深基坑设计开题报告

开题报告

课题名称 院 （系） 专 业 姓 名 学 号 起讫日期 指导教师

2013 年 03 月 17

开题报告 交 通 学 院 勘查技术与工程

张长江 1803090124 2013.3.1-2013.3.17

徐洪钟

1、毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）

1.1题目背景

近些年来，随着城市经济的快速发展，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，平面布置更加复杂，与周围建筑物联系更加紧密。城市地下空间的开发利用，使得基坑面积和开挖深度越来越大，因此，传统基坑支护方式面临深度与广度的挑战。深基坑支护正是在人们的不断实践探索中发展起来，具有一定的地区经验性，方法灵活多变，视工程实际而定。

深基坑工程是涉及到土力学、流变学、结构力学、钢筋混凝土结构等多门学科，是一项综合性的岩土工程问题。主要涉及到土层性质、支护结构、支撑形式、地基处理、地下水防治以及环境影响等方面，目前研究的课题主要有：土压力理论、支护结构内力和变形的计算理论、基坑失稳破坏的机理等方面。对于深基坑工程问题，目前国内外己有很多研究成果。

本工程主体结构±0.000相当于吴淞高程＋6.770，本设计除特别说明外均采用主体结构相对高程系。主体结构：主体为地下一层，无上部结构，底板顶标高为-8.600m，底板下设置抗拔桩。基坑规模：基坑形状为规则的矩形，东西方向长120m，南北向宽35m，基坑面积约4300㎡，周长约310m。基坑挖深：周边自然地面相对标高为+0.600～±0.000，基坑周边环境条件很复杂，破坏后果很严重；场地工程地质条件复杂；地下水位埋藏浅，对施工影响严重，因此本工程基坑工程安全等级为一级。为确保基坑开挖、地下室结构施工的顺利进行和施工安全，减少或避免对周边环境的不利影响，基坑工程施工时应采取相应的防护措施。

1.2研究意义

各种建筑物与地下管线都要开挖基坑，一些基坑可直接开挖或放坡开挖，但当基坑深度较深，放坡不便时，可以采用基坑支护。过去支护比较简单，也就是钢板桩加井点降水，一般能满足基坑安全施工，而对于深基坑已不能满足要求，近几年来随着我国综合国力的提升，超高层建筑规模逐年攀升，基坑深度和体量的增大，对支护技术的发展提出挑战。

1.3国内外相关研究情况

由于深基坑的增多，支护技术发展很快，多采用钻孔灌注桩，地下连续墙，深层搅拌水泥土墙、加筋水泥土墙和土钉墙等，计算理论相比较于从前都有很大的改进。支撑方式有传统的钢柱（或者型钢）和混凝土支撑，亦有在坑外采用土锚拉固。内部支撑形式也有多种，有对撑，角撑，桁架式边撑等。在地下连续墙用于深基坑支护的方面，还推广了“两墙合一”和逆作法施工技术，能有效的降低支护结构的费用和缩短工期。 （一）软土基坑主要支挡方法、技术类型

基坑工程中采用的围护墙、支撑（或土层锚杆）、围檩、防渗帷幕等结构体系总称为支护结构。支护结构的传统方法是钢板桩加支撑系统或钢板桩锚拉系统，其优点是材料可以回收，但拔出板桩时会引起土体的变形。目前软土地区经常采用的主要基坑支挡类型有：

1） 深层搅拌水泥土挡墙（以下简称搅拌桩）：将土和水泥强制搅和成水泥土桩，结硬后成为具有一定强度的整体壁状挡墙，一般用于开挖深度不超过7m的基坑，适合于软土地区，环境保要求不高，施工低噪声、低振动，结构止水性较好，造价经济，但围护较宽，一般取基坑开挖深度的0.7～0.8倍。

国内外试验研究和工程实践表明，搅拌桩适宜于加固淤泥、淤泥质土和含水量较高而地基承载力小于120kPa的粘土、粉质粘土、粉土等软土地基。搅拌桩用于泥炭土或土中有机质含量较高，酸碱度较低（<7）及地下水有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性。当地表杂填土层为厚度大于100mm的石块时，一般不宜使用搅拌桩。

搅拌桩的平面布置可视地质条件和基坑围护要求，结合施工设备条件，分别选用桩式、块式、壁式、格栅式或拱式，它在深度方向可采取长短结合形式。 2） 钻孔灌注桩挡墙：直径φ600～φ1000mm，桩长15～30m，组成排桩式挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈粱，用于开挖深度为6m～13m的基坑。具有噪声和振动小，刚度大，就地浇制施工，对周围环境影响小等优点。适合软弱地层使用，接头防水性差，要根据地质条件从注浆、搅拌桩等方法中选用适当方法解决防水问题，整体刚度较差，不适合兼作主体结构。桩身质量取决于施工工艺及施工技术水平，施工时需作排污处理。

