坑底隆起及基坑周圍地層移動(dòng)。基坑周圍地層移動(dòng)是基坑工程變形控制設(shè)計(jì)中首要問題，故本節(jié)主要討論地層移動(dòng)機(jī)理，其中也包括圍護(hù)墻的變形和坑底隆起變形機(jī)理。本節(jié)包括：3.1 基坑

16、周圍地層移動(dòng)的機(jī)理3.2 周圍地層移動(dòng)的相關(guān)因素3.1 基坑周圍地層移動(dòng)的機(jī)理 基坑開挖的過程是基坑開挖面上卸荷的過程，由于卸荷而引起坑底土體產(chǎn)生以向上為主的位移，同時(shí)也引起圍護(hù)墻在兩側(cè)壓力差的作用下而產(chǎn)生水平向位移和因此而產(chǎn)生的墻外側(cè)土體的位移?？梢哉J(rèn)為，基坑開挖引起周圍地層移動(dòng)的主要原因是坑底的土體隆起和圍護(hù)墻的位移。 坑底隆起是垂直向卸荷而改變坑底土體原始應(yīng)力狀態(tài)的反應(yīng)。在開挖深度不大時(shí)，坑底土體在卸荷后發(fā)生垂直的彈性隆起。當(dāng)圍護(hù)墻底下為清孔良好的原狀土或注槳加固土體時(shí)，圍護(hù)墻隨土體回彈而抬高?？拥讖椥月∑鸬奶卣魇强拥字胁柯∑鹱罡撸铱拥茁∑鹪陂_挖停止后很快停止。這種坑底隆起基本不會(huì)引

17、起圍護(hù)墻外側(cè)土體向坑內(nèi)移動(dòng)。隨著開挖深度增加，基坑內(nèi)外的土面高差不斷增大，當(dāng)開挖到一定深度，基坑內(nèi)外土面高差所形成的加載和地面各種超載的作用，就會(huì)使圍護(hù)墻外側(cè)土體產(chǎn)生向基坑內(nèi)移動(dòng)，使基坑坑底產(chǎn)生向上的塑性隆起，同時(shí)在基坑周圍產(chǎn)生較大的塑性區(qū)，并引起地面沉降。 1. 坑底土體隆起 在舊金山勒威斯特拉斯大樓(Levi Strauss Building)的粘性土深基坑工程中，曼納(Mana)按不同開挖深度以理論預(yù)測(cè)，做出基坑周圍地層移動(dòng)矢量場(chǎng)及塑性區(qū)分布如圖10。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼板樁，該圖能較清楚地反映深基坑開挖中周圍地層移動(dòng)的范圍和幅度隨開挖深度加大而增大的基本狀況。這個(gè)基坑工程地層的不排水抗剪

18、強(qiáng)度 為有效垂直壓力，土體重力密度 壓縮模量 ，基坑支護(hù)墻系用鋼板樁打入硬土層?；訉挾?2m。圖10 軟粘土基坑隨開挖深度增加基坑 周圍土體移動(dòng)及塑性區(qū)的發(fā)展 H-開外深度；F-抗隆起安全系數(shù)；B-基坑寬度 在寶鋼最大鐵皮坑工程中成功地在粘性土層中采用圓形圍護(hù)墻從事深基坑施工。其內(nèi)徑為24.9m，開挖深度32.0m，圍護(hù)墻插入深度28m，墻厚1.2m，圍護(hù)墻有內(nèi)襯。由于圓形圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)在周圍較均勻的荷載作用下，受到環(huán)向箍壓力，因此槽段接頭壓緊，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在開挖過程中不用支撐，墻體變形很小，在該深基坑工程小，基坑周圍地層移動(dòng)幾乎都是出于坑底隆起引起的，施工單位對(duì)此圓形基坑的坑底隆起隨開挖加深而增

19、大的變化，進(jìn)行了較詳細(xì)的觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果說明：在開挖深度為10m左右時(shí)，坑底基本為彈性隆起，坑中心最大回彈量約8cm，而在自標(biāo)高-13m至-32.2m的開挖過程中，坑底發(fā)生塑性隆起，觀測(cè)到的坑底隆起線呈兩邊大中間小的形式，參見圖11。挖至 -0.7時(shí)，坑底隆起線；挖至-10.4時(shí)，坑底隆起線； 挖至-13.2時(shí)，坑底隆起線； 挖至-22.6時(shí)，坑底隆起線； 挖至-23.4時(shí)，坑底隆起線； 挖至-32.2時(shí)，坑底隆起線；圖11 隨開挖加深觀測(cè)的坑底隆起線 在坑底塑性隆起中，基坑外側(cè)土體向坑內(nèi)移動(dòng)。圖12表示出開挖深度到標(biāo)高32.2m時(shí)，圍護(hù)墻底下及圍護(hù)墻外側(cè)3、 9、 18、 30m處土體向基坑的

