崔紀(jì)飛 馬際首 李鏡培，* 陳 琳 王 成

（1.同濟(jì)大學(xué)巖土及地下工程教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，上海200092；2.同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系，上海200092；3.上海南匯建工建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，上海201399）

0 引 言

近年來各大城市建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)量和規(guī)模迅速增大，涌現(xiàn)出了諸如高層建筑地下室、地鐵及地下車站、地下商場、地下變電站、地下民防工事等大量技術(shù)復(fù)雜的基坑工程項(xiàng)目［1］。同時(shí)，城市建設(shè)用地日益緊張，越來越多的深基坑在城市建筑密集區(qū)內(nèi)施工，且大多鄰近已有建筑物、地下管線、地下隧道等，深基坑施工必然會對周圍既有建（構(gòu)）筑物的受力和變形產(chǎn)生不利影響。特別是對于軟土地層中的深基坑，一方面由于軟土地層強(qiáng)度低、地下水位高、土壓力分布復(fù)雜和承壓水廣泛分布等特點(diǎn)，使得深基坑施工面臨土體滑移、基坑失穩(wěn)、樁體變位、坑底隆起等難題；另一方面，繁華市區(qū)基坑工程處于建筑物、重要地下構(gòu)筑物和生命線工程密集地區(qū)，基坑開挖卸荷和降水引起的土體位移不可避免地對既有建筑物和地下管線產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會由于變形過大發(fā)生基坑坍塌事故，影響周圍建筑物的安全和正常使用，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會影響。在軟土地層復(fù)雜環(huán)境條件下進(jìn)行深大基坑施工時(shí)，現(xiàn)有常規(guī)基坑施工技術(shù)己經(jīng)難以滿足嚴(yán)格的環(huán)境要求，基坑施工將面臨復(fù)雜技術(shù)難題和施工風(fēng)險(xiǎn)的挑戰(zhàn)［2-4］。因此，如何通過施工優(yōu)化機(jī)制有效地控制基坑施工過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)及鄰近建（構(gòu)）筑物及地下管線的變形，在施工全過程中準(zhǔn)確合理地預(yù)測和控制基坑施工對周邊環(huán)境的影響，提出軟土地層復(fù)雜環(huán)境下基坑施工優(yōu)化技術(shù)成為當(dāng)前基坑工程的關(guān)鍵問題。

國內(nèi)外學(xué)者從理論分析［5-6］、現(xiàn)場監(jiān)測［7-8］、數(shù)值模擬［9-10］和室內(nèi)試驗(yàn)［11-13］等多種研究手段出發(fā)，對基坑施工優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。肖武權(quán)等［14］運(yùn)用多目標(biāo)決策模糊集理論和層次分析法對深基坑支護(hù)方案和所選支護(hù)類型細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算兩個(gè)方面的優(yōu)化進(jìn)行了探討。丁偉祥［15］分析了天津?yàn)I海地區(qū)軟塑地質(zhì)條件下的若干不同類型深基坑支護(hù)工程的施工過程控制措施及實(shí)施效果，探索了該地區(qū)在不同基坑大小、深度、不同周邊環(huán)境等條件下基坑支護(hù)形式的選擇。唐長東［16］對鄰近地鐵劃分獨(dú)立分坑先后施工對地鐵的影響進(jìn)行分析，同時(shí)通過對分坑分區(qū)施工與整體施工分析，得出分區(qū)分坑施工與整體施工相比，對鄰近地鐵的影響降低30%。從以上分析可以看出，不同施工工藝對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及周圍環(huán)境有較大影響，因此研究不同施工工藝的影響可為優(yōu)化基坑設(shè)計(jì)方案，減小基坑開挖對周圍環(huán)境影響提供重要的參考。

