【文章內(nèi)容簡介】 ........................47 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 選題的背景目的及意義 選題的背景目的 基坑工程是土力學基礎(chǔ)工程中的一個古老的傳統(tǒng)課題，同時又是一個綜合性的巖土工程問題。人類土木工程活動促進了基坑工程的發(fā)展，基坑工程的發(fā)展往往是一種新的圍護型式的出 現(xiàn)帶動新的分析方法的產(chǎn)生，并遵循實踐、認識、再實踐、再認識的規(guī)律，而走向成熟。到了本世紀，隨著大量高層、超高層建筑以及地下工程的大量涌現(xiàn)，對基坑工程的要求越來越高，出現(xiàn)的問題也越來越多，促使工程技術(shù)人員以新的眼光去審視基坑工程這一古老課題，也使許多新的經(jīng)驗和理論的研究方法得以出現(xiàn)和成熟。 我畢業(yè)后從事深基坑工程方面的施工，通過本次畢業(yè)設(shè)計，使自己把所學過的專業(yè)知識綜合應(yīng)用于實際工程設(shè)計中，使理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，提高工程設(shè)計能力，能獨立進行基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計。使自己在應(yīng)用現(xiàn)行規(guī)范、標準、技術(shù)指標與經(jīng)濟指標等方 面得到基本訓練，達到對所學專業(yè)知識進行鞏固、綜合掌握和靈活運用的目的，提高自己分析問題、解決問題的能力。 選題的意義 本次畢業(yè)設(shè)計確定的選題是科技大廈基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計，并有針對性地在支護方案比選、鋼板樁加錨桿設(shè)計計算、土釘墻設(shè)計計算、基坑的穩(wěn)定性驗算、基坑降排水設(shè)計、施工圖繪制等方面進行深入研究，熟練繪制和閱讀基坑施工圖，掌握基坑設(shè)計和施工的方法；通過該基坑畢業(yè)設(shè)計，能綜合訓練學生的應(yīng)用各種手段查詢資料、獲取信息的基本能力和計算機工程軟件應(yīng)用能力，以及提高獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力， 使學生具有獨立解決一個基坑的設(shè)計和施工的能力，提高外文翻譯能力，以滿足畢業(yè)就業(yè)崗位的需要。 國內(nèi)外基坑工程研究狀況 國內(nèi)基坑工程研究現(xiàn)狀 在國內(nèi)，我國城市地下工程建設(shè)起步較晚，上世紀 70年代末以前，只有少數(shù)黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 大型工程項目中有開挖深度 10m 以上的基坑工程，且處在較少或沒有臨近建筑物和地下結(jié)構(gòu)物的地區(qū)。到 20 世紀 80 年代，在我國改革開放和國民經(jīng)濟持續(xù)高速增長的形勢下，全國工程建設(shè)亦突飛猛進，高層建筑迅猛發(fā)展，建筑高度越來越高，同時各地還興建了許多大型地下市政設(shè)施、地下商場、地下車站等， 導(dǎo)致多層地下室逐漸增多，深基坑開挖深度超過 10m 的比比皆是，其埋設(shè)深度也就越來越深，對基坑的要求越來越高，使深基坑支護工程向大規(guī)模方向發(fā)展。隨著人防、地鐵、地下商場、倉庫、影劇院等大量工程的建設(shè)，特別是近年來的工程實踐，城市地下空間技術(shù)得到了長足發(fā)展和提高。