20、水平位移曲線。圖12 開挖至標(biāo)高-32.2m時(shí)土體向坑內(nèi)水平位移 圓形基坑坑底隆起在直徑與開挖深度之比較小的條件下、由于圓形基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)和坑底土體的空間作用，在隆起形式和幅度上與條形支護(hù)基坑者有所不同，但兩種基坑坑底隆起都是隨開挖深度的增加而由彈性隆起發(fā)展到塑性隆起，而塑性隆起又伴隨著基坑外側(cè)土體向坑底移動(dòng)。只是條形支護(hù)基坑由于支護(hù)結(jié)構(gòu)及坑底土體不像圓形者有空間作用，因而在基坑寬度與開挖深度比較小時(shí)，就會(huì)發(fā)生坑底的塑性隆起。當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)插入深度時(shí)，基坑更易在開挖深度較小時(shí)即發(fā)生坑底的塑性隆起和相伴隨的基坑周圍地層移動(dòng)。當(dāng)塑性隆起發(fā)展到極限狀態(tài)時(shí)，基坑外側(cè)土體便向坑內(nèi)產(chǎn)生破壞性的滑動(dòng)，使基坑失

21、穩(wěn)，基坑周圍地層發(fā)生大量沉陷。 圍護(hù)墻墻體變形從水平向改變基坑外圍土體的原始應(yīng)力狀態(tài)而引起地層移動(dòng)。 基坑開始開挖后，圍護(hù)墻便開始受力變形。在基坑內(nèi)側(cè)卸去原有的土壓力時(shí)，在墻外側(cè)則受到主動(dòng)土壓力，而在坑底的墻內(nèi)側(cè)則受到全部或部分的被動(dòng)土壓力。由于總是開挖在前，支撐在后，所以圍護(hù)墻在開挖過程中，安裝每道支撐以前總是已發(fā)生一定的先期變形。挖到設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高時(shí)，墻體最大位移發(fā)生在坑底面下12m處。 圍護(hù)墻的位移使墻體主動(dòng)壓力區(qū)和被動(dòng)壓力區(qū)的土體發(fā)生位移。墻外側(cè)主動(dòng)壓力區(qū)的土體向坑內(nèi)水平位移，使背后土體水平應(yīng)力減小，以致剪力增大，出現(xiàn)塑性區(qū)，而在基坑開挖面以下的墻內(nèi)側(cè)被動(dòng)壓力區(qū)的土體向坑內(nèi)水平位移，使坑

22、底土體加大水平向應(yīng)力、以致坑底土體增大剪應(yīng)力而發(fā)生水平向擠壓和向上隆起的位移，在坑底處形成局部塑性區(qū)。 而圍護(hù)墻水平位移與圍護(hù)墻外側(cè)地面沉降的比值，以及沉降大小與沉降范圍的關(guān)系，則可大體示于圖13。 2. 圍護(hù)墻位移 從圖13中可看出：墻體位移量小時(shí)，墻外側(cè)地面最大沉降量約為墻體位移的70或更小，由于墻體位移小，墻外側(cè)與土體間摩擦力可以制約土體下沉，故靠近圍護(hù)墻處沉降量很小，沉降范圍小于2倍開挖深度；而當(dāng)墻體位移量大時(shí)，地面最大沉降量就與墻體位移量相等，此時(shí)墻外側(cè)與土體間摩擦力已喪失對(duì)于墻后土體下沉的制約能力，所以最大沉降量發(fā)生在緊靠圍護(hù)墻處，沉降范圍大于4倍開挖深度。 圖13 粘性土中基坑圍

23、護(hù)墻及地表變形的基本狀況(a)墻體位移小；(b)墻體位移大 墻體最大位移； 地面最大沉降 墻體變形不僅使墻外側(cè)發(fā)生地層損失而引起地面沉降，而且使墻外側(cè)塑性區(qū)擴(kuò)大，因而增加了墻外土體向坑內(nèi)的位移和相應(yīng)的坑內(nèi)隆起(見圖14、圖15)。圖14 加支撐預(yù)應(yīng)力后墻體上水 平土體應(yīng)力變化預(yù)測(cè)（Clough）下支撐在預(yù)應(yīng)力之前的土壓力下支撐加預(yù)應(yīng)力之后的土壓力圖15 有無(wú)及時(shí)加支撐預(yù)應(yīng)力時(shí)，墻體 及地面變形的對(duì)比未及時(shí)加支撐預(yù)應(yīng)力 精心及時(shí)加支撐預(yù)應(yīng)力 因此，同樣工程地質(zhì)和埋深條件下，深基坑周圍地層變形范圍及幅度，因墻體的變形不同而有很大差別，墻體變形往往是引起周圍地層移動(dòng)的重要原因。 在上海軟粘土中的深基

