摘要
随着城市建设的发展以及旧城改造的推进，基坑工程正向大深度、大面积方向发展，特别在宁波这种软土地区，基坑周边环境复杂，再加上软土的蠕动性，对基坑稳定和位移控制的要求非常严格。因此如何结合不同的施工环境来选择最佳的开挖方案是值得探讨的一个问题。
本文在归纳国内外关于软土开挖的基础上，分析了宁波软土地区常用的开挖方案和开挖时应遵循的原则，探讨了影响开挖的因素，再结合宁波的一些工程实例，进行了挖土方案分析、挖土方案设计，总结出了对在周围环境下的基坑工程设计施工有实际意义的结论。
关键词：深基坑；开挖方法；周围环境；影响因素
Abstract
With the development of urban construction and reconstruction, the project offoundation pit goes into lager scale and depth. Especially in ningbo ,because the subsoil is soft,and the surroundings is very complex.So excavation method is very important for engineers.Therefore,how seeking the rationalmethod in diffient surroundings is very possible.
In the present paper,some cases of excavationsummarized, the frequentiy processes and principle of Ningbo analysed , the influncefactor of excavationstudied. And according to the practical project, the excavation plan analysed and designed.Finally, some conclusions which are valuable for design and construction of foundation pit obtained.
Keywords:foundation pit；excavation method；surroundings；influence factor
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目录
摘要I ABSTRACTI 1. 绪论1 1.1 研究意义1 1.2 国内外研究现状1 1.3 主要研究内容3
1.3.1软土地区常见土方开挖方法及影响开挖方法选择的因素分析3 1.3.2常见典型周围环境下的深基坑土方开挖方案分析3 1.3.3常见典型周围环境下的深基坑土方开挖方案分析3 2. 软土地区常见基坑土方开挖方法及影响因素分析4 2.1 宁波软土特点4
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2.2 基坑土方开挖遵循的原则5 2.3 软土地区常见的土方开挖方法6 2.3.1 分层开挖6 2.3.2 分段开挖7 2.3.3 中心岛开挖7 2.3.4 盆式开挖7
2.4 影响开挖方法选择的因素分析8 2.4.1 软土的特性、水文地质条件8 2.4.2 基坑的围护结构形式8 2.4.3 挖深8
2.4.4 开挖面积大小及基坑形状8 2.4.5 周围坏境9 2.4.6 施工工期9
3. 常见典型周围环境下的深基坑土方开挖方案分析10 3.1 周围有建筑物时的土方开挖方法分析10 3.2 周围有道路及管线时的土方开挖方法分析12 3.3 周边有河道时的土方开挖方法分析13 3.4 相邻基坑时的土方开挖方法分析14 4. 典型基坑工程挖土方案分析与设计18 4.1 典型基坑工程概况18 4.1.1 工程概况18 4.1.2 基坑概况19 4.1.3 工程地质条件19 4.1.4 基坑围护方案20 4.2 挖土方案分析与设计22 4.2.1 基坑施工流程22 4.2.2挖土方案分析24 4.2.3 主要挖土流程25 5. 结论及展望27 5.1 结论27
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5.2 展望27 参考文献28 致谢29
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1. 绪论
1.1研究意义
随着城市地下工程的发展，导致基坑向大深度、大面积方向发展成为必然趋势。基坑工程是个技术复杂、综合性很强的岩土工程难题，特别是在软土地区，由于软土具有强度低、压缩性高、天然含水率高、孔隙比大的特性，基坑自土方开挖就处于动的状态，围护结构的受力状态、大小、位移变形都随着开挖深度的增加而增加，而且由于软土流变特性，随着基坑暴露时间越久，基坑支护体系的位移变形越大。因此软土深基坑的挖土工程必须按科学合理的方法施工，否则同样会造成工程质量或安全事故发生，会产生坑内工程桩倾斜断裂，或引起基坑围护结构裂缝以至坍塌，甚至酿成重大的安全事故。不仅给工程造成重大经济损失，还对周围环境造成不良影响，因此必须做好深基坑开挖设计和施工，特别是在复杂的周边环境下，其变形控制更为重要。因而如何结合不同的施工环境来来选择最佳的方案是个值得探讨的问题。
1.2 国内外研究现状
深基坑施工工程量一般较大，加上施工现场不少是在城市中心地段，周围场地狭窄，需拆除地下建筑物、障碍物较多，土方挖运量也较大，在进行基坑开挖范围及面积较大的土方作业时，宜采取“分区分步”方式进行，配合降水等工序。
软土地区基坑开挖要依据地质土层情况与基坑围护结构的不同情况，分为全面分层式开挖、中心岛式开挖与盆式开挖，均应做到分层、分块、对称、限时开挖。
陈时金，楼光法(2004)研究了这么一个例子：宁波大剧院工程位于宁波江北湾头永丰桥北侧地块，东邻大闸路，西邻余姚江。建筑面积52000m2，地上5层，地下室1层。地下室基坑开挖深度为8.7m。基坑盆式开挖时整个地下工程的关键工序，施工时严格按设计及《宁波市软土深基坑支护设计与施工暂行技术规定》进行：
