武漢長江Ⅰ級(jí)階地深基坑變形與土壓力實(shí)測(cè)研究

馬　鄖，匡劍平，李　松，徐光黎，朱　佳，郭　運(yùn)，張曉玉

(1.　中南勘察設(shè)計(jì)院(湖北)有限責(zé)任公司，湖北 武漢　430071；

2. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢　430074)

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武漢長江Ⅰ級(jí)階地深基坑變形與土壓力實(shí)測(cè)研究

馬鄖1,2，匡劍平1，李松1，徐光黎2，朱佳1，郭運(yùn)1，張曉玉1

(1.中南勘察設(shè)計(jì)院(湖北)有限責(zé)任公司，湖北 武漢430071；

2. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢430074)

摘要：通過對(duì)武漢長江Ⅰ級(jí)階地中海國際大廈超深基坑工程地下連續(xù)墻水平位移及坑外土壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究了地下連續(xù)墻變形規(guī)律及土壓力分布特征，并與朗肯極限主動(dòng)土壓力對(duì)比。研究表明：地連墻水平位移主要呈現(xiàn)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(duì)于上部軟弱黏性土，一級(jí)重要性等級(jí)基坑工程建議使用cu抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，二級(jí)、三級(jí)重要性等級(jí)基坑工程亦可使用cq抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；對(duì)于下部砂性土，使用水土分算較水土合算更符合實(shí)測(cè)。

關(guān)鍵詞：深基坑；武漢長江Ⅰ級(jí)階地；變形；土壓力；實(shí)測(cè)研究

隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，越來越多的基坑工程出現(xiàn)在城市中心地區(qū)，對(duì)基坑變形控制和環(huán)境保護(hù)的要求越來越嚴(yán)格。因此，對(duì)基坑實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，有利于保證基坑工程的安全。然而，目前對(duì)基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的武漢長江Ⅰ級(jí)階地深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律及土壓力分布特征的認(rèn)識(shí)還不夠深入，無疑對(duì)基坑變形控制、巖土體強(qiáng)度指標(biāo)的選擇、土壓力的計(jì)算等產(chǎn)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(jí)階地深基坑工程的一大特點(diǎn)[3]，深入了解深基坑變形規(guī)律以及土壓力分布至關(guān)重要。國內(nèi)許多學(xué)者對(duì)基坑的變形規(guī)律[4-7]以及計(jì)算土壓力所選取的土體強(qiáng)度指標(biāo)和計(jì)算模式[7-10]進(jìn)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(tǒng)一的觀點(diǎn)。對(duì)于武漢長江Ⅰ級(jí)階地基坑工程，對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律的認(rèn)識(shí)、土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇、土壓力計(jì)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(jié)論。

為此，本文從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)出發(fā)，通過對(duì)武漢長江Ⅰ級(jí)階地中海國際大廈超深基坑工程地下連續(xù)墻水平位移及坑外土壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，研究了地下連續(xù)墻變形規(guī)律及土壓力分布特征，并與朗肯極限主動(dòng)土壓力對(duì)比，以期得到武漢長江Ⅰ級(jí)階地深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形形態(tài)以及土壓力的分布特征，為巖土體強(qiáng)度指標(biāo)和土壓力計(jì)算模式的選擇提供一定的依據(jù)。

1超深基坑工程概況

1.1工程概況

湖北建源房地產(chǎn)開發(fā)有限責(zé)任公司擬在武漢市青山區(qū)友誼大道南側(cè)投資興建中海國際大廈項(xiàng)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(yè)樓裙樓和地下室工程等組成，設(shè)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?；颖O(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置見圖1，CX02~CX08為測(cè)斜點(diǎn)，其中土壓力測(cè)點(diǎn)在測(cè)斜點(diǎn)附近，編號(hào)一致。

圖1　基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置面

1.2地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)區(qū)地貌單元屬長江Ⅰ級(jí)階地，場(chǎng)地平坦。在勘探深度范圍內(nèi)，除表層分布有厚度不一的雜填土外，其下為第四系全新統(tǒng)沖積成因的粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土粉砂及細(xì)砂，下伏志留系強(qiáng)～中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，場(chǎng)地地層具有典型的二元沉積規(guī)律，上部為深厚淤泥層，下部為砂層。

2地下連續(xù)墻水平位移實(shí)測(cè)分析

2.1地下連續(xù)墻水平位移

圖2~5分別為2#、4#、5#、8#測(cè)點(diǎn)地下連續(xù)墻深層水平位移。

圖2　2#測(cè)點(diǎn)地下連續(xù)墻深層水平位移

圖3　4#測(cè)點(diǎn)地下連續(xù)墻深層水平位移

圖4　5#測(cè)點(diǎn)地下連續(xù)墻深層水平位移

圖5　8#測(cè)點(diǎn)地下連續(xù)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(xù)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(hù)墻變形形式分析

對(duì)于圍護(hù)墻變形形式，許多學(xué)者進(jìn)行了深入的分析，龔曉南[11]等總結(jié)了大量的實(shí)測(cè)資料，認(rèn)為圍護(hù)擋墻變形曲線形態(tài)上大體可以分為4種類型，見圖6。