但是理論研究由于土體復(fù)雜的本構(gòu)關(guān)系以及基坑工程本身的復(fù)雜性，難以從機(jī)理上對圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土層變形做出解釋；現(xiàn)場監(jiān)測僅能得到某一開挖方式的數(shù)據(jù)，難以對比不同開挖分區(qū)方式的變形特點(diǎn)。數(shù)值模擬也由于土體參數(shù)設(shè)置以及接觸和大變形問題，常造成收斂困難甚至計(jì)算結(jié)果失真。而土工離心模型試驗(yàn)通過使模型承受大于重力加速度的離心加速度作用，可以在模型中模擬和原型中相同的應(yīng)力水平來研究原型的性狀，同時(shí)通過變換基坑模型可以模擬同一基坑的不同分區(qū)開挖形式。本文以上海五坊園三期基坑工程為依托，開展了兩組不同開挖分區(qū)的基坑離心模型試驗(yàn)，測定了相應(yīng)開挖卸荷方式對應(yīng)的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，對比分析了不同分區(qū)開挖方法對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊地層變形的影響規(guī)律。本文試驗(yàn)結(jié)果對于所依托項(xiàng)目的施工優(yōu)化起到了重要的指導(dǎo)作用，保證了基坑自身和鄰近建（構(gòu)）筑物及地下管線的安全，提高了工作效率，節(jié)約了施工工期和返工材料，減少了地基處理等費(fèi)用；同時(shí)，研究成果可為上海及長三角地區(qū)的深基坑工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工提供有效的技術(shù)指導(dǎo)及參考。

1 工程背景

1.1 工程概況

五坊園三期項(xiàng)目位于上海黃浦區(qū)，地塊被東側(cè)河南南路、南側(cè)陸家浜路、西側(cè)迎勛路及北側(cè)江陰街環(huán)繞而成。本工程1 號樓和2 號樓為住宅；3號樓和4 號樓為配套商業(yè)+住宅；5 號樓為三層商業(yè)樓；6號樓為變電站；7號樓為門衛(wèi)；地下車庫為地下兩層，建筑面積78 225 m2?；娱_挖面積約12 000 m2，基坑周長約458 m，采用0.8 m厚和0.6 m厚的地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用兩道混凝土支撐，結(jié)合一道支撐布置施工棧橋和挖土平臺，基坑開挖深度9.2～9.65 m，挖土量約為11 萬m2。該基坑采用明挖順作法施工。為減小基坑開挖卸荷對周圍建構(gòu)筑物的影響，施工采用分區(qū)施工方案，將基坑劃分為一大二小三個(gè)施工區(qū)域，先施工面積最大的A 區(qū)，待A 區(qū)結(jié)構(gòu)出±0.00 后再施工B區(qū)，待 B 區(qū)結(jié)構(gòu)出±0.00 m 后再施工 C 區(qū)。其中，A區(qū)基坑面積9 140 m2，開挖深度9.2～9.65 m；B區(qū)基坑面積1 466 m2，開挖深度約9.2～9.35 m，C區(qū)基坑面積1 425 m2，開挖深度9.2～9.65 m?；悠矫婕伴_挖分區(qū)如圖1所示。

1.2 場地工程地質(zhì)概況

擬建場地原有建筑大部分已拆除，場地地勢在陸家浜后街北側(cè)略有一定起伏，在陸家浜后街南側(cè)地勢平坦，場地標(biāo)高為3.42～3.79 m。經(jīng)勘察，擬建場地位于正常地層分布和古河道地層分布交界沉積區(qū)，地基土分布有一定變化，古河道區(qū)域第⑥層硬土層缺失，第⑦層埋深較大。自地表以下95.49 m 深度范圍內(nèi)主要由飽和黏性土、粉性土、砂土等組成，按其沉積時(shí)代、成因類型及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異可劃分為9 個(gè)主要層次，同時(shí)根據(jù)其土性及成因的不同，第①層可劃分為2個(gè)亞層，第⑤層可分為3 個(gè)亞層，第⑦、⑨層可分別劃分為2個(gè)亞層，而第⑦2層又可劃分出2個(gè)次亞層?；訄龅赝翆游锢砹W(xué)性質(zhì)參數(shù)如表1所示。

