深圳地铁深基坑支护设计毕业设计.docx

深圳地铁深基坑支护设计毕业设计西 南 交 通 大 学 本科毕业设计 深圳地铁深基坑支护设计 年 级: 学 号: 姓 名: 专 业: 指导老师: 西南交通大学毕业设计 第 I 页 院 系 土木工程学院 专 业 土木工程专业 年 级 姓 名 题 目 深圳地铁深基坑支护设计 指导教师 评 语 指导教师 (签章) 评 阅 人 评 语 评 阅 人 (签章) 成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 西南交通大学毕业设计 第 II 页 毕业设计任务书 1、本论文的目的、意义 毕业设计(论文)的目的是使学生能够将所学基础理论和专业知识应用到工程实际中，达到理论与实践相结合的目的。通过本毕业设计，使学生对地铁深基坑支护中存在的问题有较深刻的了解，熟悉深基坑支护的主要内容及各种常用的方法， 掌握深基坑支护的设计理论和设计计算方法。通过本次毕业设计的训练，使学生具备工程设计的基本技能，初步具备工程师的能力。 2、学生应完成的任务 学生在毕业设计过程中应完成以下三部分的工作： 第一部分：论文正文，至少应包括以下几部分内容查阅资料，了解国内外最新动态；对深基坑支护的常用方法进行综述；详述深基坑支护的设计理论和设计计算方法；结合深圳地铁工程实例对深基坑支护进行设计；(5)对深基坑支护设计施工中存在的问题进行探讨。 第二部分：毕业实习，参加毕业实习并编写实习报告。 第三部分：外文翻译，按要求翻译不少于10000字符的外文资料。 3、论文各部分内容及时间分配： 第一部分 原始资料的收集和整理 (2.0周) 西南交通大学毕业设计 第 III 页 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 计算、分析、撰写论文 (6.0周) 绘图 (1.0周) 审查及文整 (1.0周) 实习 (1.0周) (1.0周) 评阅及答辩 备 注 指导教师： 年 月 日 审 批 人： 年 月 日 西南交通大学毕业设计 第 IV 页 摘 要 基坑工程是指在地表以下开挖的一个地下空间及其配套的支护体系。而基坑支护就是为保证基坑开挖，基础施工的顺利进行及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁以及周边环境采用的支挡，加固与保护措施。 基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大风险，基坑工程具有很强的区域性。不同水文，工程地质环境条件下基坑工程的差异很大。基坑工程环境效应复杂，基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全稳定，而且要有效的控制基坑周边地层移动以及保护周围环境。 本文在第1章中介绍了深基坑的发展状况、人们对其设计理论的研究状况及重点研究方向；第2章主要介绍了基坑支护的一些常用方法及各自的特点；在第3章中，从排桩的计算、止水、降水以及钢支撑稳定性分析方面对深基坑计算理论进行了阐述，最后还介绍了施工监测方面的内容；第4章通过对深圳地铁工点的具体分析，运用前面讲到的理论方法，对基坑支护进行了设计；第5章对施工组织设计做了一个简单的设计，着重介绍了土方的开挖顺序、挖孔桩和钢支撑的施工工艺。 关键词：基坑支护结构 人工挖孔桩 钢支撑 施工组织设计 西南交通大学毕业设计 第 V 页 The Design of Deep Foundation Pit Bracing of Shenzhen Metro Abstract Foundation Pit is the excavation of an underground space below the surface and a coordinated support system. Bracing of foundation pit is to ensure that excavation and foundation construction for the smooth and safe environment Foundation Pit and used the pit retaining wall reinforcement and protection. Bracing of Foundation Pit structure is the structural safety of temporary reserves are smaller, more risk. Foundation pit structure has a strong regional. Excavation works under different hydrological environmental and geological conditions are vastly. Effects complex excavation, excavation pit is not only necessary to ensure their own safety，but also