建筑深基坑支护优化设计研究论文

基坑支护论文开题报告

基坑支护是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。是理论上尚待发展的综合技术学科。

毕业设计题目：郑州市豫东大楼基坑围护结构设计

学 院： 建筑工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师：

2015年3月31日

一、设计的目的和意义

1.目的

毕业设计是培养学生综合能力的重要环节，根据土木工程专业的培养目标要求及毕业生的主要服务去向，通过毕业设计，使每个学生把所学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以提高工程设计能力，能独立进行基坑支护结构设计。通过该服务性办公楼地基支护结构设计，使学生在应用现行规范、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，提高毕业生分析解决问题的能力。 2.意义

本项毕业设计题目为郑州市某综合型服务性办公楼基坑支护结构设计，为详细学习和了解与基坑支护工程相关的知识，巩固之前学习过的土力学与地基基础、土木工程施工、结构力学、工程地质、水力学等专业课程，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，同时也培养了毕业生调查研究、查阅文献、收集和整理资料的能力。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、工程概况及设计条件

1.工程概况 (1)工程简介

本项目位于郑州市东二环某繁华步行街，基地面积为3500平方米。本项目为服务性办公楼，由主楼(地面三层)及二层地下室组成，总建筑面积为㎡。 (2)基坑面积及开挖深度

该工程建筑±相当于绝对标高+，室外自然地面平均标高取+;基坑开挖面积约2123㎡，基坑围护周长约210m，根据结构图纸，底板面标高为，底板厚为700mm，局部厚为1100mm，垫层厚为100mm。因此基坑开挖深度为米，局部电梯井、集水坑等落深尚未确定。 2.设计条件 (1)周边条件

本工程位于郑州市西二环某地块，周边环境情况较为复杂： 东侧：基坑开挖面与红线间距离为～米，红线外为中原大厦。该建筑物地上33层、地下4层，采用桩基础，与基坑开挖面最小距离为米。

南侧：基坑开挖面与红线间距离为～米，红线外为一栋居民楼。该建筑物主楼46层，裙房5层，地下3层，采用桩基础，与基坑开挖面最小距离为米。

西侧：基坑开挖面与红线间距离为～米，红线外为中原路。

北侧：基坑开挖面与红线间距离为～米，红线外为郑开大道。

基坑平面详细布置图如图1所示

中原路

图1 基坑平面布置图

(2)工程水文地质条件

根据《郑州市地块项目岩土工程勘察报告》，本工程基坑开挖影响范围内岩土工程地质有以下特点：

拟建场地现为停车场，场地地形基本平坦，实测各勘探点的孔口

地面标高在～米之间，一般地面标高在左右。

场地内①层填土较厚，在～之间，上部米为碎石、砖块、建筑垃圾等，下部为灰黄～灰色粘性土、粉性土，土质不均。 基坑开挖深度范围内分布有第②层粉土，富水性好，透水性强，在水头差的作用下易产生流砂等不良地质现象。

拟建场地浅部地下水属潜水类型，其水位动态变化主要受控于大气降水和地面蒸发，勘察期间实测取土孔内地下水位静止水位埋深在～，设计计算时地下水位取。

场区内第⑦层为承压含水层，承压水头在3～11m，其中⑦1层顶最浅埋深约为32米。经计算，按承压水头为自然地面以下3米考虑，当基坑开挖深度小于米时，可不考虑承压水对基坑突涌的影响。由于本工程底板处开挖深度为米，预计局部电梯井、集水坑处开挖深度不会大于15米，因此可不考虑承压水对基坑的影响。 场地内土层分布情况及基坑围护设计参数如下表(一)所示：

表1 土层分布情况及基坑围护设计参数

土层名 ①杂填土 ②粉土 ③淤泥质土 ④粘土① ⑤粘土②

厚度(m) ～ ～ ～ ～ ～

γ(kN/m3) ～ ～ ～ ～ ～

φ(度) 20～26 26～30 21～25 13～17 ～12

C(kPa) ～ ～10 15～17 16～19 18～20

渗透系数(cm/s)

注：C、φ均为勘察报告所提供的基坑支护设计参数(直剪固结峰值); (3)基坑侧壁安全等级及重要性系数

根据本工程的开挖深度、地质情况及周边环境情况，基坑安全等级为二级，基坑重要性系数γ0 = 。

三、结构设计任务及要求

1.任务

该工程是对基坑围护做排桩结合锚杆的设计。运用了所学的土力学及基坑围护设计等专业知识，结合毕业实习的现场实习经验，通过对勘察资料的分析，结合场地环境及工程实际并运用计算机应用软件进行设计计算。其主要内容包括：围护结构设计方案的确定、基坑降排水方案的选择、止水帷幕的设计计算、围护结构的.设计计算、主被动土压力计算、围护桩的配筋计算、施工方案的选择、基坑整体稳定验算、坑底抗隆起验算、抗倾覆稳定性验算、抗管涌稳定性验算、施工图纸的绘制等。 2.要求

目的：根据勘探报告资料和相关规范并结合专业知识设计合理的设计方案以达到实际工程设计要求标准。 主要指标：

(1)保证开挖面积达2459㎡; (2)保证基坑深度达;