我國城市地下工程、隧道及井孔工程等先后采用了明挖法、暗挖法、蓋挖法、盾構(gòu)法、沉管法、凍結(jié)法、及注漿法等，這些技術(shù)有的已達到了國際先進水平。 國外基坑工程研究現(xiàn)狀 國外 20 世紀 30年代，太沙基和皮克等最先從事基坑工程的研究， 20 世紀 60年代，在 奧斯陸等地的基坑開挖中開始實施施工監(jiān)測，從 20 世紀 70 年代起，許多國家陸續(xù)制定了指導(dǎo)基坑開挖與支護設(shè)計和施工的法規(guī)。在國外 ,比如日本、美國以及歐洲一些發(fā)達國家對地下結(jié)構(gòu)有比較完善的研究，地下商城、地下停車場、地下商業(yè)街、地鐵車站等隨處可見。這就意味著他們具有相當?shù)慕ㄔO(shè)基坑工程的能力與經(jīng)驗。除了明挖法、暗挖法、蓋挖法、盾構(gòu)法、沉管法、凍結(jié)法及注漿法外又有了新發(fā)展。新技術(shù)有全過程機械化、微型盾構(gòu)和非開挖技術(shù)、預(yù)砌塊法施工技術(shù)、預(yù)切槽法施工技術(shù)、頂管大管棚法、微氣壓暗挖法、數(shù)字化掘進法等。 基坑工程概況 工程概況 擬建科技大廈工程位于哈爾濱市香坊區(qū)，其西臨香順街，南鄰公濱路，東側(cè)為哈國際自然醫(yī)學研究所，北側(cè)為住宅樓。擬建建筑物地面以上 17 層，地下 1層，總建筑面積 69533m2，占地面積 179。 ,基坑開挖深度為 ，框架結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定水位 在地面下 。 擬建項目所在場地較平整，原始地貌為沖 積 型堆積土層。 周邊環(huán)境 基坑西臨香順街，南鄰公濱路，與結(jié)構(gòu)最近距離為 ，下設(shè)通訊電纜、煤氣管線等設(shè)施。東側(cè)為哈國際自然醫(yī)學研究所，樓高八層，其最近距離為 ，北側(cè)為住宅樓， 樓高八層，最近距離為 。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 地質(zhì)條件 工程地質(zhì)條件 據(jù)擬建場地《巖土工程勘察報告》揭示：場地地形較平坦， 原始地貌為沖 積型堆積土層。 根據(jù)土層的地質(zhì)時代、成因類型、巖性及分布埋藏特征， 從上到下可分為 5 個層次，支護深度影響范圍內(nèi)土層依次分布如表格 和 所示： 表 地基土構(gòu)成、特征一覽表 土層 編號 土層 名稱 土層厚度 （ m） 平均厚度 (m) 土 層 描 述 ① 雜填土 ～ 灰色，松散，主要由碎石、碎磚、建筑垃圾組成， 硬質(zhì)含量 3060%,填齡大于 5 年，全場分布。 ② 粘土 ～ 灰黃色～褐黃色，可塑，含鐵錳氧化物及結(jié)核，無搖振反應(yīng)，切面光滑，干強度和韌性高，全場地分布。 ③ 粉質(zhì) 粘土 ～ 灰黃～灰色，可塑～軟塑，稍有光澤，無搖震反 應(yīng)，干強度中等，韌性中等，全場分布。 ④ 粉土 ～ 灰色，松散，飽和，含云母，搖振反應(yīng)迅速，切 面粗糙，干強度低，韌性低，全場分布。 ⑤ 粉質(zhì) 粘土 ～ 灰色，中密，飽和，含云母，搖振反應(yīng)迅速，切 面粗糙，干強度低， 韌性低，全場分布。 表 場地土體情況一覽表 序號 類別 （名稱） 厚度 )m(h 重度 ??( 3KN/m ) 含水率 )%(w 塑限 Lw 液限 Pw 滲透系數(shù) )m/d(k 內(nèi)摩擦角 )(k?? 