24、坑，墻體變形和基坑坑底隆起不僅在施工階段，因產(chǎn)生地層損失引起基坑周圍地層移動(dòng)，而且由于地層移動(dòng)使土體受到擾動(dòng)，故在施工后期相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)基坑周圍地層還有漸漸收斂的固結(jié)沉降。3.2 周圍地層移動(dòng)的相關(guān)因素 在基坑地質(zhì)條件、長(zhǎng)度、寬度、深度均相同的條件下，許多因素會(huì)使周圍地層移動(dòng)產(chǎn)生很大差別，因此可以采用相應(yīng)的措施來減小周圍地層的移動(dòng)。影響周圍地層移動(dòng)的主要相關(guān)因素有以下幾點(diǎn)： 1.支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特征； 2.基坑開挖的分段、土坡坡度及開挖程序； 3.基坑內(nèi)土體性能的改善； 4.開挖施工周期和基坑暴露時(shí)間； 5.水的影響； 6.地面超載和振動(dòng)荷載 7.圍護(hù)墻接縫的漏水及水土流失、涌砂。墻體的剛度、支

25、撐水平與垂直向的間距 一般大型鋼管支撐的剛度是足夠的。如現(xiàn)在常用609mm、長(zhǎng)度為20m的鋼管支撐，承受1765kN(180t)壓力時(shí)，其彈性壓縮變形也只有約6mm。但垂直向間距的大小對(duì)墻體位移影響很大。從圖16中可見剛度參數(shù)與支撐間距h的4次方成反比，所以當(dāng)墻厚已定時(shí)，加密支撐可有效控制位移。 1. 支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特征圖16墻體位移與墻體剛度EI支撐間距h的關(guān)系 減少第一道支撐前的開挖深度以及減少開挖過程中最下一道支撐距坑底面的高度，對(duì)減少墻體位移尤有重要作用。第一道支撐的開挖深度h1應(yīng)小于 為土體不排水抗剪強(qiáng)度，為土重度)，以防止因h1過大而使墻體外側(cè)土體發(fā)生較大水平移動(dòng)和在較大范圍內(nèi)產(chǎn)生

26、地面裂縫，見17。開挖過程中，最下一道支撐距坑底面的高度越大，則插入坑底墻體被動(dòng)壓力區(qū)的被動(dòng)上壓力也相應(yīng)加大，這必增大被動(dòng)壓力區(qū)的墻體及土體位移如圖18。圖17 墻體位移、地面開裂示意圖圖18 墻體、土體位移Pp被動(dòng)土壓力；Pa主動(dòng)土壓力墻體厚度及插入深度 在保證墻體有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，恰當(dāng)增加插入深度，可以提高抗隆起穩(wěn)定性。也就可減少墻體位移，但對(duì)于有支撐的圍護(hù)墻，按部分地區(qū)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)插人深度0.9H時(shí)，其效果不明顯。根據(jù)上海地鐵車站或?qū)?0m左右的條形深基坑工程經(jīng)驗(yàn)，圍護(hù)墻厚度一般采用0.05H(H為開挖深度)，插入深度一般采用0.60.8H，對(duì)于變形控制要求較嚴(yán)格的基坑、可

27、適當(dāng)增加插入深度；對(duì)于懸臂式擋土墻，插入深度一般采用1.01.2H。支撐預(yù)應(yīng)力的大小及施加的及時(shí)程度 及時(shí)施加預(yù)應(yīng)力，可以增加墻外側(cè)主動(dòng)壓力區(qū)的土體水平應(yīng)力，而減少開挖面以下墻內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力區(qū)的土體水平應(yīng)力，從而增加墻內(nèi)、外側(cè)土體抗剪強(qiáng)度，提高坑底抗隆起的安全系數(shù)，有效地減少墻體變形和周圍地層位移，對(duì)加支撐應(yīng)力后圍護(hù)墻內(nèi)側(cè)水平應(yīng)力的變化Clough曾作過有限元分析預(yù)測(cè)，見圖14。根據(jù)上海已有經(jīng)驗(yàn)在飽和軟弱粘土基坑開挖中，如能連續(xù)地用16h挖完一層(約3m厚)中一小段(約6m寬)土方后，即在8h內(nèi)安裝好2根支撐并施加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)軸力的70，可比不加支撐預(yù)應(yīng)力時(shí)，至少減少50的位移。如在開挖中不按