(1)按设计要求挖环梁外侧卸土区土体，并设好100厚C15防水砼面层。此举既可减轻土体主动土压力，又是盆式开挖的第一步。
(2)待环梁及支撑砼强度达到70 标准值后，自中心向四周以>1：1.5放坡分层盆式开挖，每层厚度≤2m，挖至设计标高后及时设垫层。
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(3)挖坑内底板范围内土体至设计标高，边挖边设垫层。其余部分(主要是基坑四周部位)土体按1:2坡度保留，最高坡顶标高为-13.500，并设好垫层。即基坑中心底板的垫层砼浇筑后，再用人工挖去四周的三角土，此三角土有利于围护桩的稳定。
(4)基坑挖土施工应做到“五边法”施工，即边挖、边凿、边铺、边浇、边砌，保证基坑土体不长期暴露，确保基坑稳定。
傅淼成，高建平(2007)谈到了这么一个工程。天山商业中心地下室长283.25m，土方开挖最深达12m，场地狭窄，周围环境复杂，地下公用管线多。根据施工进度总体要求和现场施工条件，基坑土方开挖采取分块施工。
(1)先开挖A区，第一次开挖至钢支撑底标高，支撑安装完毕后采用一次直接切土到位的开挖方式，基础梁和局部深坑采用小挖机下坑辅助开挖．人工配合捡土。随即分块浇筑混凝土垫层，控制天然地基土的暴露时间，以保证基坑安全。
(2)B区按支撑分层的盆式挖土方式进行，即第一层在自然标高面采取挖槽的方式分片开挖，分片浇筑钢筋混凝土支撑；第二层以先中间后四周的盆式挖土：控制土方开挖对基坑围护和周围环境变形的时空效应．在挖周边土方的同时安装钢管支撑，全部支撑安装完毕即施加预应力，达到整体受力，以确保基坑围护安全。
第三层是开挖难度最大的一层，平均挖土深度3.35m，局部深坑挖土深度达6.25m(-13.250 m)。同样采用盆式挖土，应用超长臂挖土机。在栈桥上先挖栈桥周围的土方。然后在坑内布置3～4台挖土机用于翻转土到超长臂挖土机的作业半径范围内，达到分块对称完成整个挖土的目的。
顾振刚(2003)研究了一个综合运用分层分段开挖法的工程。某工程是纯水站改造工程中的一个大型液体储罐基础。基础底面直径7.5m，深度3.2m，框架结构。基础四边有正在生产运行的机械设备，施工场地狭小，只能靠人工开挖。土方开挖采用分层开挖和分段开挖相结合的办法，即纵向分层每1m深为一层；层内又分成四段对称开挖。先完成部分及时浇灌砼进行养护。当下一段土方完成后重复上述流程最后挖除中间的土方。土方挖成倾斜状，向外侧倾斜120mm，上小下大。
朱良锋，周建军(2008)提到了一种新的开挖方法。一般建构筑物工程基坑土方开挖采用人工或机械开挖方法，而当开挖土质为粉土、砂性土且所开挖的基坑周边环境有开挖土方的弃土堆场时，可以利用附近废弃或待整平的河塘水进行水冲法开挖。
工艺流程为施工准备→潜水泵抽水→送水入高压泵→喷枪冲刷土体→形成泥水→泥浆泵吸泥水外排→泥水堆砌析水→人工修挖。
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绍兴污水处理厂曝气池工程为连体六座曝气池，每座基底57.2m×82.2m，深5.2m，采用砂石桩地基处理，总挖土14.7万m。采用废弃待整平河塘水水冲法放坡开挖，开挖22d，工程为优良，分项优良率达96.7％，比原计划缩短工期约10d，费用比机械开挖节约37.6％。
1.3 主要研究内容
1.3.1软土地区常见土方开挖方法及影响开挖方法选择的因素分析
土方开挖是基坑工程中常见的一道施工程序，经过实际工程的运用，已经形成了比较成熟的开挖方法，比如“中心岛”法。土方开挖方案的选择对于土方工程来说很重要，特别是在软土地区，由于软土的流性易导致一些不良的地质情况，因而需要更加谨慎。本文拟对软土地区的开挖方案进行分析，归纳总结出影响开挖方案选择的因素，更好的为开挖方案的选择提供借鉴。
1.3.2常见典型周围环境下的深基坑土方开挖方案分析
结合实际工程中的各种典型周围环境，比如有相邻基坑、周边管线较多、周围有河流经过、周边场地狭窄等各种情况。分析基坑在各种情况下的土压力的分布情况，综合其他各种因素，研究分析如何开挖才能使其土压力达到平衡。从而提出方案，为软土地区的土方开挖提出可供参考的意见和建议。
1.3.3常见典型周围环境下的深基坑土方开挖方案分析
选取宁波地区典型基坑工程实例，通过分析挖土原则及考虑的要点，给出合理的开挖方案。
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2. 软土地区常见基坑土方开挖方法及影响因素分析
2.1宁波软土特点
软土是淤泥和淤泥质土的总称。主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少置腐殖质所组成的土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。
软土是第四纪后期地表静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成多数分布于海滨、湖滨、河流沿岸等地势比较低洼地带，地表终年潮湿或积水。所以地表往往生长有大量芦苇、塔头草、小叶樟等喜水性植物，由于这些植物的生长和死亡，使软土中含有较多的腐殖质和有机物。
宁波软土具有以下典型特征：
(1)典型的软土厚度大于25m，颜色为灰色或深灰色，软塑~流塑状态； (2)天然含水量高(34%~58%)，土体几乎完全饱和(饱和度均大于94%)，W>WL，IL>1，呈流塑状态；
(3)快剪强度指标φ=1.1°~5.9°，c=3.0~7.6kPa； (4)固结快剪强度指标φ=14.7°~25.4°，c=3.0~8.0kPa；
(5)塑性指数Ip高达26.4，液限36.1%~45.2%，平均值为41.0%，液限指数1.02~1.94；
(6)压缩系数均值为0.76，压缩模量均值为2.87MPa，属于高压缩性软土； (7)抗剪强度低，黏聚力c和内摩擦角φ离散性较大； (8)渗透系数在 (cm/s)数量级内；
