开题报告(基坑支护).doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计开题报告
1 课题的研究目的和意义
随着我国城市人口密度的不断增加和城市建设的发展，合理地开发与利用地下空间是城市可持续发展的要求。我国各大城市都在兴建或准备兴建地下工程，这就可能涉及深基坑工程。深基坑工程的突出特点是，其设计与施工除需保证深基坑工程自身的技术合理与安全外，还需控制其施工对环境的影响。由于我国深基坑工程发展的历史不长，在理论研究落后与工程实践，而工程经验人员技术水平的限制，我国近年来出现了一些基坑工程的事故，也出现了许多深基坑工程施工对环境造成有害影响的工程实例。因此，从根本上加强深基坑工程相关理论的研究，不断改进与完善设计方法，整体提高深基坑工程的技术是关键所在。
港澳大厦基坑工程位于山东省临沂市，地处商业区与住宅区交界处，地理位置十分重要，土地资源珍贵，该地区地下室较少，港澳大厦为两层地下室结构，将为以后临沂市的城市地下空间开发与利用奠定坚实的基础，同时该地下室也可作为本市的标志性地下建筑，具有一定的经济影响力。
选定该课题也是为了培养自己的综合能力。根据土木工程专业（岩土与地下工程方向）的培养目标要求及本人毕业后的主要服务去向，通过毕业设计，能够使我们把所学过的专业知识综合应用于实际工程设计中，使理论与生产实践相结合提高工程设计能力，能独立进行基坑支护结构设计。通过港澳大厦基坑支护结构设计，使我们在应用现行规范、标准、技术指标与经济指标等方面得到基本训练，达到对所学专业知识进行巩固、综合掌握和灵活运用的目的，提高分析问题、解决问题的能力。
本项毕业设计选题为港澳大厦基坑支护结构设计,为详细学习和了解与岩土工程相关的知识，巩固以前学习过的（深基坑支护、基础工程、地基处理、土力学、工程地质学等）知识，并按照现行规范，通过对实际情况的分析把它运用到生产实践中去，为以后的基坑处理工作打下一定的基础，同时也培养了调查研究、查阅文献、收集资料和整理资料的能力。通过本次设计使自己能够理论联系实际，并为以后的工作和学习打下坚实的基础。
2 文献综述（课题研究现状及分析）
2.1课题研究现状
我国城市地下工程建设起步较晚，20 世纪 80 年代前，国内为数不多的高层建筑的地下室多为一层，基坑深不过 4m，常采用放坡开挖就可以解决问题。20 世纪 80 年代初才开始出现大量的基坑工程。到20世纪80年代，随着高层建筑的大量兴建，开始出现两层地下室，开挖深度一般在8m左右，少数超过10m。进入20世纪90年代后，在我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下，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，同时各地还兴建了许多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m 的比比皆是，其埋置深度也就越来越深，对基坑工程的要求越来越高，随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工程的建设，特别是近年来的工程实践，城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高。我国城市地下工程、隧道及井孔工程等先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等，这些技术有的已达到国际先进水平。促进了建筑科学技术的进步和施工技术、施工机械和建筑材料的更新与发展。为了保证建筑物的稳定性，建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求。随之出现的问题也越来越多，这给建筑施工、特别是城市中心区的建筑施工带来了很大的困难。
国外许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。除了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等开挖技术外新进展有:
（1）全过程机械化。从护坡、土方开挖、结构施工，包括暗挖法施工的拱架安装、喷射混凝土、泥浆配制和处理等工序的机械化，同时采用计算机技术进行监控，从而保证了施工安全、快速施工和优良的工程质量。