圖6　圍護(hù)擋墻變形的4種形式

從中海國際大廈超深基坑地下連續(xù)墻水平位移實(shí)測(cè)曲線規(guī)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(chǎng)地的地層分布和基坑支護(hù)形式密切相關(guān)。首先，該基坑支護(hù)形式選擇的是地連續(xù)墻+三道圓環(huán)內(nèi)支撐的支護(hù)體系；其次，該基坑位于武漢長江Ⅰ級(jí)階地，場(chǎng)地地層具有典型的二元沉積規(guī)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(duì)較好，與弓形曲線變形形式所描述的發(fā)生因素相一致。因此，通過以上分析，對(duì)于武漢長江Ⅰ級(jí)階地深基坑而言，對(duì)于帶有內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形形式應(yīng)為弓形變形曲線。

2.3圍護(hù)墻最大水平位移位置分析

從2.1節(jié)中海國際大廈基坑地下連續(xù)墻水平位移實(shí)測(cè)曲線的規(guī)律來看，2#、4#、5#、8#測(cè)點(diǎn)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(duì)關(guān)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(duì)關(guān)系

根據(jù)表1中的統(tǒng)計(jì)，武漢長江Ⅰ級(jí)階地中海國際大廈深基坑地下連續(xù)墻最大水平位移位置約在0.56~0.64H范圍內(nèi)，均值為0.59H。

3土壓力實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值對(duì)比

圖7~10分別為2#、3#、5#和6#、7#和8#號(hào)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)土壓力與朗肯極限主動(dòng)土壓力對(duì)比曲線，圖例中巖芯qq為巖芯管取土直接快剪強(qiáng)度指標(biāo)，qq、cq和cu分別為靜壓薄壁取土直接快剪、固結(jié)快剪、三軸固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)。2#、3#、5#和6#、7#和8#號(hào)測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)土壓力與朗肯極限主動(dòng)土壓力對(duì)比

圖9　5#、6#測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)土壓力與朗肯極限主動(dòng)土壓力對(duì)比

圖10　7#、8#測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)土壓力與朗肯極限主動(dòng)土壓力對(duì)比

從各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)土壓力與朗肯極限主動(dòng)土壓力對(duì)比曲線可知，對(duì)于上部軟弱黏性土層，實(shí)測(cè)土壓力基本介于cq與cu強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算的土壓力之間，且遠(yuǎn)小于巖芯qq強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算的土壓力，從土力學(xué)基本理論出發(fā)，三軸壓縮狀態(tài)更符合土的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)。因此，對(duì)于一級(jí)重要性等級(jí)基坑工程，建議使用cu抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)于二級(jí)、三級(jí)重要性等級(jí)基坑工程亦可使用cq抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，應(yīng)禁止使用巖芯管取樣。對(duì)于下部深厚砂性土層，土壓力實(shí)測(cè)值與水土分算計(jì)算值較為吻合。因此，對(duì)于砂性土建議使用水土分算方法計(jì)算土壓力。

4結(jié)語

本文通過對(duì)武漢長江Ⅰ級(jí)階地中海國際大廈超深基坑工程地下連續(xù)墻水平位移及坑外土壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究了地下連續(xù)墻變形規(guī)律及土壓力的分布特征，并與朗肯極限主動(dòng)土壓力對(duì)比，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)武漢長江Ⅰ級(jí)階地中海國際大廈超深基坑工程地下連續(xù)墻水平位移主要呈現(xiàn)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(duì)于上部軟弱黏性土，一級(jí)重要性等級(jí)基坑工程建議使用cu抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，二級(jí)、三級(jí)重要性等級(jí)基坑工程亦可使用cq抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，應(yīng)禁止使用巖芯管取樣；對(duì)于下部砂性土，使用水土分算較水土合算更符合實(shí)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1] DB42/T159—2012，基坑工程技術(shù)規(guī)程[S].

[2] JGJ120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 李新軍. 武漢長江一級(jí)階地地鐵深基坑變形研究[J].鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2012 (3)： 67-70.

[4] 汪中衛(wèi)，劉國彬，王旭東，等. 復(fù)雜環(huán)境下地鐵深基坑變形行為的實(shí)測(cè)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28(10)： 1263-1266.

[5] 李琳，楊敏，熊巨華. 軟土地區(qū)深基坑變形特性分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2007，40(4)： 66-72.

[6] 徐中華，王建華，王衛(wèi)東. 上海地區(qū)深基坑工程中地下連續(xù)墻的變形性狀[J].土木工程學(xué)報(bào)，2008，41(8)： 81-86.

[7] 高 偉，竇遠(yuǎn)明，周曉理，等. 分步開挖過程中基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和土壓力性狀研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28(S1)：1455-1459.

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

[9] 李廣信. 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上水土壓力的分算與合算[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2000，22(3)： 348-352.

[10] 劉國彬，黃院雄，侯學(xué)淵. 水及土壓力的實(shí)測(cè)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19 (2)： 205-210.

[11] 龔曉南，高有潮. 深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)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(jiǎn)介：馬鄖(1970年-)，男，湖北天門人，2014年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事巖土工程勘察、深基坑工程設(shè)計(jì)與研究工作。

項(xiàng)目基金：武漢市城建委科研項(xiàng)目(No.201223,文號(hào)武城建[2012]308)，武漢市“黃鶴英才(專項(xiàng))計(jì)劃”資助項(xiàng)目。

中圖分類號(hào)：TQ 534.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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