1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

一．课题设计的目的和意义河姆渡人在几千年前就知道如何利用木桩作为基础而建房，半坡人则向地下开发一层地下室，房屋结构就是我们今天所说的附式建筑。社会文明不断发展，人类对自然的改造能力也越来越强，到现在越来越拥挤的地表空间，大力开发地下空间已成必然的趋势，也许未来会发开高空领域，但就目前人类的开发技术水平，那只是展望。地下空间的深开发必然涉及支护，不同的场地、不同的建筑和不同的地区可选用的支护方案有很多，特别是最近一百年，各项技术发展空前迅速，但我们要选出一个最优的方案实施。现在城市大型建筑都会进行基坑的开挖，而且有一些城市的地质条件非常复杂，深开挖的基坑支护变形控制较难，在城市人口密集区施工是一件非常危险的事情，稍许的差错就可能引发不可挽救的损失，因此需要科学合理的进行设计。在一个深基坑开挖前，我们需要根据该场地的勘察报告对该场地进行客观的认识和思考，设计降水和支护方案，确保施工的安全，另外还需根据场地支护结构的可行性、施工的难易程度、原材料的运输条件、工程造价和工期等因素综合考虑。一个工程最省钱的方式就是安全的建设完成，当一个深基坑建设完成时，它不仅可以给上部建筑提供足够的安全承载力和水平抗力，而且为它的使用功能提供了充足的保障，不管是地下停车场、地下商场还是地下保险库，在现在它都是支撑一栋现代化建筑运行的基石。九层之台，起于累土。基坑很大程度上决定了建筑的安全使用寿命，而基坑支护设计涉及的知识点较多，覆盖了本专业所学课程，需要综合所学知识对本项工程进行设计，培养毕业生对所学专业知识的综合掌握和灵活运用，提高毕业生分析问题、解决问题的能力。本项毕业设计选题为沐阳冠城铭座基坑支护结构设计，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（建筑基坑支护、基础工程、地基处理、土力学、工程地质学、混凝土结构等）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，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。二．课题研究现状及分析 2.1我国基坑工程的发展现状基坑工程在我国出现比较晚，我国70年代国内开挖深度达到10m 以上的基坑工程比较少，而且是在较少或者没有相邻建筑物和地下结构物的地区，当时，上海的高层建筑的地下室大多埋深在4m 左右。北京在七十年代初建成了深20m 的地下铁道区间车站。八十年代后，北京、上海、广东、天津以及其他城市施工的深基坑陆续增加，开挖深度一般在8m 左右，少数超过10m 。进入九十年代，我国的高层建筑迅猛发展，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。为总结各地积累的深基坑设计和施工的经验，中国土木工程学会和中国建筑学会的土力学和基础工程学会，相继召开过多次全国和地方的深基坑学术会议，并出版有关论文集。为了总结我国深基坑支护设计和施工经验，九十年代后相继在武汉市、广东省及上海市等编制了深基坑支护设计与施工的有关法规，并已编制了国家行业标准的有关法规。但我国贯彻执行改革开放政策以来所形成的开放大市场和与国际接轨的外向型运作，使我国的基坑工程领域的发展形成了东西方模式并存的独特格局，而在技术进步和发展上，又存在着地域上的不平衡。 基坑支护技术在我国相对较年轻，无论是设计计算，还是施工监控等方面都处在不断进步和发展的过程中。随着改革开放和经济建设高潮的兴起，许多城市新建和进行改建、扩建，特别是近年在沿海开放城市中高层建筑的大量兴建或地下空间的逐渐开发和利用，基坑工程的设计和施工技术的开发和实践，形成了近年国内岩土工程建设项目的热点。多种形式的围护结构，如排桩挡土、排桩与水泥土复合围护、水泥土搅拌桩支挡、引进的smw 工法以及地下连续墙等，已经逐步打破了以前单一的板桩(钢板桩、混凝土板桩等) 围护的模式而形成了多样化格局，呈现出前所未有的技术发展与更新的势头。 2.2国外基坑工程的发展现状深基坑工程在国外称为”深开挖工程”（deep excavation），这比称之为”深基坑”更合适。因为为了设置建筑物的地下室需开挖深基坑，这只是深基坑开挖的一种类型。深开挖还包括为了埋设各种地下设施而必须进行的深层开挖。基坑工程是一项古老的工程技术，又是一门新兴的应用学科。纵观古今，博览中外，作为基坑工程主要内容的工程地质以及岩土力学与基础工程，虽说作为#8212;门单项学科是近六七十年间的事，但它作为一项工程技术早已不自今日始。20世纪20年代，k ．terzaghi 的《土力学》和《工程地质学》的先后问世，标志着本学科走向系统和成型，带动了各国学者和工程技术人员对本门学科和技术的各个方面的探索、深入与提高。20世纪40年代 terzaghi 和 peck 等人就提出了预估挖土方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法。这一理论原理一直沿用至今，只不过有了许多改进和修正。50年代 bjerrum 和 eide 给出了分析深基坑底板隆起的方法。60年代开始在奥斯陆和墨西哥城软黏土深基坑中使用了仪器进行监测，此后的大量实测资料提高了预测的准确性，并从70年代起产生了相应的指导开挖的法规。随着城市建设的发展，愈益要求开发三维城市空间。目前各类用途的地下空间已在世界各大城市中得到开发利用，诸如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地下停车库、地下街道、地下商场、地下医院、地下仓库、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等。国外著名的地下工程有法国巴黎中央商场、美国明尼苏达大学土木工程系的办公大楼和实验室、日本东京八重洲地下街等。目前，随着科技的发展，特别是电子计算机的广泛应用，极大地推动了岩土工程界的发展(其中深基坑工程也不例外) ，各种新的设计计算理论和先进的测试技术不断地被用到建筑基坑工程中，室内外的调查和测试正在实现着半自动化和自动化，有效地减轻了劳动，提高了效率；岩土工程中非线性计算和数值分析方法得以具体操作和实现，促进了岩土工程关系和计算从线性向非线性这一质变的过渡；而岩土工程监测技术(包括测试手段、方法与工具) 的进步，加速了基坑工程中信息化施工的推行，反过来又迅速提高了人们对基坑工程设计方法和理论的认识，建筑基坑工程的设计原则正从强度破坏极限状态向着变形极限状态控制发展。目前有一部分内容正试行向着概率极限状态(可靠性设计方法) 控制的新的方向发展，以便尽早与已经按照可靠性原则进行设计的上部结构设计方法相匹配。近年来，大、重型机械制造技术，特别是美国、日本及欧洲发达国家的大功率、强动力施工机械和大型静动态测试仪器的问世，更加推动了基坑工程理论与技术的迅速发展；而在法国、意大利、日本等国家率先使用的新的基础施工法(如smw 工法等) 的相继问世，又极大地发展了软土开挖与围护的技术。岩土工程是非常复杂的一项工程活动，现在的很多计算理论都依靠着一些基本条件的假定，这些假设大多违背了岩土的实际情况，的出来的计算结果还得经过经验系数的修改，才得到合理的结果，支护结构承受的土压力，库伦或朗肯理论都是有适用性和假设条件的。三．文献综述根据毕业设计课题实际情况，查阅相关规范及勘察资料，场区地貌单元属于黄淮冲积平原，冠诚銘座位于沭阳县沭城镇广州路与沭师路交界西南侧。场地基坑设计计算深度范围内土层为填土、粘性土和砂土。地下水类型为孔隙潜水和承压水。场地属滁河河漫滩地貌单元，场地土层有填土和粘性土，下部 砂土，地下水为孔隙潜水和承压水，承压水水位约3米；场地周围没有管线埋藏，与北侧广州路路边最近距离约22.2米，西侧与广州路小学已建教学楼（4层）最近距离约3.70米，南侧与已建住宅楼（6层）最近距离约15.00米，东侧与沭师路最近距离约9.66米；下表为场地各土层深度分布情况：