圖1 基坑平面及開挖分區(qū)Fig.1 Foundation pit plane and excavation subarea

表1 場地土層物理力學(xué)性質(zhì)Table 1 Soil parameters

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)比尺確定

本次試驗(yàn)采用同濟(jì)大學(xué)TLJ-150 復(fù)合型巖土離心試驗(yàn)機(jī)。該機(jī)有效轉(zhuǎn)臂半徑3 m，最大離心加速度200 g，最大容重150 gt。本次試驗(yàn)用模型箱為鋁合金材料，長×寬×高為900 mm×700 mm×700 mm，其正前方為一整體有機(jī)玻璃板，便于觀察土體的位移。

由于五坊園三期基坑工程開挖范圍長×寬×深為120 m×100 m×10 m，在n=100 的模型比尺下離心模型對應(yīng)的開挖范圍長×寬×深為1.2 m×1.0 m×0.1 m。然而，由于模型箱的容積長×寬×深為0.9 m×0.7 m×0.7 m，同時(shí)考慮到本次試驗(yàn)的研究重點(diǎn)為不同開挖卸荷順序及卸荷范圍對應(yīng)的施工擾動規(guī)律，故考慮邊界效應(yīng)后確定本試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x取比尺n=100，開挖范圍選取長×寬×深為0.3 m×0.25 m×0.1 m。

2.2 試驗(yàn)工況

本次進(jìn)行了兩組離心模型試驗(yàn)，其中第1 組試驗(yàn)與五坊園基坑工程的開挖分區(qū)及開挖順序完全一致，用于五坊園基坑工程現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗(yàn)證，同時(shí)亦可預(yù)測五坊園基坑工程不同區(qū)域開挖過程中周邊地層及鄰近隧道結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，以指導(dǎo)五坊園基坑工程施工及確保周邊建構(gòu)筑物的安全。第2 組試驗(yàn)為與五坊園基坑工程不同開挖分區(qū)的平行試驗(yàn)，各試驗(yàn)工況具體的開挖方案如下:

工況一:基于五坊園三期基坑工程實(shí)際對應(yīng)的開挖順序，如圖2 所示，在離心模型試驗(yàn)過程中對應(yīng)的開挖順序?yàn)?A 區(qū)→B 區(qū)→C 區(qū)。由于在實(shí)際工程中各區(qū)在開挖過程中采用分層開挖方式，故離心模型試驗(yàn)過程中亦采用分層開挖，各區(qū)每層開挖厚度分別為:第一層20 mm→第二層45 mm→第三層35 mm，分別對應(yīng)于實(shí)際工程中第一層2 m→第二層4.5 m→第三層3.5 m。

圖2 工況一開挖分區(qū)示意圖（單位:mm）Fig.2 Excavation subarea of working condition 1（Unit:mm）

工況二:為研究不同分區(qū)開挖對周邊地層及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，此工況對應(yīng)的開挖分區(qū)如圖3 所示，開挖順序仍為:A 區(qū)→B 區(qū)→C 區(qū)。在實(shí)際試驗(yàn)過程中，各區(qū)域仍采用分層開挖方式進(jìn)行卸荷，其每次開挖厚度與工況一相同。

圖3 工況二開挖分區(qū)示意圖（單位:mm）Fig.3 Excavation subarea of working condition 2（Unit:mm）

2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐尺寸計(jì)算

在本試驗(yàn)中，采用原型材料對單根1 200 mm×900 mm 的鋼筋混凝土支撐進(jìn)行模擬，需要制作尺寸為12 mm×9 mm 的鋼筋混凝土支撐，配置鋼筋及混凝土制作均不具備條件，同時(shí)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)模擬也不可能應(yīng)用原型材料。因此，本試驗(yàn)采用鋁合金材料對圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐進(jìn)行模擬。由于地下連續(xù)墻主要作為抗彎結(jié)構(gòu)，要保證模型和原型的工作狀態(tài)一致，應(yīng)當(dāng)使兩者抗彎剛度相似。對于鋼筋混凝土支撐應(yīng)當(dāng)采用抗壓剛度相似的原理計(jì)算。

