武漢長江Ⅰ級階地深基坑變形與土壓力實測研究

馬　鄖，匡劍平，李　松，徐光黎，朱　佳，郭　運，張曉玉

(1.　中南勘察設計院(湖北)有限責任公司，湖北 武漢　430071；

2. 中國地質大學(武漢)工程學院，湖北 武漢　430074)

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武漢長江Ⅰ級階地深基坑變形與土壓力實測研究

馬鄖1,2，匡劍平1，李松1，徐光黎2，朱佳1，郭運1，張曉玉1

(1.中南勘察設計院(湖北)有限責任公司，湖北 武漢430071；

2. 中國地質大學(武漢)工程學院，湖北 武漢430074)

摘要：通過對武漢長江Ⅰ級階地中海國際大廈超深基坑工程地下連續墻水平位移及坑外土壓力實測數據進行分析，研究了地下連續墻變形規律及土壓力分布特征，并與朗肯極限主動土壓力對比。研究表明：地連墻水平位移主要呈現弓形曲線，最大水平位移位置約在0.56～0.64倍基坑開挖深度范圍；對于上部軟弱黏性土，一級重要性等級基坑工程建議使用cu抗剪強度指標，二級、三級重要性等級基坑工程亦可使用cq抗剪強度指標；對于下部砂性土，使用水土分算較水土合算更符合實測。

關鍵詞：深基坑；武漢長江Ⅰ級階地；變形；土壓力；實測研究

隨著城市建設快速發展，越來越多的基坑工程出現在城市中心地區，對基坑變形控制和環境保護的要求越來越嚴格。因此，對基坑實行動態監測，及時反饋監測數據信息，有利于保證基坑工程的安全。然而，目前對基于實測數據的武漢長江Ⅰ級階地深基坑圍護結構變形規律及土壓力分布特征的認識還不夠深入，無疑對基坑變形控制、巖土體強度指標的選擇、土壓力的計算等產生重大影響[1-2]。

含水層厚度大，承壓水頭高，上部地層為軟土，成為武漢長江Ⅰ級階地深基坑工程的一大特點[3]，深入了解深基坑變形規律以及土壓力分布至關重要。國內許多學者對基坑的變形規律[4-7]以及計算土壓力所選取的土體強度指標和計算模式[7-10]進行了大量的研究， 迄今為止，不同的地域所采用的

方法也不盡相同很難形成統一的觀點。對于武漢長江Ⅰ級階地基坑工程，對基坑圍護結構變形規律的認識、土體抗剪強度指標的選擇、土壓力計算模式究竟是選擇水土合算還是水土分算等問題沒有給出確切的結論。

為此，本文從實測數據出發，通過對武漢長江Ⅰ級階地中海國際大廈超深基坑工程地下連續墻水平位移及坑外土壓力實測數據分析，研究了地下連續墻變形規律及土壓力分布特征，并與朗肯極限主動土壓力對比，以期得到武漢長江Ⅰ級階地深基坑圍護結構變形形態以及土壓力的分布特征，為巖土體強度指標和土壓力計算模式的選擇提供一定的依據。

1超深基坑工程概況

1.1工程概況

湖北建源房地產開發有限責任公司擬在武漢市青山區友誼大道南側投資興建中海國際大廈項目，擬建工程由1棟37層超高層綜合樓(高188 m)以及8層商業樓裙樓和地下室工程等組成，設3層地下室，基坑開挖深度為18.68~24.2 m，擬建工程總建筑面積約100 397 m2。基坑監測點平面布置見圖1，CX02~CX08為測斜點，其中土壓力測點在測斜點附近，編號一致。

圖1　基坑監測點平面布置面

1.2地質條件

擬建場區地貌單元屬長江Ⅰ級階地，場地平坦。在勘探深度范圍內，除表層分布有厚度不一的雜填土外，其下為第四系全新統沖積成因的粉質黏土、淤泥質粉質黏土、淤泥質粉質黏土夾粉土粉砂及細砂，下伏志留系強～中風化砂質泥巖，場地地層具有典型的二元沉積規律，上部為深厚淤泥層，下部為砂層。

2地下連續墻水平位移實測分析

2.1地下連續墻水平位移

圖2~5分別為2#、4#、5#、8#測點地下連續墻深層水平位移。

圖2　2#測點地下連續墻深層水平位移

圖3　4#測點地下連續墻深層水平位移

圖4　5#測點地下連續墻深層水平位移

圖5　8#測點地下連續墻深層水平位移

從圖2~5可以看出，隨著開挖深度的增加，地下連續墻水平位移逐漸增大，且最大水平位移的位置也隨之下移。

2.2圍護墻變形形式分析

對于圍護墻變形形式，許多學者進行了深入的分析，龔曉南[11]等總結了大量的實測資料，認為圍護擋墻變形曲線形態上大體可以分為4種類型，見圖6。

圖6　圍護擋墻變形的4種形式

從中海國際大廈超深基坑地下連續墻水平位移實測曲線規律可知，曲線變形形式與圖6(a)中的弓形變形曲線相符，這與該場地的地層分布和基坑支護形式密切相關。首先，該基坑支護形式選擇的是地連續墻+三道圓環內支撐的支護體系；其次，該基坑位于武漢長江Ⅰ級階地，場地地層具有典型的二元沉積規律，上部為深厚的淤泥層，下部為砂層，上部地層為軟土層，下部地層相對較好，與弓形曲線變形形式所描述的發生因素相一致。因此，通過以上分析，對于武漢長江Ⅰ級階地深基坑而言，對于帶有內支撐的支護結構體系的基坑圍護結構變形形式應為弓形變形曲線。

