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—1—开题报告（该表格由学生独立完成)建议填写以下内容：1.简述课题的作用、意义，在国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题。2.重点介绍完成任务的可能思路和方案；3.需要的主要仪器和设备等；4.主要参考文献。1、设计课题的意义：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。本设计正是这一背景下的深基坑。本项目是集金融办公、酒店、商业、商务公寓、拆迁赔偿住宅于一体的大型综合项目，建筑物为高度439m超高层建筑物，基坑深度约为20.8m，地下室4层。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，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国内外相关研究现状由于深基坑的增多，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。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—2—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，环境保护要求不高，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（PH值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）SMW工法（劲性水泥土搅拌桩）：劲性水泥土搅拌桩以及水泥土搅拌桩法为基础，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可以使用劲性桩。特别是适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层，对于含砂卵石的地层要经过适当处理后方可采用。劲性桩是在水泥土搅拌桩中插入受拉材料构成的，常插入H型钢。劲性桩适宜的基坑深度与施工机械有关，国内目前一般以基坑开挖深度6～10m，国外尤其是日本由于施工钻孔机械先进，基坑深度达到20m以上时也采用SMW工法，劲性桩法可取得较好的环境和经济效果。5）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—3—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。6）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。1.4基坑支护研究、发展趋势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。—4—2、完成任务的可能思路和方案2.1研究的主要内容1)根据设计基坑的图纸情况及其使用任务和性质，确定支护方案。在此基础上，结合周围环境条件与主要技术指标的应用，进行基坑支护方案的设计与比较，确定最优支护方案，考虑一个合理可行并且在经济、施工难易、安全稳定性上都相对最优的支护方案。2)设计内容包括：支护结构的设计原则；选择设计方案的依据（基坑几何尺寸、基坑支护结构将要承受的荷载及基坑场地的工程勘测地质和水文情况）；基坑支护设计方案的选择以及相关的内力计算、稳定性验算并且由上述计算为依据所设计出的支护结构的尺寸、配筋情况并验算合格。最后完成施工图设计阶段应完成的各种图、表及设计说明书。2.2拟采用的研究方案（方案一）排桩支护与止水方案：排桩支护技术条件成熟、简单，采用钻孔灌注桩加内支撑支护结构，配合旋喷桩做止水围幕，也可考虑咬合桩加内支撑施工工艺，其止水效果较为优越。（方案二）地下连续墙方案：地下连续墙加内支撑，既可作为基坑支护结构，又可作为地下室外墙，止水效果好，安全性高，但施工工艺较为复杂，经济和技术含量较高。上述二种方案各有优缺点，从经济、技术、工期及对周边地铁、建筑物、道路的影响程度等进行综合考虑，拟选用“地下连续墙+内支撑”方案。2.3研究方法和措施根据土力学所学，确定荷载，包括土压力、水压力等；采用考虑桩土共同作用的弹性地基上的杆系或框架模型，根据施工过程中发生的实际工况分步进行计算，同时考虑施工工况引起结构的先期位移以及支撑变形的影响或采用荷载增量方法进行计算，即所谓“先变形，后支撑”的原则。还有极限平衡法：常用的极限平衡法有自由端法(简支端法)和固定端法(等值梁法)。自由端法把基坑以下的桩段看作一简支端,整个桩绕桩底转动。锚固力作用的点看作是另一支点,整个桩相当于一个简支梁。由横向力的平衡方程和对支护点或支护结构底端的力矩平衡,可求出锚固力和桩的嵌固深度。这实际上是把支护结构当作为分离体处理,整个分离体处于平衡状态。所谓固定端法也叫等值梁法,实际上这种方法是把桩当作三铰支梁。锚固点为一处铰支,土压力强度为零的点为一处铰支,底端弯矩为零的点为另一处铰支。由于对土压力为零的点列力矩平衡方程求出锚力,因而该点的弯矩为零。又由于该点为反弯矩点,该点上下弯矩变号。适当调整锚固力的位置,可使正负弯矩值大致相等。建设部标准5建筑基坑支护技术规程6(JGJ120-99)基本属于固定端法,只是在基坑下主动土压力简化为矩形分布。—5—弹性地基梁法：弹性地基梁法认为,水平方向的地基反力与墙体位移的关系可用下式来表示:xmynKP中：p水平方向地基反力强度;K由土的性质决定的地基反力系数;x开挖面以下的深度;Y墙体的水平位移。当指数为1时为线弹性地基反力分布,即地基反力与墙体位移y成比,当指数不为1时,为非线弹性地基反力分布。非线弹性地基反力分布,计算复杂,工程上用的较少。在使用弹性地基梁法时,需要先确定设计桩长,也需要先确定地基反力系数。有人认为,地基反力系数难以准确地确定,因而对这种算法的精确性持怀疑态度。也有人认为这种方法能计算出桩墙的变形,并且比有限元法简单,是一种值推广的方法。3.需要的主要仪器和设备等AutoCAD、word、excel、有限元软件、理正软件4.主要参考文献4.1设计规范1）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）2）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）3）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）4）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）5）《岩土锚杆（索）技术规程》CECS22-20056）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）4.2参考书1）《路基路面工程》（第二版）邓学钧主编，北京，人民交通出版社2）《土质边坡稳定性分析、原理与程序》陈祖煜，中国水利水电出版社3）《土力学》龚晓南主编，北京，中国建筑工业出版社4）《土力学》钱德玲主编，北京，中国建筑工业出版社5）《深基坑支护设计》余志成主编，北京，中国建筑工业出版社6）《结构设计原理》（第二版）叶见曙主编，北京，人民交通出版社7）《深基坑设计施工原理》龚晓南主编，北京，中国建筑工业出版社—6—指导