基坑支护优质毕业设计开题报告.doc

1 课题研究目标和意义伴随经济发展社会进步，大城市高层建筑,地下建筑,还有隧道等工程大幅度增加，而同时为了节省土地，充足利用地下空间，深基坑工程也随之不停增加。深基坑工程是一个古老而含有划时代特点综合性岩土工程课题，因为它既包含到土力学经典强度问题和变形问题，又包含到土体和支护结构相互作用问题。经过分析不难看出，基坑工程发展是一个新支护型式出现带动新分析方法产生，并遵照实践，认识，再实践,再认识规律而逐步趋向成熟。20世纪30年代，太沙基和皮克等最先从事基坑工程研究，60年代在奥斯陆等地基坑开挖中开始实施施工监测，从70年代起，很多国家陆续制订了指导基坑开挖和支护设计和施工法规。中国于20世纪80年代初才开始出现大量基坑工程。 80年代前，中国为数不多高层建筑地下室多为一层，基坑深不过4 m，常采取放坡开挖就能够处理问题。到80年代，伴随高层建筑大量兴建，开始出现两层地下室，开挖深度通常在8 m左右，少数超出10 m。 进入90年代，中国高层建筑迅猛发展，同时各地还兴建了很多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等,造成多层地下室逐步增多，基坑开挖深度超出10 m 比比皆是。 基坑支护工程设计和施工,既要确保整个支护结构在施工过程中安全,又要控制结构和周围土体变形,以确保周围环境(相邻建筑物和地下公共设施等) 安全。所以,怎样确保基坑工程安全可靠、经济合理、实用可行是目前现代化城市建设中一个很关键和迫切问题。尤其是在20世纪,伴随大基坑工程要求越来越高,随之出现问题也越来越多。本设计努力争取在宫老师指导下，因地制宜做出一个合理设计。泛海酒店基坑支护结构设计地处旅游区和住宅区交界处，地理位置十分关键，土地资源珍贵，该地域地下室较少，泛海酒店为两层地下室结构，将为以后城市地下空间开发和利用奠定坚实基础，同时该地下室也可作为本市标志性地下建筑，含有一定经济影响力。选定该课题也是为了培养自己综合能力。依据土木工程专业（岩土和地下工程方向）培养目标要求及本人毕业后关键服务去向，经过毕业设计，能够使我们把所学过专业知识综合应用于实际工程设计中，使理论和生产实践相结合提升工程设计能力，能独立进行基坑支护结构设计。经过泛海酒店基坑支护结构设计，使我们在应用现行规范、标准、技术指标和经济指标等方面得到基础训练，达成对所学专业知识进行巩固、综合掌握和灵活利用目标，提升分析问题、处理问题能力。在毕业设计过程中，使我们对基坑支护设计全过程有了系统了解和初步掌握，在此过程中，我们对以前所学知识进行了一次综合性复习，并把零碎知识进行了一次有选择性系统综合，从而把我们四年所学多种知识进行了融会贯通。在做这次毕业设计过程中我们依据实际情况并考虑多种外界原因进行理论和实际相结合基坑支护设计，这次毕业设计课程，巩固了我们专业知识，培养了我们动手能力，对我们以后学习和工作有深刻指导意义和实际价值。2 文件综述（课题研究现实状况及分析）2.1基坑支护方向研究现实状况 改革开放以来,中国在交通、水利水电、 市政、地下工程开发和利用等基础设施领域取得了令人瞩目标成就 ,尤其是近十年来 ,更取得了突飞猛进发展 ,其中铁路隧道、公路隧道、水利水电隧洞、市政共同沟和城市地铁也取得了前所未有发展，同时在设计和施工技术水平上也有了很大提升。中国改革开放和国民经济连续高速增加形势下，全国工程建设亦突飞猛进，高层建筑迅猛发展，建筑高度越来越高，同时各地还兴建了很多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等，造成多层地下室逐步增多，基坑开挖深度超出10m比比皆是，其埋置深度也就越来越深，对基坑工程要求越来越高，伴随人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工程建设，尤其是多年来工程实践，城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提升。