（2）盾构法得到较大发展。近 30 年内英、美、法、日等国大量采用盾构施工技术，日本已生产盾构近万台，用于地铁、铁路、公路，水工及管网施工，已出现双联、三联、四联盾构，能完成三跨地铁车站，开挖宽度达17m。日本正设想设计直径 80m 的盾构，在地下建造人造太阳和住宅区。
（3）微型盾构和非开挖技术已广泛应用。主要用于建造各种直径的雨、污水、自来水管道和电缆管道。微型盾构就是直径 2m以下的盾构。刀盘掘进，遥控和卫星定位控制方向和坡度，然后安装管片。非开挖技术就是采用微型钻机，通过切割轮成孔，退回钻杆后安装管线或电缆。
（4）预砌块法施工技术。拱圈是在土方开挖后采用拼装机安装，管片上留有注浆孔，衬砌拼装完成后，由注浆孔向壁后注浆，堵塞空隙，增强围岩与衬砌的共同作用。法国用此法施工的最大单拱跨度达 24.48m。
（5）预切槽法施工技术。意、法等国制造了一种地层预切槽机，采用链条沿拱圈将地层切割出一条宽 15cm，长 4~5m 的槽缝，然后向槽缝内喷射混凝土，并在其保护下开挖土方，做防水层及二次衬砌，形成隧道。
（6）顶管大管棚法。修建地铁车站时，在顶管内灌混凝土，形成大管棚，再在其保护下进行暗挖施工。
（7）微气压暗挖法。就是在具有 1 个大气压以下的压缩空气环境下，按照“新奥法”原理进行施工。优点是可以排出地下水，保证工作面干燥;由于气压存在，可减少地面沉降;还可降低衬砌成本。
（8）数字化掘进，又称计算机化掘进，应用于硬岩工程的开挖。在数字化掘进时，钻杆的推进是程序化的，从一个洞到另一个洞也是自动的。掘进机手可以同时管理 3 套钻杆，其作用是监督钻杆的运动，必要时予以调整。孔位、孔深和掘进序列预先已在掘进机的计算机软件中安排，掘进方向由激光束控制，实现了孔的严格定位，从而可以实现掘进工艺的最优化以及曲线隧道的掘进数字化掘进的优点是:控制隧道掘进的超挖;实现掘进方案的优化;消除了工作面上的人工测量。
2.2文献摘要
地下连续墙在地下成槽后浇筑混凝土，建造具有较高强度的钢筋混凝土挡墙，用于开挖深度达10m以上的基坑或施工条件较困难的情况。具有施工噪声低，振动小，就地浇制、墙接头止水效果较好，整体刚度大，对周围环境影响小等优点。适合于软弱土层和建筑设施密集城市市区的深基坑，高质量的刚性接头的地下连续墙可作永久性结构，并可采用逆筑法施工。
地下连续墙按成桩（成槽）形式的不同，划分为桩排式连续墙和壁式连续墙两大类，
前一类主要用各种类型的桩，相互连接或搭接以及交错的单桩连锁组成的直线、圆弧、圆形等形式的排桩组合，具有一定的入土深度，墙顶用压顶粱连在一起，形成地下连续墙的墙体。壁式地下连续墙具有多种功能，有着广泛的应用前景。最主要用于深基坑工程的围护，特别适合于软土地区深基坑的开挖。
土钉墙支护是通过沿土钉通长与周围土体接触形成复合体。在土体发生变形的条件下毕业设计通过土钉与土体的接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，通过受拉工作面给土体约束加固，提高整体稳定性和承载能力，增强土体变形的延性。
土钉墙适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等。对于淤泥质土、饱和软土，应采用复合型土钉墙支护。
——浅谈深基坑支护结构设计计算[J].张引平.科技情报开发与经济，2004，14(4)
在选择和设计基坑降水前必须由甲方提供工程地质勘察资料，建筑物平面图和立面图，建筑物场地附近房屋平面图等，对于重大工程，设计人员除掌握相应资料外，必须在设计前到工程现场亲自了解，最好能目测各土层的土样，对将来降水工程的布置及其与邻近建筑物的影响。
降低地下水位的常用方法可分为明沟降水和井点降水两类。明沟降水由于其制约条件较多，尚不能得到广泛的应用，而井点降水的适用条件较广，并经过二十多年来的应用、发展和改进，已形成了多种井点降水的方法。目前常用的井点降水方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井点，辐射井点等。这些有效的降水方法现已被广泛用于各种降水工程中，但由于降低地下水位以后，可能带来一些不良影响，如地面沉降，邻近已有建筑物或构筑物的安全稳定及残留滞水的处理等。
明沟降水是在基坑内设置排水明沟或渗渠和集水井，使进入基坑内的地下水沿排水沟渠流入井中，然后用水泵将水抽出基坑外的降水方法。明沟降水一般适用于土层较密实，坑壁较稳定，基坑较浅，降水深度不大，坑底不会产生流砂和管涌等的降水工程。