對于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)材料的抗彎剛度相似，且忽略剪切變形的影響，可得模型材料與原型材料抗彎剛度應(yīng)滿足如下關(guān)系:

式中:m1為與原形相同的模型材料，vm1=vp，Em1=為模型的替代材料。

進(jìn)而可計(jì)算得到替代材料板的厚度為

對于支撐構(gòu)件，采用鋁合金管來制作。根據(jù)材料的抗壓剛度相似，有類似推導(dǎo):

其中，構(gòu)件截面積A的計(jì)算公式由具體截面形式確定。

綜上，本次離心模型試驗(yàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐制作的具體幾何參數(shù)見表2。

表2 基坑模型幾何物理參數(shù)表Table 2 Geometric and physical parameters of foundation pit model

2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集測點(diǎn)布置

在本試驗(yàn)中，對于模型上表面沉降的測量，采用激光位移計(jì)進(jìn)行測量。制作固定在模型箱上壁的支架，支架可以通過螺紋調(diào)節(jié)長短，將傳感器固定在支架上。對于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的測量采用應(yīng)變片測量出基坑支護(hù)模型內(nèi)外表面的變形，通過公式計(jì)算得到。沉降測點(diǎn)位置布設(shè)如圖4所示，應(yīng)變片的布設(shè)如圖5所示。

圖4 試驗(yàn)測點(diǎn)布置（單位:mm）Fig.4 Layout test measuring points（Unit:mm）

圖5 應(yīng)變片布置（單位:mm）Fig.5 Layout of strain gauge（Unit:mm）

3 試驗(yàn)過程

3.1 土體制備

考慮到現(xiàn)場土層分布較為復(fù)雜，且本次試驗(yàn)主要研究基坑開挖分區(qū)對圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及周邊地層的影響規(guī)律，本次離心模型試驗(yàn)從現(xiàn)場獲取第⑤層粉質(zhì)黏土，考慮到開采過程中影響了土體的原位物理力學(xué)性質(zhì)，試驗(yàn)前對從現(xiàn)場獲取土樣進(jìn)行脫水處理并粉碎，按照現(xiàn)場含水率人工配置同樣的水量，置入真空攪拌機(jī)中在真空環(huán)境下攪拌均勻，并在100 g離心加速度下將其充分固結(jié)恢復(fù)其原始狀態(tài)下的物理力學(xué)特性。

3.2 基坑開挖

當(dāng)土樣在離心機(jī)上經(jīng)過充分固結(jié)后，將粘貼好應(yīng)變片并安裝了土壓計(jì)、孔壓計(jì)的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)安裝至相應(yīng)位置，壓入立柱樁，根據(jù)測點(diǎn)布置方案，安裝激光位移計(jì)，并將測量元件的信號線連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用綁扎帶固定。開啟離心機(jī)運(yùn)行30 min，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體充分接觸，并檢查各個(gè)數(shù)據(jù)通道信號是否正常。

隨后，抽取擋板外水箱中的水位至第一層開挖深度以下2 cm，對應(yīng)實(shí)際深度2 m，并啟動離心機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間直至孔壓示數(shù)穩(wěn)定，模擬基坑開挖前降水過程；手動開挖A區(qū)第一層土體后，將支撐安裝至基坑內(nèi)部，旋緊固定螺絲，將支撐軸力測試信號線接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。啟動離心機(jī)加速至100 g，維持5 min，由離心機(jī)固結(jié)時(shí)間相似原理可知，模型試驗(yàn)時(shí)間是原型的n2倍。模擬實(shí)際施工時(shí)間35 天，并采集數(shù)據(jù)。進(jìn)行第二次降水、A 區(qū)第二層土體開挖及支撐安裝、第三次降水、A 區(qū)第三層土體開挖，B 區(qū)第一、二、三層土體開挖、C 區(qū)第一、二、三層土體開挖。