(9)水平向固结系数(2.48~5.78)×10-4(cm²/s)； (10)竖向固结系数(2.32~3.8)×10-4 (㎡/s)；
(11)无侧限抗压强度为11.3~28.0kPa；灵敏度为1.3~5.0
(12)垂直方向渗透系数均值为2.12×10-7cm/s，水平向渗透系数均值为
3.94×10-7cm/s，水平向渗透系数大于垂直方向渗透系数。 与其他地区软土相比，宁波软土与国内外软土具有异同性。相同点是软土普遍具有天然含水量高、压缩性大、强度低、渗透性差等特点，不同之处在于宁波软土的抗剪强度指标变化范围大，这一
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点与温州软土具有相似性，另外宁波软土工程地质性质往往劣于北部的天津、上海软土，而优于南部的温州、湛江、广州软土。
宁波软土具有典型的海绵结构和层理结构，这主要是由于宁波的地理位置(东海之滨，杭州湾南岸，甬江、姚江和奉化江三江交汇口)和软土地质成因(自第四纪中期开始，在多次海陆变迁历史中，堆积的一套由陆相到海陆交互相的松散沉积物，成因有海积、冲海积、滨海沼泽相沉积)所决定的。土层分布在垂向上分选性明显。从灵敏度方面看，宁波软土为3~5，中等灵敏度，属灵敏性土。另据研究，宁波软土严重受扰动后强度可降低70%~80%，因此，施工过程中应尽量避免扰动，另外，宁波软土的应力、应变状态，还具有随时间而变化的性质，即流变性，经长期变形破坏的土体，其抗剪强度仅为一般抗剪强度的40%~50%。
软土工程特征表现为触变性、流变性、高压缩性、高灵敏度、低透水性及不均匀性等。这些特点给设计、施工带来了难度。
基坑开挖工程，实际上就是基坑内外土中应力场状态发生变化的过程，坑内卸荷，应力释放，坑外四周开挖面以下的土中应力差增加。位于基坑底部的软粘土地基，天然强度较低，在较小的荷载作用下，土体就会屈服，产生塑性剪切变形，从而使地基沉降量增大。地质资料分析表明，假如地基的稳定系数很小，则由地基塑性变形引起的沉降将会很大，按常规沉降计算公式无法预估。
坑底软土的流变性和触变性易使变形过大而引起坑壁的中下部出现破坏，软土的均匀性必然引起不均匀沉降，导致支护结构倾斜。同时施工震动会使土质变差，易产生侧向滑动、沉降及基底变形等现象，造成周围建筑物的沉降与倾斜。
基坑开挖过程是基坑开挖面卸荷的过程，由于卸荷而引起坑底土体产生向上为主的位移，同时也引起围护结构在两侧压力差的作用下而产生水平位移，因此产生基坑四周地层移动。特别是在软土工程中，原状土受到震动后，会很快变成稀释状态，大大增加了开挖的难度。
2.2 基坑土方开挖遵循的原则
《建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202－2002)》中的有关规定：土方开挖的顺序、方法必须与基坑围护设计工况相一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。深基坑土方验收必须保证支护结构安全和周围环境安
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全为前提，即控制基坑变形位移不超过允许值。
《浙江省标准—建筑基坑工程技术规程(DB33/T1008－2000)》中有关规定：为确保基坑周围建（构）筑物的安全和支护结构的安全、稳定，要求尽可能减少基坑开挖的初始位移，应根据时空效应原则，遵循“分层、分区、分块、分段、抽槽开挖、留土护壁，先撑后挖，先形成中间支撑、后限时对称平衡形成端头支撑，减少无支撑暴露时间”的原则。
对于开挖形式的确定应以利于基坑安全稳定为原则，兼顾其他因素，基坑开挖过程中应注意减少时空效应对基坑支护结构的不利影响。国家规程《建筑基坑支护技术规程》中明确规定软土基坑必须分层均衡开挖，分层高度不宜超过10m。
除国家规范规定的外，在软土开挖过程中，更要注意开挖所带来的不利因素，特别是开挖所带来的位移，要严格控制在一定的范围内，防止支护失稳带来的一系列问题，在此前提下制定较为经济的方案。
2.3 软土地区常见的土方开挖方法
基坑土方开挖方式应重视时空效应问题，要根据基坑面积大小、围护结构型式、开挖深度和工程环境条件等因素而定，大体有四种可供选择：分层开挖、分段开挖、中心岛开挖、盆式开挖。
2.3.1 分层开挖
这种方法在我国比较广泛采用，一般适用于基坑较深，且不允许分块分段施工混凝土垫层的，主要特点有：
a．可适用于软弱地基，土方回填量少；
b．可选用钢筋混凝土支撑或装配式钢支撑的支撑体系，其形式可多样化； c．按考虑时空效应的开挖，支撑，施工工艺，可有效控制围护结构变形，适合地层软弱、周围环境复杂、环境保护要求高的深基坑开挖；
d．开挖机械的施工活动空间受限，支撑布置需考虑适应主体工程施工，有支护分层开挖，换拆支撑施工较复杂。
分层开挖，整体浇灌混凝土垫层和基础，分层厚度要视土质情况进行稳定性分析，在软土地基中一般控制在2m以内。
开挖顺序视工作面和土质情况，可从基坑的某一边向另一边平行开挖，也可以从
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基坑的两头对称开挖，也可以从基坑中间向两边平行对称开挖，也可以交替进行。最后一层土开挖后，应立即浇灌混凝土垫层，避免基底土暴露时间过长。
2.3.2 分段开挖
分段分块开挖是基坑开挖中常见的一种挖土方式。主要适用于基坑周围环境复杂、土质差或基坑开挖深浅不一，或基坑平面不规则的、为了加快支撑的形成、减少时效影响，都可以采用此法。分段的大小、开挖顺序也是要根据场地工作面条件、地下室平面等条件来决定。分段流程如下：
a. 预留被动区后继续开挖，每层2-3m直到基底浇灌混凝土垫层； b. 安装斜撑； c. 挖预留的被动土区； d. 边挖边浇灌混凝土垫层； e. 拆斜撑；
f. 继续开挖另一个区。
2.3.3中心岛开挖
中心岛开挖法是首先在基坑中心开挖，而周围一定范围内的土暂时不开挖，视土质情况进行放坡，或做临时性支护挡土，等中间部分的混凝土垫层或者地下结构物施工完成之后，再用支撑在四周围护结构与中间结构之间对撑，然后进行四周土的开挖。