28、“分層分小段、及時(shí)支撐”的順序，或開挖、支撐速度緩慢，則必然較大幅度地增加墻體位移和墻外側(cè)地面沉降層的擾動(dòng)程度，因而增大地面的固結(jié)沉降，見圖19。安裝支撐的施工方法和質(zhì)量 支撐軸線的偏心度、支撐與墻面的垂直度、支撐固定的可靠性、支撐加預(yù)應(yīng)力的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，都是影響位移的重要因素。圖19 圍護(hù)墻外側(cè)最大沉降點(diǎn)沉降過程曲線 長(zhǎng)條形深基坑按限定長(zhǎng)度L分段開挖時(shí)，可利用基坑的空間作用，以提高基坑抗隆起安全系數(shù)，減少周圍地層移動(dòng)，Skempton曾對(duì)長(zhǎng)條形、方形和長(zhǎng)寬比為2的矩形基坑的抗隆起安全系數(shù)提出如下計(jì)算公式 2. 基坑開挖的分段、土坡坡度及開挖程序抗隆起安全系數(shù)：不排水抗剪強(qiáng)度(KN/m )；

29、土體重度(KN/m )；開挖深度(m)；從圖20中查出；地面超載。 2 3圖20 按基坑長(zhǎng)、寬、深尺寸查Nc的圖表 從這個(gè)公式可知在同樣地質(zhì)的基坑中Fs正比于Nc，如對(duì)H/B1及B/L0的長(zhǎng)方形基坑，由圖可知（右圖中紅圈點(diǎn)）： 對(duì)H/B1及B/L=1的方形基坑，由圖可知（右圖中綠圈點(diǎn)）： 從中可知 即H/B1的方形基坑的抗隆起安全系數(shù)，比H/B1的長(zhǎng)條形(B/L0)基坑大21。 參照上述算法，可以認(rèn)為長(zhǎng)條形深基坑按限定長(zhǎng)度(不超過基坑寬度)進(jìn)行分段開挖時(shí)，基坑抗隆起安全系數(shù)必有一定的增加，增加比例為1020。 根據(jù)上海地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)某長(zhǎng)條形深基坑抗隆起安全系數(shù)為1.5時(shí)，如不分段開挖，墻體最大水

30、平位移為1H。這屬于大的墻體位移，參照?qǐng)D13當(dāng)墻體位移量大時(shí) ，則相應(yīng)的地面最大沉降Sv 1H，地面沉降范圍2H。 如分段開挖，抗隆起安全系數(shù)增加20，Ks1.5(1+20)1.8，墻體最大水平位移為0.6 H ，這屬于小的墻體位移，參照?qǐng)D13當(dāng)墻體位移量小時(shí) ，則相應(yīng)的地面最大沉降Sv1.40.43 H，地面沉降范圍2H。 由此可清楚地看到：將長(zhǎng)條形的基坑按比較短的段，分段開挖，對(duì)減少地面沉降、墻體位移、和地層水平位移是有效的，同樣，將大基坑分塊開挖亦具有相同的作用。 在每個(gè)開挖的開挖程序中，如分層、分小段開挖、隨挖隨撐，就可在分步開挖中，充分利用土體結(jié)構(gòu)的空間作用，減少圍護(hù)墻被動(dòng)壓力區(qū)的壓

31、力和變形，還有利于盡速施加支撐預(yù)應(yīng)力，及時(shí)使墻體壓緊土體而增加土體抗剪強(qiáng)度。這不僅減少各道支撐安裝時(shí)的墻體先期變形，而且可提高基坑抗隆起的安全系數(shù)。否則將明顯增大土體位移。 如某基坑在挖到最后的第5道支撐的一層土?xí)r，開挖了12m一段后延擱了24小時(shí)未加支撐，使地面沉降明顯地比及時(shí)支撐的部分大了34mm，見圖21。這里表現(xiàn)出基坑開挖中時(shí)間效應(yīng)對(duì)墻體和地面變形的明顯影響。圖21 支撐時(shí)間與沉降大小關(guān)系圖 在基坑內(nèi)外進(jìn)行地基加固以提高土的強(qiáng)度和剛性，對(duì)治理基坑周圍地層位移問題的作用，無(wú)疑是肯定的，但加固地基需要一定代價(jià)和施工條件。在坑外加固土體，用地和費(fèi)用問題都很大，非特殊需要很少采用。一般說在坑內(nèi)

