【正文】 邊環(huán)境的安全。 (4) 施工組織設(shè)計 介紹整個基坑的施工流程與施工技術(shù)，主要包括：施工前的現(xiàn)場，技術(shù)與物資準(zhǔn)備；施工中的土方開挖、圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、支承結(jié)構(gòu)施工、基底加固混凝土底板施工、基坑降水等分項工程的施工流程與施工技術(shù)；出現(xiàn)險情及發(fā)生事故時的應(yīng)急方案及搶險措施；施工總平面圖的布置；施工進(jìn)度計劃與管理措施；施工過程中質(zhì)量保證措施；施工中安全生產(chǎn)、文明施山東科技大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 工及環(huán)境保護(hù)的措施；雨季、夏季、冬季施工措施；與其他 各單位之間的配合協(xié)調(diào)。 (3) 基坑支護(hù)穩(wěn)定性驗算 主要進(jìn)行基坑支護(hù)的穩(wěn)定性驗算，保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑施工過程中不發(fā)生穩(wěn)定性方面的問題。采用不同的支護(hù)體系要根據(jù)各支護(hù)體系特點(diǎn)確定不同的支護(hù)參數(shù)，例如當(dāng)采用樁錨支護(hù)體系時需要確定支護(hù)樁的嵌固深度、樁徑、樁間距，鋼筋籠的鋼筋型號與平面布置，錨桿的排數(shù)、密度、打入角度、預(yù)拉力大小等參數(shù)。擬分八章完成格林廣場基坑支護(hù)設(shè)計與施山東科技大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 工組織，主要的研究內(nèi)容有： (1) 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計 主要介紹目前常用的基坑支護(hù)體系，比較每種支護(hù)體系的適用范圍以及優(yōu)缺點(diǎn)，分析超大面積基坑支撐的難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)，指出在軟土地區(qū)深大基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計所面臨的主要問題，最后在經(jīng)過多種方案利弊對比分析之后確定本基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型。 主要設(shè)計內(nèi)容 基于以上研究背景與研究目的，擬利用畢業(yè)設(shè)計機(jī)會對南京河西新城軟土地區(qū)的格林廣場基坑進(jìn)行系統(tǒng)的支護(hù) 設(shè)計與施工組織。 在發(fā)展過程中，計算機(jī)技術(shù)也逐漸由傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域 設(shè)計階段擴(kuò)展到施工階段，信息化施工、 BIM 技術(shù)即是顯著表現(xiàn)。其次， BIM 具有智能模擬的特點(diǎn)，當(dāng)儲存有一定監(jiān)測數(shù)據(jù)之后， BIM技術(shù)會自動分析數(shù)據(jù)變化趨勢，實(shí)現(xiàn)基坑變形的預(yù)測，未雨綢繆，同時 BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期的信息化管理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對項目成本、質(zhì)量、 進(jìn)度的全面控制，具有很大的應(yīng)用前景。其中代表性學(xué)者楊敏 [22]對 BIM 在基坑工程施工中的應(yīng)用進(jìn)行了一些設(shè)想，認(rèn)為BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)整個工程從設(shè)計階段到施工監(jiān)測階段的可視化、參數(shù)化，其具有的信息資源共享特性會成為各項目參與方最佳的溝通交流平臺。李立新等通過模糊綜合評價方法 對建筑基坑的安全性進(jìn)行了綜合評價，將基坑風(fēng)險歸為 4 大方面：建設(shè)山東科技大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 單位管理問題，勘察問題，設(shè)計問題和施工問題。 國內(nèi)方面，基坑工程的施工風(fēng)險研究始于上世紀(jì) 70 年代末。 Ibrahim A. Motawa[19]為了實(shí)現(xiàn)施工過程中動態(tài)風(fēng) 險的提前預(yù)測與預(yù)警，借助模糊系統(tǒng)，模擬工程項目施工中不同因素變化對風(fēng)險的影響程度，從而讓風(fēng)險的管理更具預(yù)見性。因此，如何科學(xué)的進(jìn)行施工組織與管理，降低施工風(fēng)險成為許多專家學(xué)者研 究的熱點(diǎn)問題之一。造成基坑事故的原因是多方面的，不僅僅是施工技術(shù)的問題，更多的是施工組織與管理體系不健全不科學(xué)的問題。但施工中的風(fēng)險控制與安全管理問題始終是貫穿整個工程項目最為重要的部分。