a．适合于开挖面积较大，基坑支撑作业较复杂困难，施工场地紧张的基坑； b．开挖特点是基坑中间先开挖，基坑围护结构内侧先留土堤后设斜撑，在较软弱地层中，须验算基坑变形是否为周围环境所允许；
c. 支撑用量较省，主体工程施工过程中，施工场地可周转使用； d．地下主体工程的钢筋馄凝土工程施工缝处理复杂； e．支撑撑于主体工程结构需进行验算并作构造处理。
2.3.4 盆式开挖
在某些情况下，视土质情况，采取与中心岛开挖法施工顺序相反的做法，称盆式开挖法，先开挖两侧或四周的土方，并进行周边支撑和结构的施工，然后开挖中间残留的土方，再进行地下结构物的施工。
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2.4 影响开挖方法选择的因素分析
上面介绍了几种常见的土方开挖方案，但是在实际工程中面临着如何选择开挖方式的问题，下面就从软土的特性、基坑支护形式、挖深、开挖面积的大小和基坑形状、周围环境和工期等几个方面来分析。
2.4.1软土的特性、水文地质条件
众所周知，土体是蠕变体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性，它的土压力随着时间变大，必将会使土体强度降低。使土坡稳定性变小，大大增加了开挖的难度。要选择合适的支护形式、控制开挖深度。
在深基坑施工中，常遇到水位较高的情况，为改善挖土操作条件，减少对围护体的侧压力，提高基坑施工的安全度，往往对坑内外采取降水。但在降水过程中，由于含水层内的地下水位降低，土层内液压降低，使土体粒间应力增加，从而导致地面沉降，严重时地面沉降会造成相邻建筑物的倾斜及破坏。一般降水深在基坑开挖面以下0.5至1米。
2.4.2基坑的围护结构形式
放坡开挖的时候，对于开挖方法没有严格的要求。在角撑体系或边桁架支撑体系情况下，宜从四周向中间分层开挖。围护结构为重力式挡土墙时宜从中间向四周开挖，以利于被动土压力区的应力释放。
2.4.3挖深
土体开挖必然引起墙体的水平位移，这种位移还受土的蠕变及应力松驰的影响，若基坑开挖深度较大而又来不及支撑，可能就会发生基坑坍塌，造成基坑失稳。在土方开挖过程中，基坑底部土也将发生回弹变形，开挖越深， 回弹量就会越大，发生土体隆起现象。在软土地基实际工程中一般控制在2m以内。
2.4.4开挖面积大小及基坑形状
开挖面积较大，可选择分层开挖和分段开挖相结合的方式；面积较小时可以直接分层开挖。基坑形状较为规则的情况下，比如为长方形的时候可以从四周向中间开挖，以利于周边的支撑施工；基坑为长条形的时候，可以从中间向两边或两端向中间的开
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挖顺序；接近圆形的基坑可以采取盆式开挖。当基坑形状不规则的时候，一般宜采取分段开挖的方式。
2.4.5周围坏境
例如周围建筑物密集、施工场地狭窄的情况下，可采取“中心岛法”，先利用坑内被动区土体的自稳能力抵抗基坑支护桩的侧向变形，进行中部土方开挖和基础施工，在此期间坑内可不设支撑，施工的空间很大，施工方便。如果周围场地较空旷，周边无建筑时，放坡开挖则是一种很好的选择。
2.4.6施工工期
施工工期较短的情况下，可以根据施工需要采用各种开挖方式组合的开挖方法。在软土地基开挖工程中应优先采用分段阶梯分层开挖形式，这样不仅便于施工组织，而且对基坑的稳定较为十分有利。分段阶梯分层开挖每个阶梯平台均可作为挖土机械土方转运的工作平台，大大的加快开挖进度。同时还可以边开挖边做支撑，加快施工进度。
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3. 常见典型周围环境下的深基坑土方开挖方案分析
基坑开挖是基坑开挖面上的卸载过程。该过程改变了坑底土体原始应力状态，进而因卸载引起坑底土体自下而上的回弹位移，而基坑周围土体则向下移动产生沉降以补充由于回弹效应而损失的土体；同时也造成维护排桩在两侧土压力差作用下向坑内倾向位移。因而在基坑开挖中一定要使土压力平衡、控制其变形，制定合理的开挖方案。经过对宁波为主的软土地区实际基坑开挖的案例的归纳总结，发现主要有这么几种周围环境。
(1)周围有建筑物的情况。这种情况比较常见，在设计时要充分考虑到土压力的平衡。
(2)周围有道路及管线的情况。这种情况主要要控制位移，保证市政设施的正常使用。
(3)周围有河道的情况。宁波地区为典型的江南水乡，河流遍布，在施工中主要要采取加固措施，防止渗水等现象。
(4)相邻基坑的情况。此种情况比较特殊，在设计方案的时候要充分考虑现场的实际情况，达到最好的效益。
虽然在实际工程中，周围环境比较复杂，可能是多种相结合的情况，但为了研究的方便，下面就将各种典型周围环境简化来分析。
3.1周围有建筑物时的土方开挖方法分析
城市中的深基坑工程一般都处在密集的建筑群中，施工场地狭窄，有些工程的基础紧邻己有建筑物或构筑物的基础。而基坑的开挖势必引起周围地基中地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，进而可能对相邻建筑物、构筑物产生影响，引起邻近建筑倾斜，地面、墙面开裂等现象，严重的将影响其正常使用，甚至导致破坏。而这种施工坏境也是实际工程中最常见的，因此对其进行分析是很有必要的。
下面先从两种情况下，分析在有建筑物的情况下的开挖的一些问题。先是基坑一边有建筑物，一边空旷的情况；另一种是两边都有建筑物的情况。
一边空旷、一边有建筑的情况下，靠近建筑物的一端土压力较大，在开挖的时候
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要先从空地一端开始开挖，使其土应力与另一端相平衡。而两边都有建筑物的情况下，开挖就可以从两边同时进行，或者由中间向两边进行。
图3.1 周边有建筑物基坑示意图
下面就从某个工程实例来探讨一下。
例如，软土地区某城市国际商贸大厦设地下3层，地上31层。基坑围护总长度约为340 m，基坑开挖深度为14.4 m。基坑设置两道水平钢筋混凝土支撑，主支撑采用环形梁支撑。施工场地基本平整，北侧有已建成的两栋住宅楼A、B栋，两住宅楼最近点均距本工程地下室外墙10 m；基坑东面为幼儿园，最近点距本工程地下室外墙7 m；基坑南面为市区繁忙的交通主干道，距离地下室墙约为20 m；西面是该商贸大厦所处街道的交通要道，距离地下室外墙约为15 m。
