武汉长江Ⅰ级阶地深基坑变形与土压力实测研究

马　郧，匡剑平，李　松，徐光黎，朱　佳，郭　运，张晓玉

(1.　中南勘察设计院(湖北)有限责任公司，湖北 武汉　430071；

2. 中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉　430074)



武汉长江Ⅰ级阶地深基坑变形与土压力实测研究

马郧1,2，匡剑平1，李松1，徐光黎2，朱佳1，郭运1，张晓玉1

(1.中南勘察设计院(湖北)有限责任公司，湖北 武汉430071；

2. 中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉430074)

摘要：通过对武汉长江Ⅰ级阶地中海国际大厦超深基坑工程地下连续墙水平位移及坑外土压力实测数据进行分析，研究了地下连续墙变形规律及土压力分布特征，并与朗肯极限主动土压力对比。研究表明：地连墙水平位移主要呈现弓形曲线，最大水平位移位置约在0.56～0.64倍基坑开挖深度范围；对于上部软弱黏性土，一级重要性等级基坑工程建议使用cu抗剪强度指标，二级、三级重要性等级基坑工程亦可使用cq抗剪强度指标；对于下部砂性土，使用水土分算较水土合算更符合实测。

关键词：深基坑；武汉长江Ⅰ级阶地；变形；土压力；实测研究

随着城市建设快速发展，越来越多的基坑工程出现在城市中心地区，对基坑变形控制和环境保护的要求越来越严格。因此，对基坑实行动态监测，及时反馈监测数据信息，有利于保证基坑工程的安全。然而，目前对基于实测数据的武汉长江Ⅰ级阶地深基坑围护结构变形规律及土压力分布特征的认识还不够深入，无疑对基坑变形控制、岩土体强度指标的选择、土压力的计算等产生重大影响[1-2]。

含水层厚度大，承压水头高，上部地层为软土，成为武汉长江Ⅰ级阶地深基坑工程的一大特点[3]，深入了解深基坑变形规律以及土压力分布至关重要。国内许多学者对基坑的变形规律[4-7]以及计算土压力所选取的土体强度指标和计算模式[7-10]进行了大量的研究， 迄今为止，不同的地域所采用的

方法也不尽相同很难形成统一的观点。对于武汉长江Ⅰ级阶地基坑工程，对基坑围护结构变形规律的认识、土体抗剪强度指标的选择、土压力计算模式究竟是选择水土合算还是水土分算等问题没有给出确切的结论。

为此，本文从实测数据出发，通过对武汉长江Ⅰ级阶地中海国际大厦超深基坑工程地下连续墙水平位移及坑外土压力实测数据分析，研究了地下连续墙变形规律及土压力分布特征，并与朗肯极限主动土压力对比，以期得到武汉长江Ⅰ级阶地深基坑围护结构变形形态以及土压力的分布特征，为岩土体强度指标和土压力计算模式的选择提供一定的依据。

1超深基坑工程概况

1.1工程概况

湖北建源房地产开发有限责任公司拟在武汉市青山区友谊大道南侧投资兴建中海国际大厦项目，拟建工程由1栋37层超高层综合楼(高188 m)以及8层商业楼裙楼和地下室工程等组成，设3层地下室，基坑开挖深度为18.68~24.2 m，拟建工程总建筑面积约100 397 m2。基坑监测点平面布置见图1，CX02~CX08为测斜点，其中土压力测点在测斜点附近，编号一致。

图1　基坑监测点平面布置面

1.2地质条件

拟建场区地貌单元属长江Ⅰ级阶地，场地平坦。在勘探深度范围内，除表层分布有厚度不一的杂填土外，其下为第四系全新统冲积成因的粉质黏土、淤泥质粉质黏土、淤泥质粉质黏土夹粉土粉砂及细砂，下伏志留系强～中风化砂质泥岩，场地地层具有典型的二元沉积规律，上部为深厚淤泥层，下部为砂层。

2地下连续墙水平位移实测分析

2.1地下连续墙水平位移

图2~5分别为2#、4#、5#、8#测点地下连续墙深层水平位移。

图2　2#测点地下连续墙深层水平位移

图3　4#测点地下连续墙深层水平位移

图4　5#测点地下连续墙深层水平位移

图5　8#测点地下连续墙深层水平位移

从图2~5可以看出，随着开挖深度的增加，地下连续墙水平位移逐渐增大，且最大水平位移的位置也随之下移。

2.2围护墙变形形式分析

对于围护墙变形形式，许多学者进行了深入的分析，龚晓南[11]等总结了大量的实测资料，认为围护挡墙变形曲线形态上大体可以分为4种类型，见图6。

图6　围护挡墙变形的4种形式

从中海国际大厦超深基坑地下连续墙水平位移实测曲线规律可知，曲线变形形式与图6(a)中的弓形变形曲线相符，这与该场地的地层分布和基坑支护形式密切相关。首先，该基坑支护形式选择的是地连续墙+三道圆环内支撑的支护体系；其次，该基坑位于武汉长江Ⅰ级阶地，场地地层具有典型的二元沉积规律，上部为深厚的淤泥层，下部为砂层，上部地层为软土层，下部地层相对较好，与弓形曲线变形形式所描述的发生因素相一致。因此，通过以上分析，对于武汉长江Ⅰ级阶地深基坑而言，对于带有内支撑的支护结构体系的基坑围护结构变形形式应为弓形变形曲线。

