综合重点工程桩基及其基础综合重点工程优质毕业设计开题报告.doc

石河子大学

毕业论文(设计)开题汇报

课题名称： 某工程桩基及其基坑工程毕业设计
学生姓名： 已隐藏
学 号： 已隐藏
学 院： 水利建筑工程学院
专业、年级： 级农业水利工程
指导老师： 已隐藏
职 称：
毕业论文(设计)起止时间：

一、本设计选题起源及研究目标和意义
1、选题依据、起源
以前几十年中，因为建筑物高度不高，基础埋置深度很浅，极少大力开发地下空间，基坑开挖通常仅作为浅基础处理。近20多年来，因为高层建筑、地下空间发展，桩基及其基坑工程规模大、深度深、事故频繁，给岩土工程界提出了很多技术难题，是岩土工程中发展最为活跃领域之一。
当建筑物场地浅层地基土质不能满足建筑物对地基承载力和变形要求，也不宜采取地基处理等方法时，往往需要以地基深层坚实土层或岩层作为地基持力层，采取深基础方案。桩基础是历史最为悠久、应用最为广泛一个深基础。多年来，桩种类和形式、施工机具，施工工艺和桩基设计理念和设计方法全部在高速演进和发展。
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。深基坑发展和安全问题成为我们关注焦点。伴随城市经济快速发展，高层建筑大批兴建，发展趋势是层数增多，高度增大，基础埋深加大，平面部署愈加复杂，和周围建筑物联络愈加紧密。城市地下空间开发利用，使得基坑面积和开挖深度越来越大，所以，传统基坑支护方法面临深度和广度挑战。桩基及其深基坑正是在大家不停实践探索中发展起来，本设计正是这一背景下实时反应。
2、设计目标和意义