为使总的施工周期能最短，使土方开挖与支撑环梁施工有机结合，基坑土方开挖在平面上分为东、西两个施工区域；在垂直方向上； 自上而下分三个阶段，流水施工。第一阶段宜由基坑四周向环梁中心退挖，第二、三阶段宜由环梁中心向四周退挖。
第一阶段土方开挖根据工程实际情况，结合基坑支护图要求，直接开挖至-2.8m，土方由四周向环梁中心开挖。将基坑四角水平支撑工作面土方挖出，四角水平支撑工作面土方开挖结束后，直接开挖中部环梁支撑区内土方。
第二阶段土方开挖。先将四角撑已全部掏挖至-7.8 m，可插入进行第二道砼水平支撑的施工。环梁、角撑外(环梁中心处)土方可采用传统的阶梯式开挖方式退挖，开挖方向：东区由西向东退挖，西区由东向西、南退挖。直至退挖至东、西区出土口处。
第三阶段土方开挖。为安全施工(使应力逐步释放)，沿环梁中心位置向四周地下连续墙支护桩对称、分层逐步开挖施工。考虑到基坑逐步加深，地下连续墙支护桩侧压力逐步加大，分层开挖至基坑底。
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图3.2 商贸大厦周围环境图
图3.3 基坑分区开挖图
3.2 周围有道路及管线时的土方开挖方法分析
城市市政道路和地下管线是城市的生命线工程。在人口密集的城市，深基坑开挖引起的地表沉降和地层移动对于周围的道路和地下管线带来了不利影响，如果不妥善安排的话会对居民的出行、生活带来种种的不便。所以在制定开挖方案的时候就是要保证将这种影响降低到最小。在设计的时候要相对保守，严格控制其变形。在开挖的时候，最好是分区分段，且分区较小，这样也可以控制变形。除此之外还要做好保护措施，对管线地段进行加固。同时要加强监测，对变形进行监测。下面就从宁波的一个工程实例进行剖析。
均胜总部基地工程位于宁波市国家高新区，北为扬帆路，东为杨木契河和公园，南为恒达高商务大厦工地，西为规划道路。地下室边线距北侧现状扬帆路最近距离9m左右，距西侧规划道路11m左右，根据现场初步调查资料，基坑外围除西侧规划
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道路和北侧扬帆路边分布有照明电线、雨水管道等市政管线及设施，未发现其它障碍物存在。
图3.4 均胜总部基坑分区开挖图
由于本工程开挖面标高均不相同，按照分块分层开挖的原则，本工程地下室基坑开挖顺序，第一分区至第四分区由南向北开挖经运土道路至出土口一。其余分区按分区顺序由北向南开挖经东侧二标段自然地坪运土道路至出土口二。
3.3 周边有河道时的土方开挖方法分析
在宁波平原地区是典型的江南水乡，河道纵横，因此在实际工程中经常会遇到靠近河流的基坑。如果距离较近的话，河道将是基坑开挖过程中的最大隐患，因为在桩基施工阶段，河岸土层已被松动破坏，河床被抬高，易引起河水倒灌和渗透。为了保证基坑开挖的胜利进行和施工安全，这里有必要对受河流影响下的基坑开挖方法进行一些归纳，以便对日后有所借鉴。
在基坑施工中，遇到这种情况，一般都会在外围设置止水帷幕，防止地下水、河道的渗水。同时，由于渗水和靠近河道带来的水压力问题，还必须要对堤岸部分进行加固措施，如增设水泥搅拌桩以加固围护桩基抗力；加强基坑监测，如果出现围护位移，在围护桩基根部增设堆筑砂包等应急措施。
洪塘街道南侧1#、2#地块Ⅱ标段，东临规划机场路，南至本工程Ⅲ标段，西侧
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沿河，北至规划路，基坑开挖期间采用两个出入口运土，考虑施工场地分布，基坑西侧为河流，出入口均分布于东侧靠近机场路口。西侧河道在基坑开挖过程为最大隐患。根据历史最高水位为2.300米，超围护梁顶1米，现水位高度为1.310米，在汛期水位还将继续上升，且河岸土层已被松动破坏，河床被抬高，在围护阶段必须采取有效防护措施防止河水倒灌和渗透影响基坑开挖及施工安全。
此基坑开挖分两阶段开挖，第一阶段开挖围护部分并保留中心岛。分为两区域，第一区域为两角撑，中间对撑为第二区域。第一区域从东北角角撑开挖，第二区域从基坑对撑西侧开挖。并对河道一侧进行加固措施。挖土时先挖出基坑边角，由两边向中间形成月牙形。可以增强土体本身及围护的自然支撑时间，而且使围护的负荷有一个缓和时间和应力释放时间。等到第二阶段开挖完成后，必须在6小时内完成垫层及挡水、挡土墙的施工。
图3.5 洪塘街道南侧1#、2#地块Ⅱ标段周边环境图
3.4 相邻基坑时的土方开挖方法分析
相邻基坑是指在待开挖的基坑周围也有即将开挖或者正在开挖的基坑，这种情况比较少见，在此情况下必须要做好两个基坑的协调工作，制定一个妥善的方案，否则要么会对两个基坑都造成不利影响、要么就是大大提高基坑造价。下面就来看下这种情况的一个工程实例。
拟建宁波欣达商务楼工程场地位于鄞州商务区5-D地块，总用地面积5538m2，总建筑面积约17000 m2，建筑物主楼为10层，框架结构，地下车库1层，约4500 m2。
基坑西侧：建筑地下室轮廓线距用地红线约5～8m，用地红线外为待开挖的河流，宽约30m；预计该侧为材料堆放场地。
基坑东侧：用地红线外为30m宽的待建市政绿化；之外为天童南路；
基坑北侧：建筑地下室轮廓线距用地红线约4m，用地红线之外为待开挖河流。
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北侧现有一硬化道路，供工程车辆使用，道路中心线距用地红线约27m。北侧为本基坑土方主要出口。
基坑南侧：该侧较为复杂，与爱伊美商务办公用地共用红线，目前爱伊美商务办公地块已经完成了该侧的围护桩施工，围护方案为Φ800钻孔灌注桩+两道内支撑+一排水泥搅拌桩止土，压顶梁边缘据本基坑仅1m。
在此基坑围护和土方开挖方案中，由于该基坑与南面的基坑共用红线，所以两基坑中间的距离很近，土压力相互影响。最理想的支撑位置及挖土顺序为：