2.3围护墙最大水平位移位置分析

从2.1节中海国际大厦基坑地下连续墙水平位移实测曲线的规律来看，2#、4#、5#、8#测点地连墙最大水平位移位置分别在地面以下10.5 m、12 m、11 m、10.5 m。地连墙最大水平位移位置与开挖深度的相对关系见表1。

表1　地连墙最大水平位移位置与开挖深度的相对关系

根据表1中的统计，武汉长江Ⅰ级阶地中海国际大厦深基坑地下连续墙最大水平位移位置约在0.56~0.64H范围内，均值为0.59H。

3土压力实测值与理论计算值对比

图7~10分别为2#、3#、5#和6#、7#和8#号测点实测土压力与朗肯极限主动土压力对比曲线，图例中岩芯qq为岩芯管取土直接快剪强度指标，qq、cq和cu分别为静压薄壁取土直接快剪、固结快剪、三轴固结不排水强度指标。2#、3#、5#和6#、7#和8#号测点上部软弱黏性土层与下部砂性土层的分界面深度分别位于-17.8 m、-13.2 m、-10.0 m、-14.1 m。

图8　3#测点实测土压力与朗肯极限主动土压力对比

图9　5#、6#测点实测土压力与朗肯极限主动土压力对比

图10　7#、8#测点实测土压力与朗肯极限主动土压力对比

从各测点实测土压力与朗肯极限主动土压力对比曲线可知，对于上部软弱黏性土层，实测土压力基本介于cq与cu强度指标计算的土压力之间，且远小于岩芯qq强度指标计算的土压力，从土力学基本理论出发，三轴压缩状态更符合土的实际应力状态。因此，对于一级重要性等级基坑工程，建议使用cu抗剪强度指标，对于二级、三级重要性等级基坑工程亦可使用cq抗剪强度指标，应禁止使用岩芯管取样。对于下部深厚砂性土层，土压力实测值与水土分算计算值较为吻合。因此，对于砂性土建议使用水土分算方法计算土压力。

4结语

本文通过对武汉长江Ⅰ级阶地中海国际大厦超深基坑工程地下连续墙水平位移及坑外土压力实测数据进行分析，研究了地下连续墙变形规律及土压力的分布特征，并与朗肯极限主动土压力对比，得到了以下几点结论。

(1)武汉长江Ⅰ级阶地中海国际大厦超深基坑工程地下连续墙水平位移主要呈现弓形曲线，最大水平位移位置约在0.56~0.64倍基坑开挖深度范围。

(2)对于上部软弱黏性土，一级重要性等级基坑工程建议使用cu抗剪强度指标，二级、三级重要性等级基坑工程亦可使用cq抗剪强度指标，应禁止使用岩芯管取样；对于下部砂性土，使用水土分算较水土合算更符合实测。

参考文献：

[1] DB42/T159—2012，基坑工程技术规程[S].

[2] JGJ120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[3] 李新军. 武汉长江一级阶地地铁深基坑变形研究[J].铁道勘测与设计，2012 (3)： 67-70.

[4] 汪中卫，刘国彬，王旭东，等. 复杂环境下地铁深基坑变形行为的实测研究[J].岩土工程学报，2006，28(10)： 1263-1266.

[5] 李琳，杨敏，熊巨华. 软土地区深基坑变形特性分析[J].土木工程学报，2007，40(4)： 66-72.

[6] 徐中华，王建华，王卫东. 上海地区深基坑工程中地下连续墙的变形性状[J].土木工程学报，2008，41(8)： 81-86.

[7] 高 伟，窦远明，周晓理，等. 分步开挖过程中基坑支护结构的变形和土压力性状研究[J].岩土工程学报，2006，28(S1)：1455-1459.

[8] 彭社琴，赵其华. 超深基坑土压力监测成果分析[J]. 岩土力学，2006，27(4)： 657-661.

[9] 李广信. 基坑支护结构上水土压力的分算与合算[J].岩土工程学报，2000，22(3)： 348-352.

[10] 刘国彬，黄院雄，侯学渊. 水及土压力的实测研究[J].岩石力学与工程学报，2000，19 (2)： 205-210.

[11] 龚晓南，高有潮. 深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，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

作者简介：马郧(1970年-)，男，湖北天门人，2014年毕业于中国地质大学，博士，教授级高级工程师，现主要从事岩土工程勘察、深基坑工程设计与研究工作。

项目基金：武汉市城建委科研项目(No.201223,文号武城建[2012]308)，武汉市“黄鹤英才(专项)计划”资助项目。

中图分类号：TQ 534.4

文献标识码：A

文章编号：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