32、進(jìn)行地基加固以提高圍護(hù)墻被動(dòng)土壓力區(qū)的土體強(qiáng)度和剛性(Su和E)，是比較常用的的合理方法。 在軟弱粘性土地層和環(huán)境保護(hù)要求較高的條件下，基坑內(nèi)土體性能改善的范圍，應(yīng)考慮自地面至圍護(hù)墻底下被挖槽擾動(dòng)的范圍。井點(diǎn)降水、注漿加固等方法都是有效的加固方法。但在上海粘性土夾有薄砂層(Kh10100Kv，Kh為水平滲透系數(shù)，Kv為垂直滲透系數(shù))或粘性土與砂性土互層的地質(zhì)條件下，以井點(diǎn)降水加固土體，效果明顯，使用廣泛。當(dāng)基坑粘性土夾薄砂層時(shí)，如開工前一段時(shí)間就開始降水，對(duì)基坑土體強(qiáng)度和剛性可有很大提高，根據(jù)上海已有經(jīng)驗(yàn)，降水一個(gè)月后土體強(qiáng)度可提高30，再參照Teyake Broome等國(guó)際巖土專家試驗(yàn)，粘性

33、土深基坑土體抗剪強(qiáng)度為： 3. 基坑內(nèi)土體性能的改善土浮重度；土體埋深。 如對(duì)基坑自地面至基坑以下6m厚的土層進(jìn)行井點(diǎn)降水，則疏干區(qū)以上土層的有效應(yīng)力為： 當(dāng)計(jì)算有效應(yīng)力 時(shí)， 為土重度。將土浮重度改為重度，其數(shù)值增加約一倍多，這對(duì)降水范圍及其下臥地層的各層土層或起到預(yù)壓固結(jié)作用。何況超前一段時(shí)間降水，還可因排水固結(jié)增加強(qiáng)度。特別是夾砂層的水降除后，圍護(hù)墻內(nèi)力計(jì)算模型中的土體水平向彈簧系數(shù)KH也可提高約一倍，這對(duì)提高基坑抗隆起安全系數(shù)以及減少圍護(hù)墻的位移有很大的作用。當(dāng)然采用注漿等地基加固法，對(duì)提高被動(dòng)區(qū)的土體剛度和強(qiáng)度、減少周圍地層移動(dòng)，也有明顯作用。但要先從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上與降水加固法做比較論證

34、。 這里也要指出不適當(dāng)?shù)丶由罱邓疄V管也會(huì)影響圍護(hù)墻外圍地層下沉，這要根據(jù)地質(zhì)條件做細(xì)致研究，圖22表示基坑內(nèi)降水后對(duì)基坑外側(cè)地層靜水壓力的影響，應(yīng)注意當(dāng)圍護(hù)墻底部存在滲透系數(shù)較大的砂性土層，就有坑內(nèi)降水對(duì)坑外地層產(chǎn)生排水固結(jié)的影響(如圖23)。圖22 基坑內(nèi)降水后，基坑底下及外側(cè)靜水壓力變化圖23 某基坑坑內(nèi)降水引起 墻外地表沉降 為減少此影響，必要時(shí)要采取加隔水帷幕或回灌水措施。當(dāng)基坑坑底粘性土層以下存在有承壓水的砂性土層時(shí)，坑底粘性土層要被承壓水頂托上抬，乃至被承壓水頂破涌砂，產(chǎn)生破壞性隆起，在此地質(zhì)條件下，則應(yīng)考慮在砂性土中注漿以形成平衡承壓水壓力的不透水層見圖24。而確定基坑底至注漿層

35、(不透水層)底面的高度h，應(yīng)使hPw，(為注漿層底面以上至坑底面的加權(quán)平均土重度)。圖24以注漿層平衡承壓水壓力 在粘性土的深基坑施工中，周圍土體均達(dá)到定的應(yīng)力水平，還有部分區(qū)域成為塑性區(qū)。由于粘性土的流變性，土體在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而產(chǎn)生移動(dòng)是不可避免的，特別是剪應(yīng)力水平較高的部位，如在坑底下墻內(nèi)被動(dòng)區(qū)和墻底下的土體滑動(dòng)面，都會(huì)因坑底暴露時(shí)間過長(zhǎng)而產(chǎn)生相當(dāng)?shù)奈灰疲灾烈鸬孛娉两档脑龃?。特別要注意的是每道支撐挖出槽以后，如延擱支撐安裝時(shí)間，就必然明顯地增加墻體變形和相應(yīng)的地面沉降。在開挖到設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高后，如不及時(shí)澆筑好底板，使基坑長(zhǎng)時(shí)間暴露，則因粘性土的流變性亦將增大墻體被動(dòng)壓

36、力區(qū)的土體位移和墻外土體向坑內(nèi)的位移，因而增加地表沉降，雨天尤甚，見圖25。 4. 開挖施工周期和基坑暴露時(shí)間圖25 墻外側(cè)地面沉降量隨坑底暴露時(shí)間延長(zhǎng)而增大此段約50m，自開挖到第5道支撐到澆好底板歷時(shí)47天；此段約40m，自開挖到第5道支撐到澆好底板歷時(shí)30天； 5. 水的影響 雨水和其它積水無(wú)抑制地進(jìn)入基坑，而不及時(shí)排除坑底積水時(shí)，會(huì)使基坑開挖中邊坡及坑底土體軟化，從而導(dǎo)致土體發(fā)生縱向滑坡，沖斷基坑橫向支撐，增大墻體位移和周圍地層位移。 6. 地面超載和振動(dòng)荷載 地面超載和振動(dòng)荷載會(huì)減少基坑抗隆起安全度增加周圍地層位移 7. 圍護(hù)墻接縫的漏水及水土流失、涌砂。4. 地層損失法本節(jié)包括：5