两边工程将中间的土方部分开挖掉，将两个基坑连为一体，这样就可以消除两个基坑各自施工所带来的一些不利影响。形成一个整体的大基坑以后，由于两基坑开挖深度不一，所以只要分区开挖即可。待欣达商务楼的基坑开挖到底且将底板施工完成后，再继续进行爱伊美基坑下面的开挖。
如果中间红线部分必须保持原样，即两边基坑分开施工的情况下，则较理想的方案为：两边基坑必须要同步进行围护和开挖，即两边的第一道支撑梁要在同一水平面上，这样的话，就可以使两边的土压力相抵消，达到平衡的效果。在开挖的时候要注意两边的挖深要保持一致，围护中间土的稳定。在欣达基坑开挖到底板垫层的时候，要控制两边的进度，要等欣达的底板垫层工程接近一半的时候再进行爱伊美二道支撑的施工，以达到工程的最优化。
图3.6 欣达商务楼基坑周边环境图
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图3.7两基坑共用部分剖面图
但实际情况中，两基坑是分别设计施工的，在这种情况下，本基坑围护开挖方案中，相邻的欣达商务楼工程基坑（简称“欣达基坑”）和爱伊美工程基坑（简称“爱伊美基坑”）对各自基坑围护结构的安全造成了严重的相互影响。为确保两基坑的共同安全，爱伊美基坑施工至二道支撑底后，在欣达基坑完成底板浇注并达到设计强度后方可继续向下开挖。并需要采用以下几道加强措施：
（1）欣达基坑南侧围护桩加强，将Φ500钻孔灌注桩改为Φ600钻孔灌注桩，桩长15.5m。
（2）通过在两基坑一道支撑部位设置150mm厚钢筋混凝土板传递一道支撑内力。
（3）通过对两基坑围护桩间区域进行加固以及对欣达基坑南侧坑内侧进行被动区加固，确保爱伊美基坑二道支撑内力传递至欣达基坑底板。为更好地与钻孔灌注桩和爱伊美基坑水泥搅拌桩进行搭接，确保加固效果，两基坑围护桩间区域采用Φ600@450高压旋喷桩加固。欣达基坑南侧坑内侧设置7个水泥搅拌桩支墩。
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（4）双方施工工期明确以后，需协商挖土方案。挖土顺序也是影响两基坑共同安全的关键。即两边都先从中间红线向相反方向开挖，并控制开挖深度基本相同。
（5）加固措施施工期间以及开挖、地下室施工期间，应加强两基坑的监测。 以上是宁波地区较为典型的周围环境下的基坑开挖方案及分析，至于其它周围环境下的深基坑土方开挖就不在此详细论述了。
从上述的四种典型环境下的土方开挖方案中，可以得出一些结论。首先是要结合工程的周围环境，分配好开挖顺序以及出土口的位置；再次就是要控制周围地基土体的变形，降低对周围建筑物、构筑物等的影响，保证市政工程的正常运行。
最后要结合所分析得出的结论来进行实际工程的土方开挖方案的设计。
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4.典型基坑工程挖土方案分析与设计
4.1典型基坑工程概况
4.1.1工程概况
（1）主体概况：宁波南洋航空大楼工程是1幢12层综合商务办公楼，设地下二层。工程总用地面积6340m2，总建筑面积32005.2m2，地下室建筑面积8012m2，地上部分建筑面积23993.2m2，工程桩采用钻孔灌注桩和挤扩支盘桩。
（2）地理位置及周边环境：宁波南洋航空大楼工程位于鄞州区南部商务区，蝶缘路西侧。场地中部有一条老河道穿越，现已用塘渣回填。基坑建筑边缘轴线与各周边环境的距离为：
东侧：距用地红线约5.2m，用地红线外2.9～5.0m是33m宽的蝶缘路，靠基坑侧蝶缘路设计路面标高为3.311～4.300m（黄海高程）；
南侧：距用地红线约3.5m，用地红线外是16m规划道路，以规划道路中心线为界，道路北侧设置本工程唯一的材料制作场地和堆场。
西北侧：距用地红线约6.6～9.6m，用地红线外是现状河流，西北角设有本工程临设场地。
图4.1 宁波南洋航空大楼工程周边环境图
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4.1.2基坑概况
本工程的±0.000标高相当于黄海高程5.000m，现场地平均标高约为2.800m（根据业主介绍现地面平均标高为2.100m，施工前回填塘渣至2.800m），相对标高为-2.200m，围护共约有277.3延长米。本工程地下室有关部位标高和计算开挖深度统计见表4.1。
表4.1 地下室标高和计算开挖深度统计表 地下车库 -7.650 0.45 -8.400 0.9～2.4 -8.850～-10.350 6.2～7.4 电梯井 -10.000 2.4 -12.700 － － 10.5 板面标高(m) 底板厚度(m) 底板垫层底标高(m) 承台高度(m) 承台底垫层标高(m) 计算开挖深度(m) 4.1.3工程地质条件
依据宁波冶金勘察设计研究股份有限公司提供的岩土工程勘察报告，知在场地所研究的深度内有性质如下的地层分布：
①-1层：素填土
主要由碎石、粘性土组成，新近堆积，结构松散。 ①-2层：粘土
黄褐色，含少量铁锰质结核及植物根茎，土面光滑有油脂光泽，高韧性，高干强度，无摇振反应，可塑，往下渐变为软塑。 该层部分孔缺失。
②-1层：淤泥质粘土
灰色，含较多腐植物，含水量大，切面有光泽，无摇振反应，高韧性，高干强度。 ②-2层：淤泥
灰黑色，含较多有机质，切面光滑有光泽，无摇震反应，高韧性，高干强度。 ③-1层：淤泥质粉质粘土
灰色，含贝克碎片及少量腐植物，软塑，切面光滑稍有光泽，无摇震反应，中等韧性，中等干强度。局部夹粉砂薄层。
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③-2层：粉质粘土
灰色，含贝克碎片，流塑，面光滑有光泽，无摇震反应，中等韧性，中等干强度。 ④-1层：淤泥质粉质粘土
灰色，具鳞片状构造，流塑，含少量腐植物,切面光滑有光泽，无摇振反应，高韧性，高干强度。
对以上各层土的厚度h、天然重度γ、固结快剪试验的内聚力C及内摩擦角φ进行了处理、归类、统计，各层土的物理力学性质见表4.2。
表4.2各地质层物理力学性质统计表