土层分布一览表 表3.1

层 号	厚度 最小值 (米)	厚度 最大值 (米)	厚度 平均值 (米)	层底标高 最小值 (米)	层底标高 最大值 (米)	层底标高 平均值 (米)	埋深 最小值 (米)	埋深 最大值 (米)	埋深 平均值 (米)	数据 个数
1	0.50	1.10	0.75	-1.40	-1.05	-1.24	0.50	1.10	0.75	15
2	1.90	2.90	2.48	-4.20	-3.20	-3.72	2.50	3.80	3.23	15
3	0.70	1.90	1.49	-5.86	-4.49	-5.22	3.70	5.40	4.73	15
4	2.90	4.40	3.63	-9.30	-8.02	-8.84	7.50	8.90	8.35	15
5	1.10	3.20	2.18	-11.89	-10.21	-11.02	9.70	11.40	10.53	15
5-1	2.20	4.50	3.13	-14.80	-13.55	-14.15	13.10	14.40	13.66	15
6	13.80	17.10	15.18	-31.24	-27.76	-29.33	27.10	30.70	28.84	15
7	1.90	6.50	4.90	-35.50	-30.66	-34.23	30.00	35.00	33.74	15
8	5.90	8.00	6.96	-43.02	-40.69	-42.05	40.10	42.50	41.50	9
8-1	7.80	10.70	8.92	-51.59	-50.64	-50.97	49.90	50.80	50.42	9