(3)抗倾覆稳定性验算Ks≥; (4)抗隆起验算Ks≥; (5)抗管涌验算K≥。

四、支护方案比选

方案一：桩锚支护结构

特点：排桩包括单排装和双排桩，双排桩相当于一个插入土体的刚架，能够靠基坑一下桩前土的被动土压力和刚架插入土中部分的前桩抗压、后桩抗拔所形成的力偶来共同抵抗倾覆力矩。双排桩支护具有较大的侧向刚度，可有效地限制基坑的变形。双排桩支护结构作为空间超静定结构，整体性能优越，使围护结构纵向和横向的整体性都大大提高，从而使基坑的侧向变形和位明显减小。但双排桩支护对桩间土的要求比较高，所以在软土地区必须考虑加固问题。

当场地条件允许时，为节约成本，也可使用单排桩支护，单排桩刚度较大，也可以有效的抵抗倾覆力矩，从而控制变形。预应力锚杆的主要特点是通过施加预应力来约束基坑壁的变形，采用排桩与锚杆组合式支护技术，可以有效地控制基坑变形，大大提高基坑边坡的稳定性，特别是在基坑比较深，地质条件及周围环境比较复杂，而对基坑变形又有严格要求时这种联合支护型式更显示出它的优点。预应力锚杆增加了边坡的稳定性，减小了基坑的边线，在布置上也比较灵活。

当对坡顶的位移要求严格时，在上部布置预应力锚杆，当深度较深时，预应力锚杆均匀布置，因锚杆造价较高，为节约成本，锚杆与土钉可间隔布置，效果更好。这种复合的支护形式在边坡支护工程中应用广泛。

桩锚支护结构平纵剖面图如下所示：

图2 桩锚支护横向剖面图

图3 桩锚支护纵向剖面图

方案二：桩撑支护结构

特点：排桩的特点是侧向刚度大，能很好地控制变形。由于排桩部分嵌固于基坑底土层中，所以具有强大的抗拔力，有效抵挡基坑土层的倾覆力矩，从而保证基坑的稳定性。在土质较好的情况下可以独立使用并能产生较好的效果。内支撑的加入使拍桩支护的应用范围大大扩展，同时也减少了围护桩的长度，节约成本。特别是在一些土质不好的地区，桩撑支护的使用也取得了良好的效果。在深基坑工程中，可以设置多道内支撑，但是这样就会限制工作空间，特别是机械的使用，对工程的效率具有一定的影响。

复合土钉墙支护型式平纵剖面图如下：

图4 桩撑支护横向剖面图

图5 桩撑支护纵剖面图

方案三:排桩+土钉支护结构

特点：排桩的特点在前面方案中已做过详细介绍，这里主要针对土钉墙支护特点进行叙述。土钉墙用于基坑开挖支护能够显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力，而且土钉支护施工设备简单，占用空间小，施工效率高，占用着周期短，对相邻建筑影响不大。此外，土钉墙施工没有噪音，振动小，不影响周围环境。土钉支护一般适用于地下水位以上或经过降排水措施后的杂填土、普通粘性土、非松散沙土边坡，即使有局部的软塑粘性土层，在采取一定措施后有可能采用土钉支护。土钉支护施工采用边开挖边支护，安全程度较高。由于土钉数量众多并作为群体起作用，即使个别土钉出现质量问题或失效对整体影响不大。但是土钉支护也有一定的缺点和局限性，主要是基坑变形大，由于土钉支护是一种被动受力支护形式，只有土体发生变形时土钉才会受力，因此基坑变形位移相对较大。所以土钉支护的应用受到基坑变性条件的限制，对于对基坑变形有严格要求的工程不宜采用土钉支护。

排桩、土钉支护平纵面剖面图如下：

图7 双排桩支护纵剖面图

图8 土钉支护纵剖面图

针对以上三种方案从技术经济性、施工难易程度、施工周期、对

结合本工程实际环境和地质情况等因素，根据以上方案从多方面进行综合比较后决定，选取方案一作为本设计的设计方案。

六、主要参考资料

[1] 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)及基础工程教材

[2] 岩土工程勘察规范(GB50021-94)及勘察测试教材

[3] 建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)及教材

[4] 高层建筑箱形与筏形基础技术规范(JGJ6-99)及高层建筑基础

教材

[5] 建筑基坑工程技术规范(YB9258-97)及深基坑工程教材。

[6] 浙江大学谢新宇、俞建霖主编.《特种基础工程》.北京：中国建

筑工业出版社,2006年2月第1版。

[7] 重庆大学张永兴主编.《岩石力学》.北京：中国建筑工业出版社，

2008年73期第2版。

[8] 基坑土钉支护技术规范(CECS 96:97)

[9] 土工试验方法标准.(GB/T50123-1999)

[10] 土工试验方法标准(GBT50123-1999)条文说明

[11] 《原状土取样技术标准》(JGJ89-92)

[12] 中华人民共和国建设部.建筑制图标准(GB/T50104-2001)，

北京：中国计划工业出版社，2002

[13] 中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范

(GB50010-2002).北京：中国建筑工业出版社，2001

[14] 《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)条文说明

[15] 《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)

[16] 《土层锚杆设计与施工规范》(CECS22-90)

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