层号 岩性名称 重度γ(kN/m3) 内聚力c(kPa) 内摩擦角φ(°) w（%） e ①-1 ①-2 ②-1 ②-2 ③-1 ③-2 ④-1 ④-2 杂填土 粘土 淤泥质粘土 淤泥 淤泥质粉质粘土 粉质粘土 淤泥质粉质粘土 淤泥质粘土 18.0 18.2 17.3 16.5 17.6 18.8 18.1 17.5 5.0 19.5（17.6） 19.7（17.7） 10.5（9.4） 10.9 13.3 11.9 13.2 15.0 10.8（9.7） 12.1（10.9） 7.9（7.1） 8.2 12.0 9.9 8.7 － 38.6 51.0 59.2 44.2 30.9 38.5 46.5 － 1.096 1.387 1.644 1.244 0.893 1.087 1.308 4.1.4基坑围护方案
(1) 基坑特点
综合分析场地地理位置、土质条件、基坑开挖深度和形状以及工程桩类型，本工程基坑具有以下特点：
1. 本工程南侧设有地下室施工期间的材料制作场地及堆场，该侧没有放坡条件，其它各侧还有一定的放坡条件，西北侧是现状河流，西北角作为本工程的临设场地。东侧靠基坑侧蝶缘路设计路面标高为3.311～4.300m，比场地标高高出约0.5～1.5m。场地中部有一条老河道穿越；
2. 基坑围护影响范围内①-2层土性较好，但层厚较薄且在浅部，②-1、②-2、③
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-1层土性较差且较厚；③-2层土性较好，但层顶埋深较深，该层是围护桩桩长的控制层。基坑开挖范围内除杂填土渗透性系数较大，其它各层土的渗透性系数一般都在10-7~10-8cm/s之间；
3. 本工程为两层地下室，计算开挖深度为6.2～7.4m，坑中坑二次开挖深度2.35m，基坑形状不很规则且开挖面积不大；
4. 工程桩采用钻孔灌注桩和挤扩支盘桩，对土体扰动比较小。 (2)围护方案
根据工程特点，在“安全、经济、方便施工”的原则下，对多种围护方案进行比较后，决定采用钻孔灌注桩＋一道支撑的围护方案。该方案的优点是在宁波地区有较成熟的施工经验，围护结构刚度好，能有效地控制基坑变形，对周边的环境影响较小。具体方案为：
1. 支撑体系：支撑平面体系采用经典的钢筋砼角撑结合双肢对撑的形式。环梁顶标高设在地面下1.5m处；
2. 围护桩：东侧靠基坑侧蝶缘路设计路面标高为3.311~4.300m，比场地标高高出约0.5~1.5m，这侧的基坑实际开挖深度有7.9~8.9m，这侧围护桩选用Φ800@1050钻孔灌注桩，其它部位选用Φ650@950钻孔灌注桩，由于围护桩间距较大，在围护桩外侧打设Φ500@950~1050嵌缝搅拌桩挡土，填河段部位在钻孔桩外侧打设一排Φ500@400密排搅拌桩止水；
3. 坑中坑二次围护：电梯井坑中坑二次开挖深度2.35m，电梯井坑中坑采用搅拌桩重力式挡墙的二次围护形式。
图4.2 围护桩剖面图
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4.2 挖土方案分析与设计
上面是此工程的一些情况，下面结合前面的一些结论对此工程的基坑开挖方案进行设计。
4.2.1基坑施工流程
水泥搅拌桩施工→钻孔灌注桩施工→按设计要求卸土、放坡→挖土至环梁和支撑垫层底→浇筑环梁和支撑→浇筑砼护坡或砖砌挡土墙，设置地表排水系统→基坑分层挖到底板垫层底标高→打设垫层→承台、地梁、电梯井局部加深→打设垫层和砖胎模→绑扎基础钢筋，浇筑基础混凝土（换撑板带与底板整浇）→拆除支撑→侧板和顶板施工→回填土→向上施工。
（a）放坡、护坡 (b)做一道支撑
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（c）开挖至底做底板垫层(d)基础底板施工
（e）地下室二层施工（f）地下室到顶
图4.3 南洋航空大楼地下室工程施工流程图
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4.2.2挖土方案分析
（1） 周围环境的影响
基坑东侧道路离基坑支护结构边缘距离较近，是南部商务区的重要通道，车流较多，是本工程保护重点，因此挖土必须贯彻先应力释放沟后大面积挖土，确保整体施工顺序，使得非重点区域应力先行释放，有效减小周边道路位移。且要在靠近路基的部分进行加固桩处理。
在基坑的西北侧为河道，要注意防止渗漏水等现象。还有就是基坑中部的原老河道，也要考虑其对基坑的影响，要采取必要的加固措施。
（2）开挖顺序及特点
本基坑西北都为河流，因此宜从北向南退挖。由于本基坑属于形状不规则的，因此要对其进行分区分层开挖。主要分为北角区、西区、东区。在开挖东西两翼的时候，要注意同时开挖，使土压力平衡，防止在一边开挖后,另一边侧向土造成桩受损。
基坑开挖先浅后深，应先挖到底板标高再局部承台、地梁、电梯井部位加深的顺序进行。土方开挖的顺序、方法必须与设计工况相一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。考虑到宁波的软土情况，挖土工作应分层进行，且每层开挖深度不超过2.0米。
考虑到周边环境，出土口在基坑南侧最为妥当，有较大空间，且对周边影响较小，出土口按设计要求进行加固处理，最后土方必须从出土口出土。
（3）注意事项
a.如果出现位移过大的情况，应放慢土方开挖速度，调整挖土顺序，使应力释放速度减缓；
b.待结构砼达到设计强度、支撑体系形成后方可开始挖土；
c.基坑渗水部位用坑外截流或高压注浆止渗；若出现桩间漏土现象，在坑外打设松木桩或坑内砖砌挡墙挡土；
d.挖出的土方应及时运出，不得堆置在坑边，基坑四周堆载不得超过设计工况要求；
e.挖土结束及时做垫层和砖胎模挡土，垫层应满铺到基坑边，基坑四周8米范围内用300厚C20砼封底，暴露时间不得超过12h，基坑四周承台在砼垫层形成后方可用人工开挖。
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4.2.3 主要挖土流程
图4.2基坑支护开挖图
（1）主要挖土流程
修筑基坑内道路→第一层土方开挖至标高-4.2m(钢筋砼支撑施工、人工破桩头同步进行)→第二层土方:翻土、装车,开挖至-8.4m~-9.6m→人工破砼头、人工清理0.30m底板土→砼垫层施工→土建砌砖胎模→最后收尾土方挖除→土方工程竣工、验收后撤场。