是一山東科技大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 種將擋土承力與止水相結(jié)合、工廠化預(yù)制與機(jī)械化施工相結(jié)合的新型基坑支護(hù)技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。在提倡建設(shè)節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的今天， SMW 工法將具有廣闊的應(yīng)用前景。在地下結(jié)構(gòu)施工完成土體回 填之后，可以將 H 型鋼從水泥土攪拌樁中拔出，達(dá)到回收和再次利用的目的。 將圍護(hù)結(jié)構(gòu)與止水帷幕相結(jié)合的 SMW 工法圍護(hù)體系是一種在連續(xù)套接的三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插入型鋼形成的復(fù)合擋土隔水結(jié)構(gòu)。 支撐體系設(shè)計由單一形式的支撐向根據(jù)不同的基坑形狀、平面尺寸、開挖深度、施工方法等靈活設(shè)計組合使用多種形式的支撐轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的 m 法作為一種簡便可靠的方法，被相關(guān)規(guī)范推薦并在工程實(shí)際中廣泛應(yīng)用，所以本文采用傳統(tǒng)的m 法理論計算相關(guān)土壓力。 由于共同變形法中主被動土壓力均與支護(hù)結(jié)構(gòu)位移有關(guān)，而支護(hù)結(jié)構(gòu)位移又不能預(yù)先得知，只能在計算過程中通過迭代法確定，這就大大增加了計算工作量，不利于在工程中方便應(yīng)用。 可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng) m 法和共同變形法都假定的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移與土壓力成線性相關(guān)，而實(shí)際工程中兩者的關(guān)系卻是非線性的。 共同變形法充分考慮了支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體之間的相互作用，即支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移對主被動土壓力大小的影響，對經(jīng)典土壓力進(jìn)行了一次較全面的發(fā)展。一般采用的是在開挖面以上采用 Rankine 土壓力理論計算，在開挖面一下主動土壓力為一定值，其大小與坑底主動土壓力相等。在 m 法中，作用在支護(hù)樁上的坑外土壓力荷載 q(z)由經(jīng)典土壓力理論確定，坑內(nèi)土壓力荷載則由下式確定 : 0( , )P x z b mzx? 式中： m—地基水平抗力系數(shù)的比例系數(shù) (kN/m4) x—支護(hù)樁在深度 z 處的水平撓度 (m) b0—抗力計算寬度 (m) z—計算點(diǎn)深度 (m) 可以看出，彈性地基梁 m 法僅僅是對坑底被動區(qū)土體的計算模式進(jìn)行了改進(jìn)，坑外主動區(qū)土體的土壓力計算仍是采用經(jīng)典土壓力理論計算。 (2) 彈性地基梁法 與傳統(tǒng)土壓力理論比較，彈性地基梁法考慮了支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移對坑底被動土壓力大小的影響。雖然經(jīng)典土壓力在計算時簡單方便，但也存在許多問題：首先基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)測土壓力往往與用經(jīng)典土壓力公式計算結(jié)果差別較大，李廣信分析了造成上述問題的原因；其次，對于處于地下水位以下的土體，尤其是粘性土體，土壓力究竟是采用水土分算還是山東科技大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 水土合算一直以來爭議很大。 Terzaghi 和 Peck 等人給出了在有支撐作用時支護(hù)結(jié)構(gòu)所受土壓力的分布示意圖，并對土拱效應(yīng)進(jìn)行了研究，認(rèn)為土拱效應(yīng)只有當(dāng)支撐剛度大圍護(hù)剛度小，土體之間產(chǎn)生不均勻位移時才會發(fā)生。在這兩種土壓力理論中，利用 Rankine 土壓力理論計算的主動土壓力偏大，被動土壓力偏??；而 Coulomb 土壓力理論在計算內(nèi)摩擦角較大土體的被動土壓力時則偏于過大。能準(zhǔn)確計算作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力，是合理設(shè)計基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要前提之一。 縱觀整個發(fā)展過程可以看到基坑工程的支護(hù)設(shè)計是朝著更加高效、更加經(jīng)濟(jì)、更加安全的方向發(fā)展。 山東科技大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 滿聰 [14]采用 ABAQUS 軟件，數(shù)值模擬了某基坑坑底的隆起破壞，建立了基坑抗隆起破壞的有限元分析模型，得出了有限元在分析基坑穩(wěn)定性上具有優(yōu)越性的結(jié)論。