工況二試驗(yàn)過程與上述工況一試驗(yàn)過程類似，不再詳述。各開挖步驟定義如表3所示。圖6所示為代表性開挖步試驗(yàn)現(xiàn)場圖。

表3 開挖步定義Table 3 Definition of excavation steps

圖6 B區(qū)土體開挖Fig.6 Excavation in B district

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

在試驗(yàn)結(jié)果整理和分析過程中，已運(yùn)用相似比將相關(guān)物理量換算為原型數(shù)值，因此在下述分析中的數(shù)值均為原型數(shù)值。

4.1 土體性質(zhì)測試

試驗(yàn)結(jié)束后，測試土體含水率，如表4所示。

表4 土體含水率試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of soil moisture content

基坑開挖完成后，在模型箱上安裝電機(jī)，利用試驗(yàn)平臺配套的靜力觸探（CPT）設(shè)備，進(jìn)行測試，得到CPT試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過理論或經(jīng)驗(yàn)公式可以確定黏性土不排水抗剪強(qiáng)度。在飽和軟黏土中，土體處于不排水條件，其不排水抗剪強(qiáng)度可以通過下式計(jì)算［17］:

式中，Ps靜力觸探測試得到的樁端阻力。

運(yùn)用靜力觸探結(jié)果，通過公式計(jì)算得出的土體不排水抗剪強(qiáng)度如圖7所示。

4.2 地下連續(xù)墻彎矩

圖7 CPT試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 CPT results

圖8 給出了兩種工況下測點(diǎn)處地下連續(xù)墻彎矩隨深度變化的情況，在地下連續(xù)墻彎矩測試斷面，定義向基坑內(nèi)側(cè)彎曲時(shí)彎矩為正，反之為負(fù)。

從圖8 中可以看出，對于兩種不同的工況，在剛開始開挖土體時(shí)地下連續(xù)墻的彎矩均比較小。隨著開挖深度的增加以及支撐的施加，彎矩最大值逐漸增大，且彎矩最大值發(fā)生的位置也在不斷下移。

圖8 地下連續(xù)墻彎矩沿深度分布Fig.8 Moment along depth of diaphragm wall

對比兩種工況，可以發(fā)現(xiàn)兩種工況的彎矩模式有較大差別，工況一由于有兩道支撐的作用，表現(xiàn)為地下連續(xù)墻上部為正向彎矩，即地下連續(xù)墻上部向內(nèi)側(cè)彎曲；工況二由于在測點(diǎn)位置沒有水平支撐，表現(xiàn)為地下連續(xù)墻上部主要為負(fù)向彎矩。同時(shí)，對比地下連續(xù)墻彎矩絕對值，可以發(fā)現(xiàn)工況二測點(diǎn)處彎矩絕對值明顯小于工況一測點(diǎn)處彎矩值絕對值。這表明工況二測點(diǎn)處地下連續(xù)墻的彎曲程度小于工況一的彎曲程度。對比工況一和工況二的基坑支護(hù)情況，可以發(fā)現(xiàn)這主要是由于工況一的測點(diǎn)位于地下連續(xù)墻中部，而工況二的測點(diǎn)位于中間隔墻附近，受到中間隔墻的約束作用明顯。這同時(shí)也表明基坑分區(qū)開挖可以有效地減小地下連續(xù)墻的彎矩和側(cè)向彎曲。

4.3 地下連續(xù)側(cè)向位移

由彈性地基梁受力分析理論可知，圍護(hù)墻彎矩和撓度之間存在如式（4）關(guān)系:

根據(jù)彎矩實(shí)測值可以擬合出各個(gè)工況墻體彎矩表達(dá)式，對彎矩曲線做兩次積分，并將地下連續(xù)墻底端位移和轉(zhuǎn)角為0 作為邊界條件，即可計(jì)算得出墻體位移變化曲線如圖9所示。