37、.1 概述5.2 桿系有限元法5.3 實(shí)用公式法求地層垂直沉降法5.4 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法求地面垂直沉降4.1 概述 由于墻前土體的挖除，破壞了原來的平衡狀態(tài)，墻體向基坑方向的位移，必然導(dǎo)致墻后土體中應(yīng)力的釋放和取得新的平衡，引起墻后土體的位移?，F(xiàn)場(chǎng)量測(cè)和有限元分析表明：此種位移可以分解為兩個(gè)分量即土體向基坑方向的水平位移以及土體豎向位移。土體豎向位移的總和表現(xiàn)為地面的沉陷。 同濟(jì)大學(xué)侯學(xué)淵教授在長(zhǎng)期的科研與工程實(shí)踐中，參考盾構(gòu)法隧道地面沉降Peck和Schmidt公式，借鑒了三角形沉降公式的思路提出了基坑地層損失法的概念，地層損失法即利用墻體水平位移和地表沉陷相關(guān)的原理，采用桿系有限元法或彈性地基梁

38、法，然后依據(jù)墻體位移和地面沉降二者的地層移動(dòng)面積相關(guān)的原理，求出地面垂直位移即地面沉降。也有用個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)乘上墻體水平位移而求得地面沉降值的。我國(guó)在地下結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，較習(xí)慣于用經(jīng)工程考驗(yàn)過的半經(jīng)驗(yàn)半理論公式，此法已在沿海軟土地區(qū)逐步普及，加上適當(dāng)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)后，與量測(cè)結(jié)果較一致。4.2 桿系有限元法 桿件系統(tǒng)有限元單元法簡(jiǎn)稱有限元法，亦稱豎向彈性地基梁桿系有限元法，其計(jì)算原理是假設(shè)圍護(hù)墻為豎向梁，墻后土壓力己知(一般假定為主動(dòng)土壓力)，墻前基坑開挖面以下用彈簧模擬地基抗力，用基床系數(shù)表示(可根據(jù)實(shí)際情況假設(shè)不同的K值分布形式)，支撐假設(shè)成彈簧，形成一個(gè)平衡系統(tǒng)，求解其內(nèi)力和變形。 桿系有限元

39、計(jì)算時(shí)是不考慮時(shí)間影響的，但在具有流變性的軟土地層中(如沿海一帶軟土等)，時(shí)間對(duì)墻體的位移是有明顯的影響的，因此，為了在計(jì)算中考慮時(shí)間的影響，可作如下處理：桿系有限元在每一步計(jì)算時(shí)，均對(duì)支撐處的位移進(jìn)行修正(支撐架設(shè)前的位移)，故可借此機(jī)會(huì)將時(shí)間因素考慮進(jìn)去，即在修正位移上再加上由于土體流變而產(chǎn)生的位移一般認(rèn)為，修正位移增加時(shí)，墻體彎矩亦增加。4.3 實(shí)用公式法求地層垂直沉降法 為了掌握墻后土體的變形(沉陷)規(guī)律，不少學(xué)者先后進(jìn)行了大量的模擬試驗(yàn)，特別是針對(duì)柔性板樁圍護(hù)墻，在軟粘土和松軟無(wú)粘性土中不排水條件下土體變形情況。 試驗(yàn)表明(圖26)： 零拉伸線和與主應(yīng)變的垂直方向成45角，它們之間相

40、互垂直； 墻后地表任一點(diǎn)的位移與墻體相應(yīng)點(diǎn)的位移相同，因此地表沉降的縱剖面與墻體撓曲的縱剖面基本相同； 1966年P(guān)eck和1974年Bransby部曾指出，軟粘土中支撐基坑的地表沉降的縱剖面圖與墻體的撓曲線的縱剖面基本相同； 根據(jù)以上3條，可以認(rèn)為：地表最大沉降近似于墻體最大水平位移。圖26 恒定體積時(shí)變形的簡(jiǎn)單速度場(chǎng) 這里有兩個(gè)前提條件：一個(gè)條件是開挖施工過程正常，對(duì)周圍土體無(wú)較大擾動(dòng)；另一個(gè)條件是支撐的安設(shè)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。但是實(shí)際工程是難以完全做到的，所以工程實(shí)測(cè)得到的地表沉陷曲線往往與墻體變形曲線不相同。將它們進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)： 對(duì)于柔性板樁墻，插入深度較淺，插入比DH0.5)柱列式