基坑的开挖面积约3350m2，周长约251m，基坑挖深后浇带以北裙楼区域约5.50m，后浇带以南主楼区域约7.50m。基坑较浅，但周围房屋较多，还有学校教学楼，西侧施工场地有限，其它方向相对较好，可行的基坑支护型式较多，下面就做简单的介绍；排桩在平面上应根据建筑总平图中地下室平面和规划红线进行布置，平面布置图应与地下室平面图基本相似，在某些特殊部位，如施工开挖土体运输通道处、地下室进出车道处等，应按施工组织设计要求进行布置。在进行平面布置时，排桩与地下结构之间应有足够的施工空间，净空间尺寸一般不小于800毫米；对于有建筑基础尺寸超出地下室外边线的情况，可视基础尺寸和施工要求适当增大。排桩在竖向上应注意其桩顶设计标高、嵌固深度以及桩间土的保护设计，在有主体建筑地下管线的部位，排桩的冠梁宜低于地下管线进入建筑的埋深标高，但是这得是在不影响支护结构稳定和变形的前提下。 3.1悬臂式排桩：悬排式排桩结构桩径不宜小于600毫米，桩间距应根据排桩受力及桩间土稳定条件确定。排桩顶部应设钢筋混凝土冠梁连接，冠梁宽度水平方向不宜小于桩径，冠梁高度竖直方向不宜小于梁宽0.6倍。排桩与桩顶冠梁的混凝土强度等级宜大于C25，当冠梁作为连系梁时可按构造配筋.悬臂式支护是利用下部桩身固定来帮助上部支护，桩身较长，需考虑成桩施工难易情况，注意桩身强度的计算，它拥有的优点是没有内支撑、开挖空间大、土方易运出、省时经济。 3.2内撑式排桩：内支锚排桩的桩径宜大于或等于400毫米，在土压力和结构内力计算中，排桩间距对计算结果产生较大影响，因此，排桩间距的选取主要也是应按弯矩大小与变形要求确定，以达到受力与经济合理的要求，一般排桩的中心距不宜大于桩直径的2倍，特殊情况下，排桩间距还要考虑桩间土的稳定性要求，根据工程经验，对大直径桩或黏性土，桩的净间距在900毫米以内，对小直径桩或砂土，排桩的净间距在600毫米以内较常见。 内支撑可以选择混凝土支撑或刚管支撑，立柱可以利用主楼的工程桩，实在无法利用的，需重新打桩作为承重柱。钢管支撑可以很好的回收再次利用，比较经济，但节点固定比较复杂，而且变形控制受施工质量影响较大；混凝土支撑强度大，但施工时间长，而且不能重复利用，产生过多建筑垃圾。 3.3钢板桩支护：运用钢板桩在施工中对基坑达到支护效果，一般多采用U型钢，在施工打入前需进行检验和矫正，将桩尖处的凹槽口封闭，避免泥土挤入，锁扣应涂以黄油或其它油脂。它具有挡土和止水的双重功效，但刚度较小，在大应力作用下变形量难易控制，所用的刚支撑节点稳定性很大程度取决于施工质量，难以控制；但该方案从环保和回收利用节约成本上来考虑是首选。 3.4放坡开挖：在土质较好的场地，如果开挖空间足够，放坡是一种简单有效、经济的选择，基坑深的还可以进行分级放坡。本基坑南、北两侧开挖空间相对充足，可考虑放坡开挖，根据勘察报告提供的土层参数设计开挖坡度，上部潜水在开挖过程中可能对下层砂土产生影响，可在粘土和砂土分界面设置分层台阶，台阶上设置集水明沟（主要是防止雨季降水，避免雨水流入坑内。）。 3.5土钉墙支护：在开挖边坡中单纯的放坡满足不了边坡的稳定性要求，可对边坡进行土钉墙支护，先把开挖边坡整理成面，喷射第一层混凝土，固结后开始钻孔安设土钉、注浆、安设连接件，绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土，设置坡顶坡脚排水系统。本基坑南、北面可以备选这种开挖方案。