to effectively control the pit surrounding strata. In chapter 1, it introduces the development of deep foundation pit, and the study of the design theory, and the major research direction; In chapter 2, it primarily introduces some methods of the foundation bracing and respective characteristic; In chapter 3, it gives readers a presentation to the theory of computation of deep foundation pit, through calculation of piling, water-stop, dewatering and the stability analysis of steel bracing. In the end, it introduces some content about supervisory survey of construction; In chapter 4, through detailed analysis of construction site and the application of the theory method mentioned above, it finishes the design of the deep foundation bracing; In chapter 5, it designs the construction management plan simply, among which earth excavation sequence and the construction techniques of dug pile and steel timbering are recommend highlighted. key words: Bracing of Foundation Pit Structure, Artificial digged-hole pile, Steel Timbering, Construction Management Plan 西南交通大学毕业设计 第 VI 页 目录 第1章 绪论 . 1 1.1 深基坑工程的发展状况 . 1 1.2 深基坑支护设计理论及计算方法研究现状 . 2 1.3 深基坑工程中存在的主要问题及重点研究方向 . 4 第2章 基坑支护的主要内容和方法 . 7 2.1 基坑支护的内容和特点 . 7 2.1.1 基坑支护的主要内容和功能 . 7 2.1.1 基坑支护的主要特点 8 2.2 基坑支护方法概述 . 9 2.2.1 护壁桩支护结构 . 9 2.2.2 地下连续墙支护 . 10 2.2.3 土钉支护 . 11 2.2.4 内支撑支护 . 12 第3章 深基坑设计计算理论 . 13 3.1 土压力计算 . 13 3.1.1 静止土压力13 3.1.2 填土面水平时的朗肯土压力14 3.2 地下连续墙止水帷幕 . 16 3.2.1 地下连续墙的分类 . 16 3.2.2 地下连续墙的优点 . 16 3.2.3 地下连续墙止水帷幕的应用 . 17 3.3 降水设计 . 17 3.3.1 管井降水一般计算方法 . 17 3.3.2 按经验数据计算管井降水 . 19 3.3.3 辅助降水 . 19 3.4 排桩设计 . 19 3.5 钢支撑稳定性验算 . 21 3.6 施工监测 . 22 西南交通大学毕业设计 第 VII 页 3.6.1 监测量测组织与程序 . 22 3.6.2 施工监测主要内容 . 23 第4章 深圳地铁太安站工点设计 . 26 4.1 太安站工程概况及设计资料 . 26 4.1.1 概述 . 26 4.1.2 本区地质情况概要及不良地层概况 . 26 4.1.3 太安车站周边建造物基础调查 . 28 4.1.4 52轴至67轴周边房屋照片 . 28 4.2 施工降水 . 30 4.2.1工程地质概况 . 30 4.2.2管井降水计算 . 31 4.2.3 按经验数据降水计算 . 32 4.3 桩配筋计算和钢支撑稳定性验算 . 32 4.3.1 桩配筋计算 . 33 4.3.2 钢支撑稳定性验算43 第5章 深基坑支护施工组织设计 . 45 5.1 工程概况 . 45 5.1.1 工程简介 . 45 5.1.2 既有建筑物 . 45 5.1.3 工程特点 . 45 5.1.4 工程重点 . 46 5.1.5 技术难点及采取措施 . 48 5.2 总体施工方案及施工顺序 . 48 5.2.1 总体施工方案 . 48 5.2.2 施工步骤 . 50 5.2.3 施工组织 . 51 5.3 挖孔桩及护壁施工 . 52 5.3.1 挖孔桩施工 . 52 5.3.2 护壁施工 . 54 西南交通大学毕业设计 第 VIII 页 5.4 钢支撑施工 . 