桩基及基坑工程是中国目前地基基础领域一个关键研究方向。桩基及基坑工程在二十世纪八十年代末才开始全方面、深入地研究和工程实践，但伴随中国建设事业发展，城市高层建筑大量涌现，极大推进了深基坑工程设计理论和施工技术不停发展，同时也产生了大量深基坑支护设计和施工问题。 
中国外大量工程实践表明，很多工程最危险阶段不一定是在正常使用阶段，而是在建造阶段和老化阶段。对很多工程事故常常发生在施工阶段而言，其原因除了施工质量没有确保、施工方法发生了不合理改变、人为错误等原因以外，关键原因之一是因为对环境、地质、荷载等原因认识不足而造成设计和施工中某种失误和疏忽所致。 
桩基及基坑工程是和众多原因相关综合技术，是一个系统工程问题，必需含有结构力学、土力学、地基基础、地基处理、原位测试等多个学科知识，同时含有丰富施工经验，并结合拟建场地土质和周围环境情况，才能制订出因地制宜支护结构方案和实施措施。它和场地工程勘察、支护结构设计、施工开挖、基坑稳定、降水、施工管理、现场监测、相邻场地施工相互影响等亲密相关。桩基及基坑设计和施工包含地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候改变、地下水动态、施工程序和方法等很多相关复杂问题，是理论上尚待完善、成熟和发展综合技术学科。怎样依据场地工程性质、水文地质、环境条件制订合理设计方案；怎样在确保稳定性前提条件下，设计最经济方案，也是基坑比较关键问题。所以在桩基及基坑工程设计和施工中，需要严谨、周密分析和计算。
二、中国(外)研究现实状况、分析及发展趋势
1、桩基现实状况
在高速发展经济体制下，中国高层建筑在工程建设中越来越普遍，其中高层建筑基础工程花费水泥、钢材量多、施工难度大，其造价在建筑工程总造价中又占有较大比重。故而高层建筑基础是高层建筑结构体系中一个关键组成部分,桩基设计和施工显得尤其关键。
地基基础设计时，首先确保基础含有足够刚度和强度，其次考虑地基稳定性、承载力及变形要求等，深入确定适宜基础形式。现在，依据桩施工方法不一样，关键可分为预制桩和灌注桩两大类。
预制桩用混凝土、钢材或木料在现场或工厂制作，然后以锤击（经过锤击或辅以高压射水使桩沉入土中）、振动打入（将大功率振动器置于桩顶，利用内装偏心块旋转时产生竖向振动力使桩沉入土中）、静压或旋入等方法设置就位。关键可分为混凝土预制桩、钢桩和木桩。
灌注桩直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内下放钢筋笼，再浇筑混凝土而成，可分为沉管灌注桩、钻（冲）孔灌注桩和挖孔桩三类。沉管灌注桩，利用锤击或振动等方法沉管成孔，然后浇灌混凝土，拔出套管；钻（冲）孔灌注桩用钻机钻土成孔，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土；挖孔桩采取人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔，安放钢筋笼及浇灌混凝土而成。
2、桩基发展趋势
在进入二十一世纪之际，桩基础技术发展中最少有以下部分动向值得大家关注。 
（1）、桩尺寸向长、大方向发展
基于高层、超高层建筑物及大型桥主塔基础等承载需要，桩径越来越大，桩长越来越长。欧美及日本钢管桩长度已达100m以上，桩径超出2500mm；上海金茂大厦钢管桩桩端进入地面下80m砂层，桩径为914.4mm。
（2）、桩尺寸向短、小方向发展
基于老城区改造、老基础托换加固、建筑物纠偏加固、建筑物增层和补桩等需要，小桩及锚杆静压桩技术日趋成熟，应用广泛。小桩又称微型桩或IM桩。
（3）、向攻克桩成孔难点方向发展
以日本为例，成立由64家基础企业组成岩层削孔技术协会，研究开发出20余种大直径岩层削孔工法，其中长螺旋钻进成孔法3种，回转钻进成孔法5种，冲击钻进成孔法7种和全套管回转掘削孔法9种。中国也有不少单位成功地研究开发出岩层钻进成孔法及大三石层(大卵砾石层、大抛石层和大孤石层)钻进成孔法。 
（4）、向低公害工法桩方向发展 
筒式柴油锤冲击式钢筋混凝土预制桩即使含有桩身质量较可靠、施工速度快及承载力高等优点，但因为其施工时噪声高、振动大和油污飞溅(三者统称为一次公害)等缺点，在城区住宅群及公共建筑群等场地施工中受到很大限制，为此静压实钢筋混凝土预制桩施工技术在中国得到业主青睐。 国外已显现出用液压打桩锤替换筒式柴油锤趋势。和筒式柴油锤相比，液压打桩锤含有桩锤短、噪声低、无油烟、省燃料、每一个工作循环中沉桩力连续时间长、打击力大、每一次冲击产生桩贯入度较大等特点。
（5）、向扩孔桩方向发展
北京地域一般直径钻孔扩底灌注桩（桩身直径0.3～0.4m，扩底直径0.8～1.2m）静载试验结果表明，和相同桩身直径直孔桩相比，前者极限荷载为后者1.7～7.0倍，前者单位桩体积极限荷载为后者1.4～3.0倍。大直径钻（挖）孔扩底桩含有承载力高、成孔后出土量少、承台面积小等显著优点，在中国外得到广泛利用。中国钻孔扩底桩种类有20种以上，日本大直径钻扩桩工法快要30种。 扩孔成型工艺除钻扩外，还有爆扩、冲扩、夯扩、振扩、锤扩、压扩、注扩、挤扩和挖扩等种类。 
（6）、向异型桩方向发展
为了提升单桩承载力（桩侧摩阻力和桩端阻力）中国外大量发展异型桩。广义地说，异型桩包含横向截面异化桩和纵向截面异化桩。  
(7)、向埋入式桩方向发展
钢筋混凝土预制桩和钢桩设桩工艺有打入式、压入式（静压式）和埋入式三种。所谓埋入式桩工法是将预制桩或钢管桩沉入到钻成孔中后，采取一些手段增强桩承载力工法。1987年在日本埋入式桩工法占预制桩施工56%，至该法百分比上升为78%。中国埋入式桩种类极少，几乎是个空白点，这也正是给桩基施工企业发展和上升提供良好空间。  
(8)、向组合式工艺桩方向发展 
因为承载力要求，环境保护要求及工程地质和水文地质条件限制等，采取单一工艺桩型往往满足不了工程要求，实践中常常出现组合式工艺桩。 
(9)、向高强度桩方向发展
伴随对打入式预制桩要求越来越高，诸如高承载力、穿透硬夹层、承受较高打击应力及快速交货等要求，一般钢筋混凝土桩已满足不了上述要求，故预应力钢筋混凝土桩和预应力高强度混凝土桩使用越来越多。 