41、灌注樁墻等,墻體水平位移 約為墻后地表沉降 的1.4倍，即 ； 地面沉陷影響范圍為基坑開挖深度1.03.0倍?？刹捎靡韵虏叫?qū)w變形和墻后土體的沉陷聯(lián)系起來。 1. 用桿系有限元法計(jì)算墻體的變形曲線即撓曲線。 2. 計(jì)算出撓曲線與初始軸線之間的面積。 3. 將上述計(jì)算面積乘以m的系數(shù)，該系數(shù)考慮到下列諸因素憑經(jīng)驗(yàn)選?。?溝槽較淺(3m左右)、地質(zhì)是上海地表土硬層和粉質(zhì)粘土，無(wú)井點(diǎn)降水，施工條件一般，暴露時(shí)間較短(22)，還填土夯實(shí)質(zhì)量較好。m1.52.0； 深溝槽(6.0m)，地質(zhì)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾砂或粉質(zhì)砂土，采用井點(diǎn)降水，施工條件較好，暴露時(shí)間較長(zhǎng)(10個(gè)月)，重型槽鋼m2.0； 其它情

42、況同上，鋼板樁采用拉森型或包鋼產(chǎn)企口鋼板樁，m1.5： 基坑較深(10m)，地質(zhì)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，粘土夾砂或粉質(zhì)粘土，采用拉森型或包鋼生產(chǎn)企口鋼板樁， 采用井點(diǎn)降水，施工條件較好，支撐及時(shí)并施加預(yù)應(yīng)力，m1.01.5； 其它類型的基坑根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)選取，如插入較深的地下連續(xù)，柱列式灌注樁墻，一般m1.0； 4. 選取典型地表沉陷曲線，11書地表沉降 三角形沉降曲線 三角形的沉降曲線一般發(fā)生在圍護(hù)墻位移較大的情況，如圖27(a)所示。地表沉降范圍：圍護(hù)墻的高度；墻體所穿越土層的平均內(nèi)摩擦角。沉陷面積與墻體的側(cè)移面積相等得：圖27 地表沉降曲線類型(a)三角形 指數(shù)曲線 考慮按Peck理論和上海地

43、區(qū)實(shí)際情況修正模式，參見圖28。按Peck理論地面沉降槽取用正態(tài)分布曲線。圖28 指數(shù)曲線計(jì)算模式 根據(jù) 圖29所示，并在此假定的基礎(chǔ)上取圍護(hù)墻頂位移；圍護(hù)墻底水平位移，為了保證基坑穩(wěn)定，防止出現(xiàn) “踢腳”破壞和上支撐失穩(wěn)，希望控制0.7B，B為基礎(chǔ)寬度)時(shí)(圖35(a)： 基坑底以下存在較硬土層時(shí)(圖35(b)：圖35 基坑抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)分析方法不排水抗剪強(qiáng)度； 基坑開挖深度；穩(wěn)定系數(shù)； 土的重度。 墻后地表最大沉降又與墻體的最大水平位移有一定的關(guān)系(見圖36)，故墻后地表最大沉降亦與基底抗隆起安全系數(shù)Fs存在函數(shù)關(guān)系，據(jù)此，采用有限元分析，在一定的條件下(如假設(shè)一定的墻體剛度，支撐剛度

44、，基坑尺寸，土的模量等等)也得到墻體位移、墻后地面沉降與Fs的函數(shù)關(guān)系，如圖37所示，這一函數(shù)關(guān)系與實(shí)測(cè)結(jié)果不同，是唯一的，所以便于實(shí)際應(yīng)用。圖36 實(shí)測(cè)最大地面沉降量與最大水平位移關(guān)系圖37 最大地面沉降、最大墻體位移與Fs關(guān)系 定義 為最大墻體水平位移， 為最大地面沉降量，只要計(jì)算處Fs，根據(jù)圖37可以很容易地獲得 和 。 但這里求得最大墻體位移和最大地面沉降是針對(duì)于一定的基坑形式和土質(zhì)情況而言的，對(duì)于其他類型的基坑和地質(zhì)條件，顯然不適用，故需作修正。 修正可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行： 圍護(hù)墻剛度和支撐間距，定義修正系數(shù)為 ； 支撐剛度和間距，定義修正系數(shù)為 ； 硬層之埋深，定義修正系數(shù)為 ；