55 5.4.1 施工工艺 . 56 5.4.2 施工方法 . 56 结论 . 60 致谢 . 61 参考文献 . 62 附录 . 6 西南交通大学毕业设计 第 1 页 第1章 绪论 1.1 深基坑工程的发展状况 自XX年代以来，我国城市建设进入了一个新的发展时期，高层、超高层的建筑越来越多，仅从XX年到XX年的十年间，我国各大中城市己建10层以上的建筑物超过1.5亿m2。相应的，基坑开挖的深度也就越来越大，如武汉的国贸大厦基坑开挖到地面以下16.8m；北京市经贸委大楼，地下4层结构，基础埋置深度为地面以下30m；上海的经贸大厦基坑开挖到地面以下32m。我国迄今已竣工的深基坑工程在各大城市中可谓比比皆是，不胜枚举。据有关部门估计，我国目前己开发利用的地下空间约5´107m3时，这大体上反映了其仅完成的深基坑工程的规模。总之，我国高层建筑数量越来越多的同时，深基坑将向大深度、大面积方向发展已成必然趋势。 深基坑工程是基础工程的一个组成部分。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”似乎更全面。因为从上面的描述可知，为建(构)筑物的基础结构而开挖，只是深开挖的一种类型；深开挖还包括为各种地下工程整体(并非基础而己)所需进行的深层开挖。如果完整而形象的说，它是为了高层建筑和高耸杆塔烟囱等构筑物的基础结构，或城市地铁车站、地下商场、地下车库、地下影剧院、地下变电站等各类地下工程开辟地下空间，以便它们进入施工的一个重要技术领域。深基坑工程最终并不形成任何物质产品或固定资产，它是一种大型的，技术含量高的“服务性工程行为”；一旦基础结构或地下工程施工完毕，深基坑即完全消失。因此，也可以把它称为基础结构或地下工程施工的先导技术。 在复杂、众多的基坑工程实践中，我国深基坑工程技术已得到长足发展，其标志是: 基坑工程技术标准与规范的编制 为经济安全的进行基坑工程的施工，减少工程事故发生，各地都组织技术力量进行基坑工程技术标准的编制工作，这足以说明基坑工程由“乱”到“治”，正逐渐走上向许可循的新时期。我国的许多专家学者纷纷参与深基坑工程的实际工程或咨询答疑，或进行专题研究。中国科学院和工程院孙钧、刘建航、叶可明、陈肇元、钱七虎等多位院士的直接参与指导，我国大量深基坑工程解决了面临的一个又一个难题，迅速达 西南交通大学毕业设计 第 2 页 到了一个新水平。两本国家行业标准建筑基坑工程技术规范(YB9285-97)和建筑基坑支护技术规程极限平衡法 极限平衡法在基坑支护设计发展早期一直被广泛应用，且仍是目前我国相关设计人员最熟悉的基坑支护设计计算方法之一。由于它具有计算简便，可以手算，且在目前情况下即使应用弹性地基反力法计算支护结构内力，其嵌固深度还是要用极限平衡法确定；此外，对空间效应不明显的不级基坑和地层较稳定、周围环境较简单的二级基坑中的悬臂支护结构及单支点支护结构采用极限平衡法计算也是适宜的。所以，在今后一段时期内，极限平衡法还会得到一定范围的应用。等值梁法、静力平衡法、太沙基法、二分之一分割法等都属于极限平衡法，国内较多采用等值梁法和静力平衡法。 极限平衡法假定作用在围护墙前后的土压力分别达到被动土压力和主动土压力，在此基础上再作某些力学上的假设，把超静定问题简化为静定问题求解。它未考虑围护墙位移对土压力的影响，也不能反映支护结构的变形情况，尤其是对有支撑(或锚杆)的支护结构采用等值梁法设计时，对支点力的计算假定与支点刚度系数无关，因 西南交通大学毕业设计 第 3 页 而不能模拟分步开挖工况。此外，该方法没有也无法考虑基坑的空间效应。所以，极限平衡法无论在理论上还是应用中都存在很大的局限性。 土抗力法 土抗力法又称为基床系数法或地基反力法。当假定地基为弹性时也称为弹性地基反力法，我国建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)推荐的方法称为弹性支点法。 土抗力法在横向受荷桩的分析中被广泛应用。按地基反力的不同假设，主要有极限地基反力法、弹性地基反力法(包括线性弹性地基反力法和非线性弹性地基反力法)和复合地基反力法 第 4 页 土压力考虑，这些都与工程实际存在很大的差距，需作进一步的研究和完善。 有限元分析法 由于基坑工程的复杂性，采用常规分析方法很难反映诸多因素的综合影响，近年来多采用数值力一法，主要是有限单元法，来分析基坑的整体性状，即把包括地基土在内的整个基坑作为一个空间结构体系，并考虑开挖过程、支护结构与土共同作用、渗流、时间等因素的影响，综合分析支护结构的内力、变形及开挖引起的环境效应。采用的土体本构模型有线性弹性模型、非线性弹性模型、弹塑性模型、粘弹塑性模型等。有二维和三维有限元两种分析方法。二维有限元分析法是把空间形式的基坑结构体系用竖直面和水平面来代替，分别采用弹性杆系有限元分析求解这两个平面，将分析结果加以综合，便得到关于基坑支护结构体系的整体认识和分析结果。这种方法虽然具备一些只维分析的特征，但存在明显的缺陷:将竖直面分析得到的支撑反力和支点位移作为水平面分析的外荷载和边界条件，并不能反映两平面的协同工作，且分析过程中没有考虑竖直面与水平面各构件刚度的匹配问题等。