中国城市地下工程、隧道及井孔工程等前后采取了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等，这些技术有已达成国际优异水平。促进了建筑科学技术进步和施工技术、施工机械和建筑材料更新和发展。为了确保建筑物稳定性，建筑基础全部必需满足地下埋深嵌固要求。随之出现问题也越来越多，这给建筑施工、尤其是城市中心区建筑施工带来了很大困难。 地下工程包含市政管线工程 ,地下仓储工程 ,地下商场，地下车库，城市地下空间综合开发利用等地下建筑物和大中型平战结合工程。伴随现代化城市高密度化 ,生活水准高标准化 ,多种供给设施(如电信、 电气、 煤气、 上下水等)需求量将会急剧增加 ,需要改造和增设供管线愈来愈多 ,处理这一问题最好对策乃是进行统一计划和管理城市地下共同沟(城市地下公用事业综合隧道) ,1994年上海浦东建成了中国第一条规模较大张扬路共同沟。城市地下空间开发利用 ,现在较广泛有高层建筑物地下室 ,平战结合人防工程 ,如上海人民广场地下商场 ,哈尔滨、 长春地下商业街等。利用地下工程恒温恒湿 ,受地面干扰小,防灾抗灾能力强等特点 ,中国修建了很多地下储库 ,如地下粮库、 油库、金库等。伴随中国经济和科技发展 ,地下工程应用领域和应用深度将不停拓展。国外城市地下空间开发利用起步早，大规模开发大约经历了150多年发展历程，经验比较成熟。国外地下空间开发开始于建设地铁，比如说英国伦敦1863年就建成了世界上第一条地铁，开创了城市地下铁道建设先河，美国纽约1865年建设是第一条地铁，法国巴黎19建设了第一条地铁，德国柏林19建设了第一条地铁，西班牙马德里19建设了第一条地铁，日本东京1927年建设了第一条地铁，现在世界上已经修建地铁投资运行国家和地域有40多个，城市有一百多个。国外地下空间开发开始于第二次世界大战，第二次世界大战战前加强地下工势建设，牵引了地下空间开发。第二次世界大战中战略轰炸已经成为战争关键样式，巨大平民伤亡和财产损失，使各交战国充足认识加强民防工程建设，修建地下防护设施关键地位和作用，在遭受敌空袭时，民防和地下防护设施建设相对很好英国平均每受弹一吨伤亡1人，在过去战争中，军队伤亡人数和平民伤亡人数是20：1，而现代战争军人伤亡人数和平民伤亡人数是1：20，所以在战后欧洲各国在十分重视在民用建筑下面修建防空地下室，并以法律形势加以要求，瑞士作为一个中立国家，靠近3没有战争，不过瑞士全部建筑物全部修建了地下防护工程，它地下空间开发关键是战时防护和防灾。 重视立体开发，充足利用地下空间多功效性，建设四通五达地下城，从地铁交通工程、大型建筑物向地下自然延伸发展，到复合型地下综合体，再到地下城，形成了地下交通、地下商业、地下疏散干道、地下共同管沟建设有机融合。同时，公共建筑也向地下发展，如公共图书馆、会议中心、展览中心、体育馆、音乐厅、大型科研试验室等文化体育设施。国外地下建筑内部空间环境质量、应急系统和运行管理全部达成了较高水平。比如：美国基础上是实施道路交通地下化，比如波士顿中央大道就是经历了城市由高架道路转入地下过程，验证了城市道路及高架道路走进地下化发展趋势，美国地铁建设在世界上运行最长，纽约有443公里，车站达504个，天天有510多万人在地铁里面运行，每十二个月快要20亿人次，真正市中心曼哈顿地域常住人口只有10万，但白天进入该地域是300万，多数是乘坐地铁人员。法国也是城市地下空间开发较早国家，一是对废弃矿井进行再开发利用，改变为城市下水道和防空设施，巴黎市早在18世纪末就开发利用了多个世纪之前废弃矿井，于1890年成功用于巴黎世博会中国馆和印度馆设计，取得成功。二是大力建设地下车库。