圖9 給出了兩種工況下測點(diǎn)處地下連續(xù)墻位移隨深度變化的情況，在地下連續(xù)墻位移測試斷面，定義向基坑內(nèi)側(cè)彎曲為正，反之為負(fù)。圖9（a）和（b）均顯示在A 區(qū)土體開挖的過程中，隨著開挖深度的增加，地下連續(xù)墻的側(cè)向位移不斷增大，在A區(qū)土體開挖完成后，由于試驗(yàn)中未施加底板，后續(xù)開挖B 區(qū)和C 區(qū)土體過程中，地下連續(xù)墻位移仍有一定發(fā)展，這反映了地下連續(xù)墻變形的時(shí)間效應(yīng)以及B 區(qū)和C 區(qū)土體開挖卸荷對測點(diǎn)處地下連續(xù)墻變形的影響?，F(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，在A 區(qū)開挖第一、二、三層土體后，地下連續(xù)墻最大位移分別達(dá)到14.79 mm，28.05 mm，42.16 mm，地下連續(xù)墻的側(cè)向位移不斷增大，變化規(guī)律與模型試驗(yàn)結(jié)果一致。需要指出的是，由于離心機(jī)模型箱尺寸的限制和試驗(yàn)邊界條件的要求，對基坑開挖面積進(jìn)行了按比例縮減，并在試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱鲿r(shí)對支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡化。因此，對比分析結(jié)果顯示，模型試驗(yàn)與實(shí)測數(shù)據(jù)在變化規(guī)律上保持了較好的一致性，但在數(shù)值大小上兩者存在一些差異。

圖9 地下連續(xù)墻側(cè)向位移Fig.9 Lateral displacement along depth of diaphragm wall

對比分析圖9（a）和（b），可以發(fā)現(xiàn)工況一與工況二的地下連續(xù)墻變形模式有較大區(qū)別。首先從地下連續(xù)墻位移最大值來看，在A區(qū)土體開挖完成時(shí)，工況一地下連續(xù)墻位移最大值為71.6 mm，工況二地下連續(xù)墻位移最大值為52.7 mm，比工況一減少了26.4%。分析原因一方面是由于工況一開挖土體面積較大，卸荷相對于工況二要大；另一方面是由于工況二在基坑內(nèi)部設(shè)置了分隔墻體，其剛度較大，限制了圍護(hù)墻體位移。其次從地下連續(xù)墻水平位移沿深度變化趨勢來看，工況一水平位移沿深度為先變大再減小的變化規(guī)律，呈現(xiàn)紡錘狀形態(tài)，而工況二這表現(xiàn)為頂部最大、沿深度逐漸減小的趨勢。對比兩種試驗(yàn)工況，其原因可能為在試驗(yàn)中工況一設(shè)置了兩道水平支撐，而工況二由于設(shè)置了分隔墻體，在垂直于測點(diǎn)所在地墻方向上未設(shè)置水平支撐。最后分析B 區(qū)及C區(qū)土體開挖對測點(diǎn)處地下連續(xù)墻變形的影響，由圖9 可以看出工況一開挖B 區(qū)和C 區(qū)土體對測點(diǎn)處地下連續(xù)墻的位移明顯小于工況二開挖B區(qū)和C 區(qū)土體對測點(diǎn)處地下連續(xù)墻位移的影響，主要體現(xiàn)在工況二在開挖B 區(qū)和C 區(qū)土體的過程中，測點(diǎn)處地下連續(xù)墻位移仍有較大的發(fā)展，位移最大值從52.7 mm 發(fā)展到87.8 mm，這主要是由于工況二與工況一相比，B 區(qū)和C 區(qū)土體開挖卸荷仍較大，且A 區(qū)在測點(diǎn)所在的地下連續(xù)墻上無兩道支撐導(dǎo)致的。

由以上分析可以看出，基坑內(nèi)中間隔墻由于剛度較大可以很好地限制地下連續(xù)墻的變形。同時(shí)，水平支撐的存在可以有效地改變地下連續(xù)墻的位移模式以及開挖完成后的地下連續(xù)墻的后續(xù)變形。因此建議在工程造價(jià)合理的前提下，對于大面積開挖的深基坑，設(shè)置中間隔墻進(jìn)行分區(qū)開挖，可有效減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍地層的變形。對于基坑緊鄰建（筑）的一側(cè)，增加與地下連續(xù)墻垂直方向的中間隔墻，可以有效限制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和墻后地層的變形。