在地下水位以下施工基坑工程时，通常采用井点降水法来降低地下水位。垂直井点常沿基坑四周外围布设，水平井点则可穿越基坑四周和底部，井点深度大于要求的降水深度，通过井点抽水或引渗来降低地下水位，实现基坑外的暗降，保证基坑工程的施工。经井点降水后，能有效地截住地下渗流，降低地下水位，克服基坑的流砂和管涌现象，防止边坡和基坑底面的破坏；减少侧土压力，增加挖掘边坡的稳定性，有利于边坡的支护和施工；防止基底隆起和破坏，加速地基土的固结作用；有利于提高工程质量，加快施工进度及保证施工安全。
——深基坑工程实用技术[J].基坑工程，1996，17(5)
传统的基坑计算均以稳定性为主，而未研究解决在失稳之前的变形过程。但在当前的基坑工程中，由于对周边环境的要求，基坑变形控制已成为重要的设计内容。
变形控制设计包括变形预测分析、动态设计及变形控制技术三项基本内容： 变形预测分析。变形预测分析是变形控制设计的基础，关键在于选择合理的计算方法和计算模型；动态设计。动态设计是变形控制的核心，即将设计置于动态过程中，允许并提倡支护设计在施工、运营过程中进行补充和完善，尤其随监测信息的采集和反馈对原设计作出及时必要的修正，以实现对目标的有效控制；变形控制技术。变形控制必须通过具体的技术措施予以实现。
——软土深基坑工程的稳定与隆起研究[J].侯学渊.地基理论与实践，1992
3 基本内容、拟解决的主要问题
3.1设计内容
港澳大厦的基本设计内容有以下几方面：
（1）设计方案比选：它包括对各种支护形式所使用的土体范围，基坑深度是否满足条件等，选取施工方便的支护结构。
（2）土压力计算：土压力计算包括对土体的水平荷载（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：港澳大厦基坑支护形式应满足剪力和弯矩要求。计算包括内力计算，弯矩计算，和配筋计算等。
（4）基坑稳定性验算：包括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）基坑的降水止水设计：为达到目的，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的设计。
（6）基坑监测方案设计：主要包括内力监测和变形监测两大方面的监测。
3.2拟解决的主要问题
（1支护方案的对比与优选。
（2）支护的稳定性验算问题。
（3）深基坑的降水止水问题。
4 技术路线
（1）设计方案比选：是根据当地的自然地形、地质条件、水文条件、岩土工程勘察报告及各种支护形式的适用条件，综合考虑以确定合理地设计方案。
（2）土压力计算：是根据郎肯的理论进行主动土压力和被动土压力的计算。
（3）支护结构计算：其中是根据弹性支点法和极限平衡法进行计算的。有些支护结构也仅采用静力平衡状态计算。
（4）基坑稳定性验算：根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；基坑踢脚稳定性则根据力矩平衡来进行分析；根据基坑渗流的水力梯度不应超过临界水力梯度的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的角度分析而得出得结论。
（5）基坑降水止水设计：应根据基坑底面上覆土压力承压含水层作用在顶板上的水头压力相平衡的原理进行基坑降水止水设计。采用轻型井点降水的方法宜适合该地区施工。
（6）基坑监测方案设计：采用科学仪器设备和一定的手段对支护结构、主体结构、桌边环境的受力和位移等进行持续观测。
5 进度安排
2月27日～3月09日 查阅相关资料，根据设计内容，填写并提交开题报告；
3月10日～3月13日 土压力参数确定
3月13日～3月17日 土压力计算
3月18日～3月25日 进行支护体系具体支护参数确定
3月26日～4月07日 支护结构计算
4月08日～4月28日 支撑体系设计
4月29日～5月05日 基坑稳定性验算
5月06日～5月10日 初步确定降水止水设计方案
5月11日～5月19日 优化方案确定最终降水方案
5月20日～5月26日 基坑监测方案设计
5月27日～6月09日 撰写毕业设计说明书
6月10日～6月17日 毕业设计资料上交及评阅
6月18日～6月22日 毕业答辩
6 参考文献
[1]《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-99).北京：中国建筑工业出版社，
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