45、 基坑寬度，定義修正系數(shù)為 ； 支撐預(yù)加軸力，定義修正系數(shù)為 ； 土體模量乘子(即模量與不排水抗剪強(qiáng)度之關(guān)系系數(shù))，定義修正系數(shù)為 ； 修正后的墻體最大水平位移： 修正后的最大地面沉降： 可從圖38圖43查得。圖38 墻體剛度的影響圖39 支撐剛度的影響圖40 硬層深度的影響圖41 基坑寬度的影響圖42 支撐預(yù)加軸力的影響圖43 墻模量乘子的影響 本法的根據(jù)是建立了穩(wěn)定安全系數(shù)與墻體水平位移的固定關(guān)系，當(dāng)某地區(qū)具有一定實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)后，與有限元法結(jié)果結(jié)合使用，對(duì)該地區(qū)具有很大可靠性，可以在固定地區(qū)推廣。5.4 反分析法 反分析法預(yù)測(cè)基坑變形特別適用于現(xiàn)場(chǎng)信息反饋施工、它根據(jù)前期施工情況預(yù)測(cè)基坑后期變

46、形，預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度較高，因而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工有較好的指導(dǎo)作用。 巖土工程由于地質(zhì)、水文條件以及實(shí)際地下結(jié)構(gòu)受力機(jī)理的復(fù)雜性，因此通過室內(nèi)試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)鉆探獲得土層物理力學(xué)參數(shù)都有其局限性與離散性，顯然，在應(yīng)用這樣的物性參數(shù)計(jì)算得到的支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形狀態(tài)以及地面沉降等，是不可能完全與施工過程中實(shí)際量測(cè)到的數(shù)據(jù)相同，為了使量測(cè)數(shù)據(jù)、理論計(jì)算值相一致，必須根據(jù)實(shí)測(cè)得到的數(shù)據(jù)信息，修正計(jì)算模型中的參數(shù)(經(jīng)修改后的參數(shù)比前面計(jì)算中應(yīng)用的參數(shù)要準(zhǔn)確些)，使計(jì)算結(jié)果與這次的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相一致，再根據(jù)修正后物性參數(shù)，通過計(jì)算預(yù)測(cè)下一施工階段的墻體、基底、地表等的變位和應(yīng)力狀態(tài)。在下一施工階段中又得到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，再將這批實(shí)

47、測(cè)數(shù)據(jù)反饋給計(jì)算機(jī)，第二次修改物性參數(shù)(經(jīng)修正后的參數(shù)更趨于精確些)，然后根據(jù)第二次修正后的物性參數(shù)，經(jīng)過與上一次相同地計(jì)算，再預(yù)測(cè)下階段的工程狀態(tài)。如此反復(fù)直至施工結(jié)束。 在施工過程中對(duì)一些重要數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)地量測(cè)，是反分析法實(shí)施的首要條件，對(duì)于一般的工程，主要量測(cè)地面沉降量(包括地層的分層沉降及管線的沉降)，近旁建筑物的相對(duì)沉降，基底隆起量，墻體變位，墻體鋼筋應(yīng)力，支撐軸力，孔隙水壓力、土壓力等，量測(cè)項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際需要增減。 反分析法在工程中的應(yīng)用方法見圖44。圖44 反分析法再工程中的應(yīng)用 反分析法分為概率論方法與非概率論方法二類。工程中常用的是直接法，直接法屬于非概率論方法的一種，應(yīng)用范圍很

48、廣，無(wú)論是線性、非線性、連通、非連通問題都可應(yīng)用。由于它采用了最小二乘法原理，因此它較少受量測(cè)誤差的影響。此法的缺點(diǎn)是計(jì)算工程量較大，高速計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使反分析法獲得越來越廣泛的應(yīng)用。6. 縱向沉降 基坑兩側(cè)地層縱向不均勻沉降對(duì)于平行于基坑側(cè)墻的地下管道線的安全影響至關(guān)重要，對(duì)這方面問題的研究和治理，在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中尚少見聞，通過上海地區(qū)地鐵工程的實(shí)踐，初次對(duì)此取得了預(yù)測(cè)和治理方法。 同濟(jì)大學(xué)對(duì)長(zhǎng)條形基坑外地面的縱向沉降采用三維有限元進(jìn)行了初步的研究。計(jì)算模型見下頁(yè)圖45所示。圖45 三維有限元分析計(jì)算模型 分析發(fā)現(xiàn)，基坑長(zhǎng)方向兩端由于空間作用，對(duì)沉降有約束作用，顯現(xiàn)沉降驟減的規(guī)律，如圖46所示，離基坑逾遠(yuǎn)，這種約束作用逾小。圖46 受端墻約束的坑側(cè)地面縱向沉降曲線 從三維有限元分析結(jié)果及已有實(shí)測(cè)資料綜合分析，可得到縱向沉降的變化規(guī)律： 基坑內(nèi)側(cè)圍護(hù)墻背后寬度為開挖深度H的地帶，自地面以下06m范圍的沉降幅度及不均勻性與地面者基本一致