（2）第一层土方开挖
首先开挖深度1.5m×1.5m的应力释放沟,在应力缓慢放后进行土方大开挖，根据土方开挖施工需要，提前进行降水，水位控制在-4.7米以下，第一层土方开挖标高-4.20m，一次挖到位。首先将基坑四周挖出宽3.0m、-4.2m深的范围, 破桩头、做支护桩压顶圈粱同步进行，同时将基坑各个角按照支护图纸挖出砼支撑粱的范围,做砼支撑结构。
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（3）第二层土方开挖
用建筑垃圾回填做一条宽5m的供挖机、汽车行走通道,便于土方翻运,同时提前进行降水施工，降水至基坑底板土以下最少0.5~1m以下，根据工程进度进行,继续分层开挖至-8.850m~-10.350m。分2个施工段同时进行,翻土顺序为:各角支撑粱以下的土方、中间轴支撑以下土方翻土;经临时通道将土方运出,最后为原预留的土方,由北向南退移,在基坑南出口处收尾。
第二层土方开挖至设计标高时，底板预留30cm。如有积水，人工开挖排水沟将水引至集水井,及时排除，同时人工破工程桩砼头。部分清理好的底板,经验收合格,土建单位及时铺设垫层、砌砖胎模.这样土建、土方交叉施工,不仅提高了工效和施工进度也对基坑支护起到了保护作用。
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5. 结论及展望
5.1 结论
本文针对宁波软土地区的典型周围环境下深基坑土方开挖的方法进行了一些分析，从软土地区的常见开挖方法、遵循的原则到对开挖方案选择的影响因素，再结合宁波的工程实例，为宁波软土地区的土方开挖提供了一些借鉴。在此过程中，通过查阅大量的工程实例，归纳总结出一些结论。
(1)在众多工程中，其几乎都遵循了“分层、分区、分块、分段、抽槽开挖、留土护壁，先撑后挖，减少无支撑暴露时间”的原则。这样可以尽可能减少基坑开挖的初始位移，确保基坑周围建（构）筑物的安全和支护结构的安全、稳定。
(2) 宁波地区的深基坑开挖方法主要是以中心岛法为主，但也配以分层分段的方案，每个基坑并不只单单使用一种开挖形式，而是是一种综合形式，这样可以在复杂的周围环境下进行有效的施工。
(3)通过工程实例初步总结出影响开挖方法选择的因素主要是：软土的特性、基坑支护形式、挖深、开挖面积的大小和基坑形状、周围环境和工期等几个方面。
(4)在周围有建筑物的基坑工程中，开挖时特别要注意土压力的平衡问题，防止带来地基的沉降。
(5)在周围有道路管线的基坑工程中，主要是要严格控制其位移，保证市政管线的正常使用。主要通过小区段的开挖和加强监测来达到目的。
(6)在周边有河流的情况下，则首要考虑渗水问题，主要是设置止水帷幕、对河堤进行加固措施。
(7)相邻基坑的情况下，最好是提前做好协调，将其看做一个整体加以考虑设计，这样不仅可以提高安全度，更可以大大降低造价。
5.2展望
虽然得到了一些结论，但由于实际工程的周围环境比较复杂，再加上软土的特性和一些未知因素，使得这些结论或许有一定的局限性。对于周围环境对基坑的影响也没有进行量性的分析，没有取得一手的资料。这些都导致了本文对于一些问题的分析不够深刻到位，这些都是在以后的工作中亟待解决的。
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参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准JGJ120-99．建筑基坑支护技术规程[S]．北京：中国建筑工业出版社，1999．
[2] 龚晓南。深基坑工程设计施工手册[M]．北京：中国建筑工业出版社， 1998．542~545．
[3] GB50202－2002．建筑地基基础工程施工质量验收规范[S]．北京：中国计划出版社，2002．
[4] 浙江省标准DB33/T1008－2000．建筑基坑工程技术规程[S]．
[5] 张永火，邱学习．软土深基坑的挖土施工技术[J]．浙江建筑，2008，25(5)：33～35．
[6] 陈时金，楼光法．软土深基坑盆式开挖施工实例[J]．西部探矿工程，2004，11：46～48．
[7] 包旭范，庄丽等。大型软土基坑中心岛法施工中土台预留宽度的研究[J]．岩土工程学报，2006，28(10)：1208～1209．
[8] 朱良锋，周建军．水冲法土方开挖施工技术[J]．建筑技术，2008，39(5)：352～353．
[9] 刘国彬，王卫东．基坑工程手册(第2版) [M]．北京：中国建筑工业出版社，2009． [10] 武长勇，陈李．特大型(有支护体系)深基坑土方开挖方式的技术创新[J]．建筑施工，2009，31(4)．247～249．
[11] 罗翠玲．某国际商贸大厦基坑支护及土方开挖施工方案的分析[J]．四川建材，2009，35(3)：198～199．
[12] 陈现伟．深基坑分层开挖支护对环境建筑物的影响[D]．重庆：重庆大学，2007． [13] 贾洪斌．深基坑开挖对周围地埋管线的影响分析[D]．上海：同济大学，2009．
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致谢
本文是在王文军副教授的精心指导下完成的。从论文选题到最终完稿，他给了我很多的指导和帮助。王老师严谨的治学态度、深厚的理论功底、丰富的工程经验、对事业执著的追求以及平易近人的处世风格，使我每次倾听他的教导时，不仅获得了知识，而且受到了人格的熏陶，这让我受益终生。值此论文完成之际，谨向恩师致以最诚挚的谢意！
感谢宿舍的兄弟们，和他们的友好相处使我在单调的学习生活中保持愉快心情，更不会忘记在论文的完成过程中他们给予的热情鼓励！感谢在本文撰写过程中为我提供帮助和支持的所有同学和朋友！
衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位教授！
2010.5
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