桿系有限單元法具有靈活，多樣可考慮分級開挖對支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響等優(yōu)點(diǎn)，但隨著單元化分?jǐn)?shù)量增多，計算量也會大大增加。樁端支撐端單元可根據(jù)情況選用固端，鉸接，自由等約束，圈梁，腰梁兩端單元一般采用固端約束形式。這種方法將支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體看作是整體協(xié)同變形，能夠反映出基坑開挖對周圍環(huán)境的影響。 平面和空間有限元法首先需要建立支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的力學(xué)模型。在 20世紀(jì) 70 年代初，有限元法基本成熟并陸續(xù)出現(xiàn)了多種商業(yè)有限元分析軟件，諸如 FLAC、 ANSYS、 ABAQUS、 SAP202 MIDAS 等。考慮圈山東科技大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 梁，支護(hù)樁，支撐三者變形的計算方法大致分為兩種，一種是借助計算機(jī)建立工程模型進(jìn)行有限元分析，另一種是高印立法。最后由于將 內(nèi)支撐看作為沿基坑長度方向連續(xù)分布的構(gòu)件，因此其計算結(jié)果偏于不安全。m2)； b—水平荷載的計算寬度 (m) 采用分級開挖時，每一開挖階段都按上述方法求出各樁段的內(nèi)力與變形，并將樁端撓度作為相應(yīng)該點(diǎn)處內(nèi)支撐的初變形，進(jìn)而可以考慮分級開挖對支撐內(nèi)力計算結(jié)果的影響。最后根據(jù)樁頂?shù)倪吔鐥l件和各支撐點(diǎn)及開挖面處的變形協(xié)調(diào)條件及靜力平衡條件確定積分常數(shù)，進(jìn)而求出樁身內(nèi)力與變形，并由各支撐處樁的位移求出相應(yīng)支撐反力。 張強(qiáng)勇 [12]基于彈性地基梁理論編寫了有限元程序，對某基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行了計算，得出了支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移和彎矩隨開挖過程的變化規(guī)律。其中，極限平衡理論未考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)變形對坑底被動區(qū)土壓力的影響，而彈性地基梁法則通過引入基床系數(shù) k 考慮了這種影響，因此更為符合工程實(shí)際。由于在計算土壓力時采用了經(jīng)典土壓力理論，因此忽略了支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的相互作用對土壓力變 化的影響，最終計算結(jié)果與工程實(shí)際相差較大，同時這種方法忽略了支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，只從強(qiáng)度方向?qū)χёo(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計與校驗，不能反應(yīng)基坑開挖對周邊環(huán)境的影響，與實(shí)際工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計目標(biāo)不符。 謝猛 [10]等 基于等值梁法，計算了某大廈的支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力， 認(rèn)為 這種傳統(tǒng)的內(nèi)力計算方法具有計算快捷，可靠性高等特點(diǎn)。 (1) 不考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的基于強(qiáng)度理論的設(shè)計計算方法 這種方法是支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計與內(nèi)力分析的最原始方法，計算時取坑邊延伸方向一計算寬度的支護(hù)體系作為研究對象，將空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題，通過經(jīng)典土壓力理論計算 出作用在該計算長度支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力，然后利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計算出支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布。由變形理論過渡到基于有限元軟件分析設(shè)計反映了人們在工程設(shè)計階段開始引入計算機(jī)技術(shù)以幫助實(shí)現(xiàn)更安全經(jīng)濟(jì)的工程設(shè)計。 隨著人們對基坑工程認(rèn)識的不斷深入以及科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，基坑支護(hù)的設(shè)計方法也在不斷改進(jìn)，從最早的以強(qiáng)度理論為主導(dǎo)的設(shè)計到以變形理論為主導(dǎo)的設(shè)計最后到近幾年的利用有限元分析設(shè)計共經(jīng)歷了三個階段。