（10）、向多个桩身材料方向发展 
以灌注桩为例，桩身材料种类亦出现多样化趋势，一般混凝土、超流态混凝土、无砂混凝土、纤维混凝土、自流平混凝土及微膨胀混凝土等。打入式桩亦有组合材料桩，如钢管外壳加混凝土内壁合成桩等。 
3、基坑支护现实状况
多年来，伴随越来越多高层建筑兴建、大型市政设施施工及大量地下空间开发，产生了大量深基坑工程，且建筑越高基坑开挖深度和面积越大，基坑开挖对周围建筑物、市政设施和地下管线造成影响也越大。所以，怎样确保支护结构及周围环境稳定就成为深基坑研究首要条件。其次，因为高层建筑基础工程造价约占整个工程造价三分之一，工期约占总工期四分之一，所以，对深基坑支护结构进行优化设计可节省大量投资，取得良好经济效益和社会效益。支护结构应考虑结构空效应和受力特点，采取有利于支护结构材料受力性状形式，支护方法可依据基坑周围环境、开挖深度、工程地质和水文地质、施工作业设备和施工季节等条件，关键为放坡开挖、重力式水泥土墙、排桩、地下连续墙、土钉墙或上述形式组合。
现在存在问题：①因为设计和施工方面考虑欠妥原所以造成深基坑工程事故，造成重大经济损失；②支护选型和设计极为保守，造成浪费。所以，基坑支护工程实施路径并非唯一，对于给定场地和建筑工程而言应该存在最优者，而且有着极大经济效益。
4、基坑支护发展趋势
（1）改变传统静态设计观念
对于深基坑支护结构设计，中国外岩土工作者对探讨和建立动态设计体系已形成共识，很多学者己开始从事这方面研究。近十几年来，中国在深基坑支护技术上已经积累很多实践经验，搜集了施工过程中部分技术数据，已初步探索出岩土改变支护结构实际受力规律，为建立深基坑支护结构设计新理论打下了良好基础。
（2）建立变形控制新工程设计方法
按变形控制设计中变形控制量应依据基坑周围环境条件因地制宜确定，不是要求基坑围护变形愈小愈好，也不宜简单地要求一个变形许可值，应以基坑变形对周围市政道路、地下管线、建（构）筑物不会产生不良影响，不会影响其正常使用为标准。鉴于此，应建立新变形控制设计方法。
（3）探讨新型支护结构计算方法
伴随大量高层、超高层建筑和地下工程不停涌现，对基坑工程要求越来越高，随之出现问题也越来越多，造成很多新支护结构型式相继问世，如：双排桩、土钉、组合拱帷幕、旋喷土锚、预应力钢筋混凝土多孔板等。不过，这些支护结构型式计算模型怎样建立、计算简图怎样选择、设计方法怎样趋于正确，仍是目前新型支护结构设计中急需处理问题。这些结合肯定使支护结构受力复杂，所以，工程技术人员必需探讨新型支护结构计算方法。
（4）开展支护结构试验研究
理论来自于实践，中国至今在深基坑支护结构方面还未进行系统试验研究。在支护工程施工过程中积累技术资料很丰富，但缺乏科学测试数据，无法进行科学分析。部分支护结构工程成功了，也讲不出具体成功之处；部分支护结构试验研究是很有必需。经过试验室模拟试验和工程现场试验，发觉问题、总结规律，寻求处理问题最好路径。
（5）优化深基坑支护结构方案
深基坑支护结构设计和施工不一样于上部结构，除地基土类别不一样外，地下水位高低、土物理力学性质指标和周围环境条件等，全部直接和支护结构选型相关。在深基坑工程中，支护结构方案选择至关关键，支护结构型式选择合理就能做到安全可靠、施工顺利、缩短工期，带来可观经济和社会效益。可见，支护结构形式优化选择是深基坑支护技术发展肯定趋势。
（6）发展信息监测和信息化施工技术
基坑工程力学参数不确定性及施工过程不可预见性，使基坑工程设计和施工中难免出现和实际地层条件不符合情况，需要在施工过程中经过监测信息反馈来修正设计，指导施工。所以，基坑工程监测是基坑工程施工中一个关键步骤，组织良好监测能够将施工中各方面信息立即反馈给基坑开挖组织者，依据估计判定施工对周围环境造成影响程度，对基坑工程围护体系变形及稳定状态加以评价，并估计深入挖土施工后将造成变形及稳定状态发展，制订深入施工策略，实现所谓信息化施工。
三、任务要求及毕业设计进行内容
1、任务要求
要求每个学生在老师指导下，于要求时间内，独立完成所指定设计内容。在设计中，要求设计依据可靠、分析全方面、论证充足、所选方案尽可能经济合理、使用公式正确、数学计算正确、文字叙述简练、图面清楚完整。
2、设计内容
首先，依据场地工程地质条件、水文地质条件，充足考虑到周围地层条件，选择技术上适宜基础结构类型。并进行选定基础材料，进行基础底面确定，并进行基础高度确定，进行基础抗冲切、抗弯、抗剪承载力计算。
其次，分析评价场地岩土工程条件。依据场地工程地质条件、水文地质条件，充足考虑到周围地层条件，选择技术上可行,经济上合理,而且含有整体性好、水平位移小,同时便于基坑开挖及后续施工可靠支护方法，经过分析论证选择适宜基坑支护方案。然后对基坑支护结构进行了具体设计计算，其中包含土压力计算、支护结构设计计算、稳定性验算。当不能满足稳定性要求时候，需要重新设计计算或做必需处理，直至达成稳定性安全要求。选择经济、实效、合理基坑降水方案,最终简单地谈到了基坑施工组织和工程监测。
（一）、准备阶段
（1）、熟悉、分析设计毕业设计内容要求，依据设计内容搜集设计所需设计参考资料、手册、规范、教材等。
（2）、熟悉、分析设计工程地质资料，水文地质资料、钻孔资料等。
（3）、依据毕业设计内容，阅读桩基类型、基坑支护类型等
（二）、桩基础设计计算阶段
（1）、确定桩基持力层、确定桩基类型、桩长、桩几何尺寸。
（2）、进行单桩竖向（和水平向）承载力设计值确定计算
（3）、确定桩数量、间距和布桩方法
（4）、验算桩基承载力
（5）、验算桩基沉降、桩身裂缝计算
（6）、桩身结构设计计算，并绘制桩身结构图
（7）、承台底面尺寸、位置确实定
（8）、承台结构设计计算，并绘桩基施工图。
（三）、基坑支护设计计算阶段
（1）、确定基坑侧壁安全等级
（2）、选定基坑支护方案。
（3）、支护结构上侧压力计算
（4）、支护结构嵌固深度确实定
（5）、基坑整体稳定计算
（6）、基坑局部稳定验算
（7）、支护结构结构计算、并绘制结构施工图。
（8）、基坑开挖要求
（四）、基坑降水设计计算
（1）、拟采取地下水控制方法
（2）、降水设施设置
（五）、基坑监测
（1）、确定监测项目和内容