3） 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，并可采用逆作法施工。

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。 4） 土锚：用拉杆锚固支护基坑的开挖或用作抗拔桩抵抗浮托力等的应用已日益普遍。拉锚最大的优点是在基坑内部施工时，开挖土方与支撑互不干扰，尤其是在不规则的复杂施工场所，以锚杆代替挡土横撑，便于施工。这是人们乐于大量使用的主要原因。随着对锚固法的不断改进和使用可靠性的监测手段，使拉锚支护的范围更加广泛。拉锚是将一种新型受拉杆件的一端（锚固段）固定在开挖基坑的稳定地层中，另一端与工程构筑物相联结（钢板桩、挖孔桩、灌注桩以及地下连续墙等），用以承受由于土压力等施加于构筑物的推力，从而利用地层的锚固力以维持构筑物（或土层）的稳定。

锚杆支护体系由挡土构筑物，腰粱及托架、锚杆三个部分所组成，以保证施工期间边坡的稳定与安全。

5） 土钉墙：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，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。

（二）基坑支护研究趋势

1） 基坑向着大深度、大面积方向发展，周边环境更加复杂，深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。因此，从工期和造价的角度看两墙合一的逆作法将是今后发展的主要方向。但逆作法施工受桩承载力的限制很大，采用逆作法时不能采用一柱一桩，而是一柱多桩，增加了成本和施工难度。如何提高单桩承载力，降低沉降，减少中柱桩（中间支承柱），达到一柱一桩，使上部结构施工速度可以放开限制，从而加快进度，缩短总工期，这将成为今后的研究方向。

2） 土钉支护方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。

3） 目前，在有支护的深基坑工程中，基坑开挖大多以人工挖土为主，效率不高，今后必须大力研究开发小型、灵活、专用的地下挖土机械，以提高工效，加快施工进度，减少时间效应的影响。

4） 为了减少基坑变形，通过施加预应力的方法控制变形将逐步被推广，另外采用深层搅拌或注浆技术对基坑底部或被动区土体进行加固，也将成为控制变形的有效手段被推广。

5） 为减小基坑工程带来的环境效应（如因降水引起的地面附加沉降），或出于保护地下水资源的需要，有时基坑采用帷幕型式进行支护。除地下连续墙外，一般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。目前，有将水利工程中防渗墙的工法引入到基坑工程中的趋势。

6） 在软土地区，为避免基坑底部隆起，造成支护结构水平位移加大和邻近建（构）筑物下沉，可采用深层搅拌桩或注浆技术对基坑底部土体进行加固，即提高支护结构被动区土体的强度的方法。

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2.1南京某地下车库工程概况

2.1.1 基本概况

（1）工程名称：冷热源机房基坑支护工程； （2）地理位置：南京市鼓楼区锦江路；

（3）建设单位：南京法斯克能源科技发展有限公司； （4）勘察单位：江苏南京地质工程勘察院；

（5）主体设计单位：南京市建筑设计研究院有限公司。 2.1.2 项目概况

主体结构参考建设单位提供的该工程的主体结构剖面图及桩位平面布置图。

（1）本工程主体结构±0.000相当于吴淞高程＋6.770，本设计除特别说明外均采用主体结构相对高程系。

（2）主体结构：主体为地下一层，无上部结构，底板顶标高为-8.600m，底板下设置抗拔桩。

（3）基坑规模：基坑形状为规则的矩形，东西方向长120m，南北向宽35m，基坑面积约4300㎡，周长约310m。

（4）基坑挖深：周边自然地面相对标高为+0.600～±0.000，基坑开挖深度详见表1－1。

基坑开挖深度一览表

区段 底板顶标高（m） 南侧 其余位置 -8 -8.60 底板厚（m） 0.80 0.80 表1-1 垫层厚（m） 0.20 0.20 自然地面相对标高（m） ±0.000 +0.600 开挖深度（m） 9 10.2

（5）安全等级：根据该基坑的周边环境及挖深，确定该工程侧壁安全等级为二级。

2.1.3 环境概况

该场地除南侧为空旷场地外其余三侧均为道路，其中，

北侧：距离规划道路科技一路边线仅1.7m；

西侧：距离规划道路清江路6.5m，西北角位置已经进入规划道路范围。 东侧：距离道路较远，大于40m。

2.2地质概况

2.2.1 场地地形、地貌

拟建场地原为农田，地形较平坦，场区地面吴淞高程为6.77~8.11m，最大高差为1.34m。该场地地貌单元为长江漫滩。 2.2.2 岩土层分布及分布特征

根据钻探揭示、原位测试及室内土工试验综合分析，勘探深度范围内场地岩土层为素填土、第四系全新统（Q4）新近沉积的软弱粘性土、一般沉积的粉细砂。具体如下：

①素填土：灰黄~灰褐色，湿~饱和，结构松散，为耕植土，土质不均匀，主要由粉质粘土夹少量碎石砖块组成。全场区分布，层厚1.10~2.50m。

②粉质粘土~淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，流塑，高压缩性。偶夹稍密状薄层粉土。刀切面少有光泽，干强度中等，韧性低。全场区分布，顶板埋深1.10~2.50m，层厚20.50~30.70m。