参考文献：

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

四．课题设计内容本设计选题是沐阳冠城铭座基坑支护结构设计。学生在对《工程地质》、《土力学》、《岩土工程勘察》、《基础工程》、《混凝土结构》《建筑基坑支护》等有关专业基础及专业课程学习的基础上，在教师指导下完成设计任务。本选题的重点是基坑支护结构设计。具体应完成的设计内容如下： 1.设计方案比选：根据基坑周围环境、开挖深度、土质情况、地下水位、高低以及基坑侧壁安全等级进行。拟采用排桩、放坡、钢板桩或土钉墙支护结构中的一种或两种。 2.土压力计算：对于砂土、粘土和填土分别采用水土分算和水土合算并分别计算静止土压力，主动土压力，被动土压力。 3.支护结构计算：计算土层最大土压力，选定排桩的直径或放坡坡度，确定冠梁和内支撑结构尺寸，计算土钉墙土钉嵌入深度。 4.基坑稳定性验算：主要验算有基坑抗隆起稳定性验算，抗滑移定性验算，支护结构变形验算，基坑的抗管涌稳定性验算。 5.基坑的降水止水设计：拟采用管井井点降水，防止雨季上部潜水迅速增加，使雨水浸泡基坑。 6.基坑监测方案设计：对基坑的监测应进行基坑周边马路、建筑的沉降监测，水平位移监测，以及支护结构和土体监测。五．设计方法本课题选题是沐阳冠城铭座基坑支护结构设计，该场地上部填土和夹粉质粘土工程性质差，粘土下为砂性土，而且上部有潜水，放坡易对下部土层形成流沙，加上承压水的存在，需降水至基坑底部以下安全水位，开挖基坑西面和东面分布有教学楼和马路，且距离较近，特别是教学楼，北边的马路和南边的住宅楼离得相对远。 5.1方案比选：综合场地周围环境、基坑开挖实际情况，选择几种可行方案中的偏安全的排桩支护方案，并且结合实际工程情况，选择悬臂排桩和内撑排桩两种配合支护的支护方案。在西侧靠近学校教学楼处采用对撑的形式；西南角和东南角采用角撑的型式，其它地方采用悬臂式结构。排桩相比型钢具有更好的变形量控制，选排桩的原因之一是周围房屋较多，且距离较近；内撑采用混凝土理由同是如此，至于部分没有住宅楼处采用悬臂式排桩，这是出于经济合理、便于施工和环保的角度出发；放坡土方开挖量增加，场地位于城区，运输费用增加。 5.2土压力计算：先手算基坑剖面土压力分布情况，再利用电算（理正深基坑支护设计软件）验算，弱透水层采用水土合算的方式，透水性强的砂性土采用水土分算。计算支护结构的主动土压力分布和别动压力区的压力值，看是否需要加强基坑内侧被动土压力区。 5.3支护结构计算：根据土层物理参数，先计算出土压力零点，再根据工况，及开挖深度和支撑位置，利用土压力零点计算出支撑轴力；桩、梁根据材料抗力和刚度，计算其剪力零点，验算其自身强度。 5.4基坑稳定性验算：在支护结构嵌固深度确定后，验算基坑整体稳定性和抗倾覆稳定性，对支护桩进行抗剪验算，支撑梁验算其抗弯，结合基坑周边动、静荷载及土层参数计算其整体稳定性，对降水后的水位进行基坑坑底抗突涌计算。 5.5基坑降水：因基坑上部潜水可受到下部承压水的补给，拟采用管井井点降水，降水至基坑抗突涌安全水位以下，为防止雨季暴雨，还应该在基坑上围边上设置明沟，基坑内部也应注意开挖顺序，设置临时排水沟渠，避免雨水浸泡基坑，设置良好的排水路径，保证排水通畅，避免污染干净水源。 5.6基坑监测：建立基准点或选取已有基准点，创建坐标系，对基坑周边马路、房屋和承重柱进行成降监测，对支护结构和房屋进行倾斜、水平位移监测，对支撑梁和支档墙进行压力监测，对边坡进行变形监测。六．实施计划 5-6周 基坑支护设计资料收集。 7-8周 基坑支护方案和降水方案的选择。 9-11周 基坑支护设计计算书的编写。 12-13周 基坑支护设计书的计算机校验。 14-15周 基坑支护设计图件绘制。 16周 编写基坑支护设计报告。