黏聚力 )KPa(kc 壓縮模量 )MPa(sE ① 雜填土 ② 粘土 6 ③ 粉質(zhì)粘土 10 ④ 粉土 15 ⑤ 粉質(zhì)粘土 28 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 水文地質(zhì)條件 根據(jù)地下水的賦存條件，場區(qū)有一層地下水，賦存于第①層雜填土中，屬孔隙潛水類型，勘察期間測得該場地穩(wěn)定水位埋深為 ～ ，主要接受降雨、地表水、地下徑流的補給。 擬解決的主要問題 （ 1） 基坑 支護方案的比選 ； （ 2） 鋼板樁加錨桿設(shè)計計算 ； （ 3） 土釘墻設(shè)計計算 ； （ 4） 基坑的穩(wěn)定性驗算 ； （ 5） 基坑降水； 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 第 2 章 基坑支護方案選擇及確定 基坑支護設(shè)計基本要求 (1)基坑設(shè)計以“安全、合理、經(jīng)濟、便于施工”為原則，同時保證施工周期較短，結(jié)合本工程地質(zhì)、環(huán)境、挖深等諸多因素； (2)為基坑土方 開挖和地下室施工創(chuàng)造一個安全干燥的施工條件；支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、牢固、安全，確保地下室施工安全以及周邊建筑物和道路的安全；有效止水，確保周邊建筑物和道路不產(chǎn)生沉降；。 (3)支護結(jié)構(gòu)基坑內(nèi)壁與地下室基礎(chǔ)承臺邊緣應(yīng)留有足夠的施工工作面；基坑周邊有良好的圍護，確保坑邊行人安全； (4)基坑支護范圍不超過建設(shè)用地紅線、不影響現(xiàn)有臨時辦公用房的正常使用；基坑周邊排水暢通，地面雨水、污水不流入基坑； (5)參照哈爾濱地區(qū)以往深基坑工程成功實踐經(jīng)驗； (6)考慮到鄰近基坑邊有重點保護道路及樓房 ，為確保安全，以“位移變形”控制設(shè)計計算 (7)考慮到本場地地質(zhì)條件，由于該場地地下水位埋深較淺，地下水較豐富，透水性大，為杜絕“側(cè)壁流砂，坑底管涌”等不良現(xiàn)象出現(xiàn)，關(guān)鍵做好基坑止水，降水設(shè)計和施工； 基坑支護方案選擇及確定 支護方案的選擇 根據(jù)調(diào)查了解和收集的區(qū)域資料，目前常采用的基坑支護方式主要有：放坡開挖、地下連續(xù)墻、水泥土墻、樁錨支護結(jié)構(gòu)、土釘墻支護結(jié)構(gòu)等。 （ 1） 放坡開挖 放坡開挖適用于周圍場地開闊，周圍無重要建筑物，只要求穩(wěn)定，位移控制無嚴格要求，價錢 最便宜，回填土方較大。 在基坑周圍的環(huán)境允許放坡的情況下，可以將基坑邊壁開挖成具有一定坡度、能夠在基坑回填之前的施工階段維持邊坡穩(wěn)定的斜坡。這樣，既可以省去專門的黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 邊坡支護結(jié)構(gòu)，又可以較好地滿足施工要求。雖然土方挖放量有所增加，但總的技術(shù)、經(jīng)濟效果是很明顯的。 擬建基坑周圍有居民樓和 哈國際研究所 等重要建筑物，周圍場地狹窄位移控制嚴格要求，所以，放坡開挖這種支護結(jié)構(gòu)不適用于擬建基坑。 （ 2） 地下連續(xù)墻 通常連續(xù)墻的厚度為 600mm、 800mm、 1000mm，也有厚達 1200mm 的，但較少 使用。地下連續(xù)墻剛度大，止水效果好，是支護結(jié)構(gòu)中最強的支護型式，適用于地質(zhì)條件差和復(fù)雜，基坑深度大，周邊環(huán)境要求較高的基坑，但是造價較高，施工要求專用設(shè)備。 擬建基坑深度較小，所以，地下連續(xù)墻這種支護結(jié)構(gòu)不適合于本擬建基坑。 （ 3） 土釘墻 土釘墻是一種邊坡穩(wěn)定式的支護 ,其作用與被動的具備擋土作用的上述圍護墻不同 ,它是起主動嵌固作用 ,增加邊坡的穩(wěn)定性 ,使基坑開挖后坡面保持穩(wěn)定。 土釘墻支護結(jié)構(gòu)適用于基坑壁等級為二、三級，開挖較淺的基坑。穩(wěn)定可靠、施工簡便且工期短、效果較好、用料省、造價低、對 周邊的環(huán)境影響小，且變形相對較小，但是不適合用于對變形嚴格要求的基坑。 土釘墻主要用于土質(zhì)較好地區(qū) ,我國華北和華東北部一帶應(yīng)用較多 ,目前我國南方地區(qū)亦有應(yīng)用 ,有的已用于坑深 10m 以上的基坑，在土質(zhì)較好地區(qū)應(yīng)積極推廣。 擬建基坑的基坑壁等級為二級，開挖較淺，在靠近 建筑物 側(cè)的基坑壁處使用土釘墻支護結(jié)構(gòu)既保證了基坑的穩(wěn)定， 又 保證了施工的工期短、經(jīng)濟性好、效果好。所以在本次設(shè)計中， 基坑東側(cè) 基坑壁采用了 土釘墻 支護結(jié)構(gòu)。 （ 4）水泥 土墻 水泥土墻是由水泥土樁相互搭接形成的格網(wǎng)狀、壁狀等形式 的重力式擋土結(jié)構(gòu)物。通常采用攪拌樁，亦可采用旋噴樁等 。 水泥土墻適用于基坑側(cè)壁安全等級宜為二、三級，水泥土樁施工范圍內(nèi)地基土承載力不宜大于 150kPa，基坑深度不宜大于 6m 的基坑。但是水泥土樁抗拉強度低，受荷載后變形較大，且要單獨占用工期。 擬建基坑深度為 5m，考慮到水泥土墻的抗拉強度低，因此，沒有采用水泥土墻支護結(jié)構(gòu)。 （ 5） 樁錨支護結(jié)構(gòu) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 樁錨支護 是將護坡樁與土層錨桿相結(jié)合的一種支護方法 ,樁錨支護 體系是將受拉 是在巖石錨桿理論研究比較成熟的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種擋土結(jié)構(gòu) ,安全經(jīng)濟的特 點 使它廣泛應(yīng)用于邊坡 和 深基坑支護工程中。 樁錨支護結(jié)構(gòu)適用性較廣，對基坑壁變形的限制嚴格有效，但施工期較長，造價較高。 擬建基坑中，靠近 馬路 側(cè)的基坑壁對變形沉降都要求很嚴格，因此， 基坑西側(cè)、南側(cè)和北側(cè) 的基坑壁采用 樁錨 支護結(jié)構(gòu)。 支護結(jié)構(gòu)體系的比較 本工程地下水位較高，基坑開挖深度為 米，且東側(cè)由于距離建筑物較近，根據(jù)我國目前基坑工程中所取得的經(jīng)驗，其圍護結(jié)構(gòu)可選擇以下幾種方案： 方按 1：鉆孔灌注樁加攪拌樁或旋噴樁止水，設(shè) 12道內(nèi)支撐； 方案 2：土釘墻支護； 方案 3：可應(yīng)用水泥土墻支護； 方案 4：可采用鋼板樁加錨桿支護，設(shè) 12 道支撐； 由于本工程東側(cè)離建筑物較近，故圍護結(jié)構(gòu)可考慮的方案有：方案 方案 方案 4?；又ёo形式比較如表格 所示： 表 方案 名稱 土釘墻 鋼板樁 加 錨桿 支護 水泥土墻支護 灌注樁加錨桿 整體 性能 較好 好 好 較好 抗?jié)B 性 較好 好 較好 差 對環(huán)境 的影響 小 小 較小 較 大 施工 工期 一般 較短 一般 短 造價 一般 一般 一般 一般 其他 特點 受力性能好 可以貼近施 工，工效高 地下結(jié)構(gòu) 施工方便 需要架設(shè)內(nèi) 支撐 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計