三是用于保护历史文化景观，比如卢浮宫改造，地上已经没有空间利用，就在地下扩建，成功对古典建筑进行了现代化改造。2.2文件摘要支护结构挡墙选型，包含技术原因和经济原因，要从满足施工要求、降低对周围不利影响、施工方便、工期短、经济效益好等几方面，经过技术经济比较后加以确定。而且支护结构挡墙选型要和支撑选型、地下水位降低、挖土方案等配套研究确定。支护结构中常见挡墙结构及其适用范围以下：（1）钢板桩钢板桩常见有简易槽钢钢板桩和热轧锁口钢板桩。其中热轧锁口钢板桩形式有U型、z型、一字型、H型和组合型。中国通常常见者为U型，即相互咬接形成板桩墙，只有在基坑深度很大时才用组合型。（2）钢筋混凝土板桩这是一个传统支护结构，截面带企口有一定挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永久保留在地基土中，过去多用于钢板桩难以拔除地段。（3）钻孔灌注桩排桩挡墙常见直径为6001000mm，做成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁，设内支撑体系。中国各地全部有应用，是支护结构中应用较多一个。灌注桩挡墙刚度较大，抗弯能力强，变形相对较小，在土质很好地域已经有78m悬臂桩，在软土地域坑深不超出14m皆可用之，经济效益很好。但其永久保留在地基土中，可能为以后地下工程施工造成障碍。因为现在施工时难以做到相切，桩之间留有100150mm间隙，挡水效果差，有时和深层搅拌水泥土桩挡墙组合应用，前者抗弯，后者做成防水帷幕起挡水作用。（4）H型钢支柱、木挡板支护挡墙这种支护结构适适用于土质很好、地下水位较低地域，国外应用较多，中国也有应用。如北京京城大厦深23.5m深基坑即用这种支护结构，它将长27m488mm300mmH型钢按1.1m间距打入土中，用三层土锚拉固。H型钢支柱按一定间距打入，支柱间设木挡板或其它挡土设施，用后可拔出回收反复使用，较为经济，但一次性投资较大。（5）地下连续墙地下连续墙已成为深基坑关键支护结构挡墙之一，中国大城市深基坑工程利用此支护结构为多，常见厚度为6001000mm，现在也可施工厚度450mm，上海至今已完成100多万平方米地下连续墙。尤其是地下水位高软土地域，当基坑深度大且邻近建(构)筑物、道路和地下管线相距甚近时，往往是首先考虑支护方案。上海地铁多个车站施工中全部采取地下连续墙。（6）土钉墙土钉墙是一个利用土钉加固后原位土体来维护基坑边坡土体稳定支护方法。它由土钉、钢丝网喷射混凝土面板和加固后原位土体三部分组成。该种支护结构简单、经济、施工方便，是一个较有前途基坑边坡支护技术，适适用于地下水位以上或经降水后粘性土或密实性很好砂土地层，基坑深度通常小于15m。除上述者外，还有用人工挖孔桩(中国南方地域应用不少)、打入预制钢筋混凝土桩等支护结构挡墙。多年来SMW法(水泥土搅拌连续墙)在中国已成功应用，有一定发展前途。北京还采取了桩墙合一方案，立即支护桩移至地下结构墙体位置，轴线桩既承受侧向土压力又承受垂直荷载，轴线桩间增加部分挡土桩承受土压力，桩间砌墙作为地下结构外墙，收到很好效果，现在亦得到推广。 -浅谈深基坑支护结构设计 .建筑科学论文，侯学渊.09基坑工程设计多在主体工程设计结束施工图完成以后，基坑工程施工之前进行。但为了使基坑工程设计和主体工程之间协调，使基坑工程实施能愈加经济，对大型深基坑工程，应在主体结构设计阶段就着手进行，方便协调基坑工程和主体工程结构之间关系，如地下结构用逆作法施工，则围护墙和中间支承柱（中柱桩）部署就需和主体工程地下结构设计亲密结合；如大型深基坑工程支护结构设计，其立柱部署、多层支撑部署和换撑等，皆和主体结构工程桩部署、地下结构底板和楼盖标高等亲密相关。进行基坑工程设计之前，应对下述地下结构设计资料进行了解： （1）主体工程地下室平面部署和形状，和和建筑红线相对位置。