③粉细砂：灰~青灰色，饱和，中密，局部密实，中压缩性。主要成分为石英、长石、云母等，颗粒级配不均，局部夹含中密状薄层粉土。全场区分布，层顶埋深22.50~32.50m，最大揭露厚度为14.50m。 2.2.3 水文概况

拟建场地浅部地下水主要赋存于①素填土，为孔隙潜水，水位变化主要受大气降水径流补给影响，勘察期间实测，初见地下水位埋深0.50m左右，稳定稳定水位埋深0.70~1.50m，年水位变幅约0.50m左右，该该层透水性一般，水量较小。

弱承压含水层主要分布于③粉细砂层中，该含水层厚度大、富水性好、透水性强、水量丰富，水位变化主要受地下水侧向径流补给影响，勘察期间实测弱承压水水位埋深约2.50m左右。其余土层为相对隔水层。

2.2.4 地质参数

基坑支护结构设计采用地质参数见表1-2。

基坑支护设计土质参数

表1-2

土层 序号 ① ② 重度 土层名称 杂填土 粉质粘土~淤泥质粉质粘土 固结快剪 渗透系数(10-6cm/s) KV （200） 5.65 KH （100） 4.13 γ（kN/m3） C（kPa） Φ（°） （18.0） （12.0） （10） 18.4 14.0 11.4 3. 本工程拟采用的基坑支护方案、计算理论和方法

3.1拟采用的基坑支护方案及选型依据

拟建建筑物基坑工程开挖深度为9-10.2，开挖深度大于10米的基坑，可采用地下连续墙加支撑的方法，也可采用800～1000mm大直径钻孔桩加深层搅拌桩防水，设置多道支撑。 3.2计算理论和方法 3.2.1土压力计算

支护结构所承受的土压力，要精确的加以确定是有一定困难的。目前，对土压力的计算，主要采用朗肯土压力理论进行计算。

1)砂性土，内聚力c=0:

) 2被动土压力 Pp=(q+γH)tg2(45º+)

2主动土压力 Pa=(q+γH)tg2(45º-2)粘性土，内聚力c≠0:

)-2ctg(45º-) 22被动土压力 Pp=(q+γH)tg2(45º+)+2ctg(45º+)

22主动土压力 Pa=(q+γH)tg2(45º-3.2.2支撑轴力计算

单支点支撑支护结构，桩的右侧为主动土压力，左侧为被动土压力。可采用平衡法确定水平支撑轴力R。

取支护单位长度，对支撑点取矩，令∑M=0,水平方向合力∑N=0，则有： MEa1+MEa2-MEp=0 R=Ea1+Ea2-Ep

3.2.3弯矩计算

由等值梁法可以求得最大 弯矩Mmax值。 3.2.4桩的嵌固深度计算

桩的嵌固深度即为保证桩的稳定性所需的最小的入土深度，可根据静力平衡条件即水平力的平衡方程(∑H=0)和对桩底截面的力矩平衡方程(∑M=0)联解求得。

3.2.5止水桩长计算

基坑开挖后，地下水形成水头差h＇，使地下水由高处向低处渗流。止水桩深度应满足相应条件，以免产生管涌。止水桩桩长的最小嵌固深度可按下式计算：

t≥3.2.6稳定性验算

1）抗倾覆验算

水泥土挡墙如截面、重量不够大，在墙后推力作用下，会绕某一点产生整体倾覆失稳。为此，需要进行抗倾覆验算。倾覆稳定性验算可按下式进行：

Kq=2）抗坑底隆起验算

在软粘土地区，如挖土深度大，可能由于挖土处卸载过多，在墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。为此，需要进行抗坑底隆起验算。坑底隆起稳定性验算可按下式进行：

Ks=3)抗管涌验算

在砂性土地区，当地下水位较高、坑深很大时，挖土后在水头差产生的动水压力作用下，地下水会绕过支护墙连同砂土一同涌入基坑。为此，需要进行抗管涌验算。管涌稳定性验算可按下式进行：

γ＇≥Kj=Ki*γw

Khwh

2WbEphp≥1.3

EahaDNqcNc≥1.2

(HD)q3.3 毕业设计内容

1.基坑支护设计资料的收集； 2.基坑支护和降水方案的选择； 3.基坑支护设计和降水设计计算；

4.基坑支护设计和降水设计图件的绘制； 5.编写基坑支护设计报告；

3.4基坑设计图纸及张数

深基坑支护设计平面布置图；1-2张。 深基坑支护设计节点详图；1-2张。 施工说明1张。