在工作狀態(tài)下內(nèi)支撐體系為壓彎構(gòu)件，處于壓彎應(yīng)力狀態(tài)，拉錨體系處于受拉的應(yīng)力狀態(tài)。為了更好地完成課題《格林廣場基坑支護(hù)設(shè)計與施工組織》， 對國內(nèi)外專家學(xué)者與科研院所在基坑支護(hù)設(shè)計與施工兩大方向的研究情況以及最新研究進(jìn)展進(jìn)行了了 解，并概括為 4 個方向分述如下： 基坑支護(hù)設(shè)計 方法 研究現(xiàn)狀與發(fā)展 基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)是由支護(hù)樁 、 冠梁 、 腰梁和支撐體系等部分組成。 根據(jù)以往該地區(qū)基坑工程施工經(jīng)驗，在該地區(qū)進(jìn)行基坑施工往往會面臨基坑支護(hù)體系的變形過大，施工中由于防水不嚴(yán)密導(dǎo)致的管涌冒砂 ，坑底土體隆起幅度較大，土拱效應(yīng)顯著等突發(fā)情況，因此根據(jù)格林廣場本身的施工技術(shù)以及支護(hù)形式制定一系列施工安全與應(yīng)急對策方案變得非常重要。在這種地層下，一般的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)較大變形，輕則影響基坑施工，重則引起基坑坍塌對周圍道路及管線造成極其嚴(yán)重的破壞。 本基坑面積 40890m2，平均開挖深度 14m，屬于深大基坑，基坑安全等級為一級。這些因素大大增加山東科技大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 了深基坑支護(hù)設(shè)計的難度。因此在軟土地區(qū)開挖深基坑會面臨更大的水土壓力以及土體變形，這大大增加了施工風(fēng)險。但必須注意的是，由于地質(zhì)運(yùn) 動土體沉積等作用，東部沿海地區(qū)許多城市都屬于軟土地區(qū)。 伴隨著城市地下空間的大力開發(fā)，在城區(qū)開挖的基坑數(shù)量越來越多，基坑深度與開挖面積亦不斷增加。如北京市和上海市不斷擴(kuò)展完善的地鐵交通工程 [7]、上海的張楊路綜合管線共同溝工程 [8]、人民廣場地下大型停車場、人民廣場地下變電站等 [9]。國外有代表性的地下工程有法國巴黎中央商場 [4]、美國明尼蘇達(dá)大學(xué)土木工程系的辦公大樓 [5]和實(shí)驗室、日本東京八重洲地下街、加拿大的蒙特利爾等 [6]。 emergency plan. 山東科技大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 目 錄 1 緒論 ............................................................................................. 6 課題的研究目的與意義 ........................................................................ 6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展 ........................................................................ 7 主要設(shè)計內(nèi)容 ...................................................................................... 17 2 工程概況 ................................................................................... 20 工程地質(zhì)與水文地質(zhì) ......................................................................... 20 工程周邊環(huán)境 ..................................................................................... 25 3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)對比與選型 ........................................................ 26 常見的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式 .................................................................. 26 基坑支護(hù)總體方案對比選型 .............................................................. 31 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對比選型 .............................................