2.3圍護墻最大水平位移位置分析

從2.1節中海國際大廈基坑地下連續墻水平位移實測曲線的規律來看，2#、4#、5#、8#測點地連墻最大水平位移位置分別在地面以下10.5 m、12 m、11 m、10.5 m。地連墻最大水平位移位置與開挖深度的相對關系見表1。

表1　地連墻最大水平位移位置與開挖深度的相對關系

根據表1中的統計，武漢長江Ⅰ級階地中海國際大廈深基坑地下連續墻最大水平位移位置約在0.56~0.64H范圍內，均值為0.59H。

3土壓力實測值與理論計算值對比

圖7~10分別為2#、3#、5#和6#、7#和8#號測點實測土壓力與朗肯極限主動土壓力對比曲線，圖例中巖芯qq為巖芯管取土直接快剪強度指標，qq、cq和cu分別為靜壓薄壁取土直接快剪、固結快剪、三軸固結不排水強度指標。2#、3#、5#和6#、7#和8#號測點上部軟弱黏性土層與下部砂性土層的分界面深度分別位于-17.8 m、-13.2 m、-10.0 m、-14.1 m。

圖8　3#測點實測土壓力與朗肯極限主動土壓力對比

圖9　5#、6#測點實測土壓力與朗肯極限主動土壓力對比

圖10　7#、8#測點實測土壓力與朗肯極限主動土壓力對比

從各測點實測土壓力與朗肯極限主動土壓力對比曲線可知，對于上部軟弱黏性土層，實測土壓力基本介于cq與cu強度指標計算的土壓力之間，且遠小于巖芯qq強度指標計算的土壓力，從土力學基本理論出發，三軸壓縮狀態更符合土的實際應力狀態。因此，對于一級重要性等級基坑工程，建議使用cu抗剪強度指標，對于二級、三級重要性等級基坑工程亦可使用cq抗剪強度指標，應禁止使用巖芯管取樣。對于下部深厚砂性土層，土壓力實測值與水土分算計算值較為吻合。因此，對于砂性土建議使用水土分算方法計算土壓力。

4結語

本文通過對武漢長江Ⅰ級階地中海國際大廈超深基坑工程地下連續墻水平位移及坑外土壓力實測數據進行分析，研究了地下連續墻變形規律及土壓力的分布特征，并與朗肯極限主動土壓力對比，得到了以下幾點結論。

(1)武漢長江Ⅰ級階地中海國際大廈超深基坑工程地下連續墻水平位移主要呈現弓形曲線，最大水平位移位置約在0.56~0.64倍基坑開挖深度范圍。

(2)對于上部軟弱黏性土，一級重要性等級基坑工程建議使用cu抗剪強度指標，二級、三級重要性等級基坑工程亦可使用cq抗剪強度指標，應禁止使用巖芯管取樣；對于下部砂性土，使用水土分算較水土合算更符合實測。

參考文獻：

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[2] JGJ120—2012，建筑基坑支護技術規程[S].

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[8] 彭社琴，趙其華. 超深基坑土壓力監測成果分析[J]. 巖土力學，2006，27(4)： 657-661.

[9] 李廣信. 基坑支護結構上水土壓力的分算與合算[J].巖土工程學報，2000，22(3)： 348-352.

[10] 劉國彬，黃院雄，侯學淵. 水及土壓力的實測研究[J].巖石力學與工程學報，2000，19 (2)： 205-210.

[11] 龔曉南，高有潮. 深基坑工程設計施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1998.

Field Measurement Research on Deformation and Earth Pressure of Deep Foundation Pit in Wuhan Yangtze River I Terrace

MA Yun1,2，KUANG Jian-ping1, LI Song1，XU Guang-li2，ZHU Jia1，GUO Yun1，ZHANG Xiao-yu1

(1.CentralSouthernGeotechnicalDesignInstituteCo.,Ltd.,WuhanHubei430071China;2.EngineeringFaculty，ChinaUniversityofGeosciences,WuhanHubei430074China)

Abstract：By analyzing the measured data of horizontal displacement of diaphragm wall and earth pressure in Wuhan Yangtze River level-I terrace Zhonghai ultra-deep foundation pit, this paper studies the deformation law of diaphragm wall and distribution model of earth pressure, and compares with Rankine limit active earth pressure. The study results show that horizontal displacement of diaphragm wall basically presented “drum” phenomenon. The location of maximum horizontal displacement is at 0.56~0.64 H; For upper weak sticky soil, it is proposed to select cu shear strength index for level one excavation, and cq shear strength index for levels 2 and 3 excavation; For sandy soil at lower part, the earth pressure is more closer to measured data by using soil-water divided calculation than soil-water joint calculation.

Keywords：deep foundation pit；Wuhan Yangtze River I terrace；deformation；earth pressure；field measurement research

收稿日期：2015-10-16

作者簡介：馬鄖(1970年-)，男，湖北天門人，2014年畢業于中國地質大學，博士，教授級高級工程師，現主要從事巖土工程勘察、深基坑工程設計與研究工作。

項目基金：武漢市城建委科研項目(No.201223,文號武城建[2012]308)，武漢市“黃鶴英才(專項)計劃”資助項目。

中圖分類號：TQ 534.4

文獻標識碼：A

文章編號：1004-8901(2016)01-0036-04

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.009 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.009