三维有限元分析法取一定范围为求解域，土体和围护墙一般采用六面体八节点等参元；空间接触单元可取由四根线段组成的固体单元；支撑(或锚杆)构件取为空间杆单元，对基坑空间结构体系进行整体分析求解。 有限元分析方法可以较全面地考虑多种因素的复杂影响，近年来国内外学者在有关整体计算模型选择、边界条件和排水条件及施工过程模拟、本构模型和土性参数确定等方面进行了大量的研究。但由于存在着土体模型和土性参数难以准确确定、边界条件难处理、计算工作量大、成本高等问题，目前条件下直接采用有限元分析法与一般工程设计的实用性之间还有很大的距离，还只是用于某些重要工程的辅助设计。 总之，上述基坑支护结构设计分析与计算基本方法中，极限平衡法较简单且便于手算，但因忽略的因素太多，计算结果不够理想，很多时候不能满足工程设计要求，应用已越来越少；有限元分析法理论上较完善，但因前述困难，目前难以实际应用；弹性地基反力法的力学模型直观且较符合实际，并可采用弹性杆系有限元进行求解，其应用越来越广，但需作进一步研究完善。 1.3 深基坑工程中存在的主要问题及重点研究方向 20多年来，我国已成功地设计和施工了许多技术先进、经济合理的基坑，但由于问题的复杂性，基坑工程的成功率仍较低。究其原因，主要存在四个方面的问题: 西南交通大学毕业设计 第 5 页 对支护结构受力状态不甚明了；计算简化与实际情况相差过大；对某些新的支护型式的计算理论滞后于工程实践；施工方面存在很大程度的随意性和盲目性。为了提高基坑工程的成功率，使支护结构设计既安全又经济，今后拟重视以下几方面的研究: 能基本考虑基坑工程实际工作性状的实用设计方法研究 如前所述，目前分析计算基坑支护结构的三类方法都存在不同程度的缺陷。因此，寻找一种能基本考虑基坑工程的实际工作性状，特别是能考虑支护结构与土的非线性共同作用及深基坑的空间效应的实用设计方法，具有重要的现实意义。 基坑工程施工监测、反演分析与安全预报研究 目的是通过监测和分析各施工阶段的相关信息，来了解支护结构的受力状态和变形特征及对周围环境的影响；反演推求土性参数，不断修正支护设计，使设计逐渐逼近实际情况，并对基坑的安全性状及时预报。国内外对基坑施工监测、反演分析和安全预报的研究一直非常关注。今后应重视基于反演分析和安全预报双重要求的基坑施工监测的研究和实践，在积累丰富工程资料的基础上，完善反演分析和安全预报的计算模型并研制相应的应用软件。 基坑支护结构设计可靠度分析 长期以来，对基坑支护结构的设计都是按传统方法采用安全系数来表达，虽然直观简便，但由于支护系统的荷载、结构抗力特别是土性参数等均非定值，而是随机变量，传统的定值设计法越来越显露出其缺陷。对基坑支护结构可靠度的研究起步较晚，且由于问题的复杂性，至今仍处于探索性研究阶段，还没能取得实质性的成果。今后对如何合理地进行土性参数的统计分析，如何确定可靠指标和建立极限状态方程，特别是怎样建立与传统定值分析法相应的计算模型，尚需进行大量的研究。 对新型支护结构型式的设计理论与计算方法研究 数量众多的工程项目和复杂多变的工程环境以及市场竞争机制的引人，给基坑工程开挖与支护新技术的表现提供了广阔的舞台，富于创新精神的广大工程建设者在工程实践中不断地探索和应用新的基坑开挖与支护技术。新的支护结构型式不断出现，它们在概念和理论上与传统方法迥异。设计理论滞后于工程实践的情况是基坑工程的一个重要特点。如近年来逐渐应用的拱形支护结构，由于许多单位仍沿用传统的平面计算理论，未能充分发挥该结构空间受力合理的优势，迫切需要新的计算理论与方法 西南交通大学毕业设计 第 6 页 来指导。再如很有发展前途的冻结支护技术，对冻结以后土的强度特性，包括强度一温度关系、强度一时间关系、土的冻胀性等问题，都有待进行深入研究。 西南交通大学毕业设计 第 7 页 第2章 基坑支护的主要内容和方法 2.1 基坑支护的内容和特点 2.1.1 基坑支护的主要内容和功能 基坑支护是指建筑物或构筑物地下部分施工时，需开挖基坑，进行施工降水和基坑周边的围挡，同时要对基坑四周的建筑物、道路和地下管线进行检测和维护，确保正常、安全施工的一项综合性工程，其内容包括勘探、设计、施工、环境监测和信息反馈等工程内容。基坑工程的服务工作面几乎涉及所有土木工程领域，如建工、水利、港口、路桥、市政、地下工程以及近海工程等工程领域。 基坑支护是地下基础施工中内容丰富而又富于变化的领域。工程界已意识到基坑支护是一项风险工程，是一门综合性很强的新型科学，它涉及到工程地质、土力学、基础工程、结构力学、原位测试技术、施工技术、土与结构相互作用以及环境岩土工程等多学科问题。基坑支护大多是临时工程，影响基坑工程的因素很多，例如地质条件、地下水情况、具体工程要求、天气变化、施工工序及管理、场地周围环境等多种因素影响，可以说它又是一个综合性的系统工程。 基坑支护工程作为土木及建筑工程中的一个重要组成部分，越来越受到人们的关注和重视：一方面是基坑的开挖深度越来越深，技术难度越来越大；另一方面是基坑支护的事故不断产生，特别是一些重大深基坑支护的事故，教训非常深刻。总的来说，基坑支护技术要从一下三方面进行考虑： (1)保证基坑四周边坡的稳定性，满足地下室施工的空间需求，即基坑支护体系要起到稳定