4.4 地下連續(xù)墻墻后地表沉降

圖10 給出了兩種工況下測點(diǎn)處A 區(qū)開挖過程中地下連續(xù)墻后地表沉降情況。

圖10 A區(qū)開挖過程中墻后地表沉降Fig.10 Ground settlement during excavation in district A

分析圖10可以發(fā)現(xiàn)工況一和工況二的地面沉降均隨基坑開挖深度的增加而增加，工況一的沉降最大值達(dá)到73 mm，工況二的沉降值達(dá)到65 mm。由于激光位移計(jì)安裝位置的限制，靠近地下連續(xù)墻處未布置激光位移計(jì)，但從圖10 沉降的變化趨勢可以看出工況一和工況二的墻后地表沉降均呈現(xiàn)槽型分布。在距離基坑邊緣一定距離達(dá)到最大值。

對比工況一和工況二可以發(fā)現(xiàn)，工況一的最大沉降值大于工況二的最大沉降值，同時(shí)也表明工況二很好地限制了離基坑位置較遠(yuǎn)處的地表沉降。

圖11 所示為基坑開挖全過程中墻后地表沉降曲線，可以看出在不論工況一或是工況二開挖B 區(qū)和C 區(qū)過程中，墻后地表沉降都有較大發(fā)展。這主要是在試驗(yàn)過程中未對基坑底部施加底板的原因。同時(shí)，由于試驗(yàn)土層是通過固結(jié)而成，上述結(jié)果受固結(jié)的影響，且試驗(yàn)中沒有對地表采取任何加固措施，實(shí)際沉降值應(yīng)小于試驗(yàn)中測試值。因?yàn)槟Ｐ拖涑叽缦拗疲嚯x基坑更遠(yuǎn)處的地表沉降未能測試。因此此處分析的地表沉降是定性的結(jié)果。但是沉降曲線的形狀、兩種工況的差別仍可以為工程實(shí)際提供參考。

5 結(jié) 論

利用同濟(jì)大學(xué)大型巖土工程離心試驗(yàn)平臺，結(jié)合五坊園基坑工程，進(jìn)行了兩組模擬基坑開挖的離心模型試驗(yàn)，研制并設(shè)計(jì)了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過變換基坑開挖分區(qū)以及支護(hù)形式，研究了施工工藝對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形以及周邊環(huán)境的影響，得出以下結(jié)論:

（1）通過利用鋁合金材料代替原支護(hù)結(jié)構(gòu)采用的鋼筋混凝土材料，有利于制作試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒎奖阕儞Q基坑的開挖分區(qū)以及支護(hù)形式，同時(shí)通過合理的布置試驗(yàn)測試元件，可以獲得具有代表性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（2）兩組試驗(yàn)均表明隨著基坑開挖深度的加深，地下連續(xù)墻水平位移不斷增大，且水平位移的最大值位置也隨開挖面的下移而下移；對于墻后地表沉降，呈現(xiàn)勺子形分布，即在距離地下連續(xù)墻較近的位置處出現(xiàn)最大值后，隨著距離的增加，墻后地表沉降逐漸減小，同時(shí)B 區(qū)及C 區(qū)土體開挖對本試驗(yàn)監(jiān)測點(diǎn)處地下連續(xù)墻的彎矩和變形影響較小。

圖11 全部開挖過程中墻后地表沉降Fig.11 Ground settlement during excavation in all district

（3）對于圍護(hù)墻體彎矩和位移，工況一的值均小于工況二的值，但工況二在開挖B 區(qū)和C 區(qū)土體時(shí)對測點(diǎn)處的圍護(hù)墻體彎矩和位移影響較大。對于墻后地表沉降，在開挖A區(qū)土體過程中，工況二沉降最大值小于工況一沉降最大值，且工況二對于遠(yuǎn)處地表沉降約束較好。