这是选择支护结构形式、进行支撑部署等必需参考资料。如基坑边线贴近建筑红线，便需选择厚度较小支护结构围护墙；如平面尺寸大、形状复杂，则在部署支撑时需加以特殊处理。 （2）主体工程基础桩位部署图。在进行围护墙部署和确定立柱位置时，必需了解桩位部署。尽可能利用工程桩作为立柱桩，以降低支护结构费用，实在无法利用工程桩时才另设置柱桩。 （3）主体结构地下室层数、各层楼板和底板部署和标高，和地面标高。依据天然地面标高和地下室底板底标高，便可确定基坑开挖深度，这是选择支护结构形式、确定降水和挖土方案关键依据。了解各层楼盖和底板部署，则便于支撑竖向部署和确定支撑换撑方案，如楼盖局部缺乏时，还需考虑水平支撑换撑时怎样传力等。 施工工程地下结构设计资料调查.基坑工程，刘建航1996，17(5)在计划和设计建筑物时，常常见安全系数来考虑很多未知或不确原因影响 新建筑结构规范 制订 ，使安全系数概念及含义有了质飞跃 以前 安全系数大小并不能定量地表示安全性 大小 利用 以概率统计为手段分析建筑物破坏或失效概率 可靠度理论引进成为一个肯定 新建筑 结构规 范中用可靠度理论定义评价指标，是在大量工程实践基础上以概率统计为手段制订 含有小于某破坏 概率指标 建筑物上部结构设计已全部采取基于可靠度理论新规范 ，但在基础工程中，仅桩基工程率先采取可靠度设计 ，其它方面则刚刚起步 。在基坑工程 中开展这方面工作较少 ，关键是基坑工程中影响原因众多 ，积累资料较少 ，较难进行 。现在上部结构采取可靠度设计 ，而基础(包含基坑 )则采取定值设计存在多种不协调问题 。所以进行基坑可靠度研究而和上部结构设计相衔接 ，成为亟待懈决问题，国家地基基础设计规范正采取可靠度理论进行修改，本文拟在基坑工程可靠度研究方面作部分探讨。基坑支撑开挖确实定性分析本身就相当复杂，不是一二个公式所能处理，所以中国外基坑支护结构基于不确定性 分析 可靠度研究结果极少 。只有 Matsuo等人在这方面作过较细致工作 ，但该 文采取 是简支梁近似法，用其进行可靠度研究 ，其本身误差极有可能掩盖可靠度分析作用 。所 以本文采 用有 限元方法来 将可靠度理论引入基坑支护结构受力及变形分析 ，考虑 了模型不确定性和计算参数变异性对结构影 响，提出了深基坑支护结构受力及变形近似概率估计方法。深基坑结构支护可靠度分析 刘国斌 1998.6 3 基础内容、拟处理关键问题3.1设计内容泛海酒店基础设计内容有以下几方面： （1）设计方案比选：它包含对多种支护形式所使用土体范围，基坑深度是否满足条件等，选择施工方便支护结构。 （2）土压力计算：土压力计算包含对土体水平荷载（主动土压力）、水平抗力（被动土压力）进行计算。 （3）支护结构计算：泛海酒店基坑支护形式应满足剪力和弯矩要求。计算包含内力计算，弯矩计算，和配筋计算等。 （4）基坑稳定性验算：包含基坑整体稳定性计算、基坑坑底抗隆起稳定性分析、基坑踢脚稳定性验算、基坑抗管涌验算、基坑突涌稳定性分析计算。 （5）基坑降水止水设计：为达成目标，基坑降水要进行疏干井设计、减压井设计和地面沉降计算三方面设计。 （6）基坑监测方案设计：关键包含内力监测和变形监测两大方面监测。3.2拟处理关键问题 （1）支护方案对比和优选。 （2）支护稳定性验算问题。 （3）深基坑降水止水问题。4 技术路线 （1）设计方案比选：是依据当地自然地形、地质条件、水文条件、岩土工程勘察汇报及多种支护形式适用条件，综合考虑以确定合理地设计方案。 （2）土压力计算：是依据郎肯理论进行主动土压力和被动土压力计算。 （3）支护结构计算：其中是依据弹性支点法和极限平衡法进行计算。有些支护结构也仅采取静力平衡状态计算。 （4）基坑稳定性验算：依据极限平衡法对边坡整体稳定性和基坑坑底隆起稳定性进行分析；基坑踢脚稳定性则依据力矩平衡来进行分析；依据基坑渗流水力梯度不应超出临界水力梯度原理对基坑渗流稳定性进行分析；基坑突涌稳定性分析多是从压力平衡角度分析而得出得结论。 （5）基坑降水止水设计：应依据基坑底面上覆土压力承压含水层作用在顶板上水头压力相平衡原理进行基坑降水止水设计。采取轻型井点降水方法宜适合该地域施工。 （6）基坑监测方案设计：采取科学仪器设备和一定手段对支护结构、主体结构、桌边环境受力和位移等进行连续观察。5 进度安排 时间安排 工作内容 有效工作天数2月25日3月08日 方案比选 10天 3月11日3月15日 土压力计算 5天3月18日4月19日 基坑支护结构计算 25天4月22日5月03日 基坑稳定性验算 10天5月06日5月17日 基坑降水设计 10天5月20日5月24日 基坑监测方案设计 5天5月27日6月07日 撰写毕业设计说明书 10天6月10日6月14日 毕业设计资料上交及评阅 5天6 参考文件1建筑基坑支护技术规程(JGJ 120-).北京：中国建筑工业出版社， .2建筑地基处理技术规范(JGJ79-).北京：中国建筑工业出版社， .3建筑结构荷载规范(GB50009-) .北京：中国建筑工业出版社，.4建筑桩基技术规范(JGJ94-).北京：中国建筑工业出版社，.5混凝土结构设计规范(GB50010-).北京：中国建筑工业出版社， .6岩土工程勘察规范(GB 50021- ).北京：中国建筑工业出版 社，.7建筑边坡工程技术规范(GB50330-).北京：中国建筑工业出版社， .8深基坑工程，高大钊主编.机械工业出版社，.9基坑工程手册（第二版），刘建航、侯学渊主编.中国建筑工业出版社， .10 唐梦雄,陈如桂.深基坑工程变形控制M.北京:中国建筑工业出版社, 11 刘建航, 侯学渊. 基坑工程手册M. 北京: 中国建筑工业出版社, 199712 黄强. 深基坑支护工程设计技术M. 北京: 中国建材工业出版社, 199513 尉希成. 支护结构设计手册M. 北京: 中国建筑工业出版社, 199514 唐业清. 基坑工程事故分析和处理M. 北京: 中国建筑工业出版社, 199915 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 16 杨予. 深基坑支护优化设计D. 南宁: 广西大学, 1999.17 张引平. 浅谈深基坑支护结构设计计算J. 科技情报开发和经济, ,14(4): 182-18218 Clough G.W, Dunean J.M. Finite Element Analyses of Retaining wa11 BehaviorJ. ASCE, 1971, 165-16719Andrew J.W, Youssef M.A. Analysis of Deep Excavation in BostonJ. Journal of Geotechnical Engineering, 1993, 69-8920Sunil S.Kishnani, Ronaldo I. Seepage and Soi1-structure Interface Effects in Braced ExcavationsJ. Journal of Geotechnical Engineering, 1993, 912- 92921Andrew J.W,Youssef M.A. Analysis of Deep Excavation in BostonJ.Journalof Geotechnanical Engineering, 1993,69-8922Sunil S.Kishnani,Ronaldo I.Seepage and Soil-structure Interface EffectsinBracedExcavationsJ.JournalofGeotechnicalEngineering,1993,912-929