四、需要关键研究、关键问题及处理思绪

桩基及其基坑工程施工因为地层不可知性，常常会碰到很多异常情况，这就要求我们依据具体情况，仔细分析，采取妥善方法去处理各类问题。
1、桩间距
为了避免挤土效应对成桩质量影响，设计中应控制桩间距在许可范围之内。
2、支护方案选型
基坑支护方案选型标准是“技术优异、经济合理、确保基坑边坡稳定、基坑周围建筑物、道路及地下设施安全”。所以结构选型时应综合考虑工程地质和水文地质条件、基础类型、基坑开挖深度、排水条件、周围环境对基坑侧壁位移要求、基坑周围荷载、施工季节、支护结构使用期限等原因，做因地制宜，合理设计。
3、地下水处理 
    一些地域地下水位假如比较高，其作用在支护工程结构上压力较大，造成支护结构变形量较大，极易产生流砂现象，地下水量较大,针对这些问题，一个很关键举措就是采取全止水结构，在支护工程设计时采取深层搅拌桩等地基加固方法或坑内采取管井降水等方法提升土体强度
五、工作条件、工作方案及进度计划
完成此次设计需要有清楚思绪,科学态度,借助工具书和书本，和计算机绘图来完成。在设计过程中把握好各关键步骤，此次设计要有条不紊按次序完成，确保设计正确和完整性。关键进度计划根据指导老师要求进行。设计工作进度安排以下：1准备阶段（2天）；2桩基础设计计算阶段（4周）；3基坑支护设计计算阶段（4周）；4基坑降水设计计算（1周）；5基坑监测（1周）；6其它（2周）。总而言之就是此次毕业设计开题汇报内容。

六、参考文件
[1] 赵成刚,白冰等.土力学原理.北京：清华大学出版社，.
[2] 钱德玲.基础工程.北京，中国建筑工业出版社，
[3] 建筑桩基技术规范.北京:中国建筑工业出版社,
[4] 建筑基坑支护技术规程.北京:中国建筑工业出版社,,
[5] 徐杨青.  深基坑工程设计优化原理和路径[J]. 岩石力学和工程学报. (02)
[6] 张敦庆.浅谈地基基础设计[J].中国科技纵横,.
[7] 李晓娟.桩基础设计中应注意问题探讨[J].科技风,.
[8] 仲崇梅.  深基坑组合支护结构设计及应用研究[D]. 西安建筑科技大学，

指导老师审阅意见：

开题汇报成绩：

指导老师（签字） 年 月 日

备注：