张自忠路下沉地道工程支护及施工组织设计-岩土工程毕业论文开题报告

2013 届岩土工程专业毕业设计 毕业设计（论文） 开题报告开题报告 题目 张自忠路下沉地道工程支护及施工组织设计 专业岩土工程 班级土木 093 学生高子华 指导教师胡再强教授 2013年 2013 届岩土工程专业毕业设计 一、一、毕业设计毕业设计( (论文论文) )课题来源、类型课题来源、类型 本毕业设计课题来源为实际工程，类型为工程设计。 二、二、选题的目的及意义选题的目的及意义 通过本次毕业设计，使自己对四年所学的专业理论知识得到一次系统的总结。主要目 的是培养学生综合运用所学知识和技能，理论联系实际，独立分析问题，解决实际问 题的能力，使学生得到从事本专业工作和进行相关行业的基本训练。更重要是通过本 次毕业设计要学会如何自己学习，自己独立完成任务。 通过毕业设计这一重要的教学环节，培养岩土工程专业本科毕业生的理论联系实际 的自学能力，严谨认真的工作态度。毕业设计要求我们在指导老师的指导下，独立系 统的完成一项工程设计，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、图籍以及 工程实践中常用的施工方法和施工机具，具有实践性、综合性强的显著特性。因此毕业设 计对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题 能力有着重要意义。 在完成本次毕业设计过程中，我们需要运用感性和理性知识去把握整个工程的处理， 认真的思考我们所做的每一步是否合理，是否有依据。这其中就包括基坑支护设计和施工 组织设计两部分。还需要我们更好的了解国内外基坑支护设计类型及施工组织设计的发展 的历史、现状及趋势，更多的关注这方面的学术动态，以及我们在以后的岩土工程专业发 展的方向。 同时积极、 独立的完成本次毕业设计也是为今后的实际工作做出的必要的准备。 三、三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势本课题在国内外的研究状况及发展趋势 随着科学技术的发展，近 30 年来，尤其是近 20 年来基坑工程在数量上急剧增加，在 技术上也有了很大的进步。20 世纪 70 年代末，国内只有少数大型工程项目中有开挖深度 达 10m 以上的工程，而且是在较少或没有临近建筑和地下结构物的地区。至 20 世纪 80 年 代后期，尤其是在 20 世纪 90 年代及 21 世纪初，我国大量的城市高层建筑如雨后春笋， 这些高层建筑一般都有 1-3 层的地下室，相应的带来基坑的支护工程，一般的基坑工程开 挖的深度为 6-15m，最深者已达 40m 以上，平面面积已达 10 万 2 m以上，必须做出相应的 工程支护。另一方面，有的工程直接就是在地下施工，例如：地铁，地下商业街，地下车 站、地下医院、地下人防工程以及地下共同沟，大量的基坑需要支护。由于高层和其他地 下工程机场遇到各种不同的技术问题，包括极其复杂的工程地质和水文地质条件，致使许 多基坑工程成为当地建筑投大、难度高、风险也大的技术工程，从而引起主管部门和工程 界的广泛重视 基坑：为进行建（构）筑物地下部分的施工由地面向下开挖的空间。 目前，我国基坑开挖与支护具有以下特点： 1 建筑高层化，基坑想打深度方向发展。 2 基坑开挖面积大，给支护体系带来困难。 3 在较软弱的地基土、 高水位及其他复杂场地条件下开挖基坑， 很容易产生土体滑移、 基坑失稳、桩体变位、基坑隆起、支档机构严重漏水、流土以致破坏，对周围建筑、地下 结构、管线造成很大影响。 4 地质状况千变万化，造成勘察困难，给基坑的为设计和施工增加难度。 5 旧城改造，基坑施工条件差，相邻场地施工相互制约和影响，增加协调工作的难度。 6 基坑施工周期长，常需要经历多次降雨等不同气候，场地狭窄、重物堆放、振动等 于多因素的影响，使安全性大大减低，这些都会对基坑的稳定产生不利的影响。 基坑工程的设计包括勘察、支护结构设计、降水设计、土方开挖结构设计、监测和环 境保护方案设计等内容。 基坑工程设计内的原则 1 安全可靠：满足支护结构本身强度、稳定性以及变形的要求，确保周围环境的 安全。 2 经济合理性：从工期、材料、设备、人工以及环境保护等方面综合确定有明显 经济效果的方案 3 施工便利并保证工期：最大限度地满足方便施工的条件，以缩短工期。 4 采用分项系数表示的极限状态设计方法：承载能力极限状态，对应于支护结构 达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏。 基坑工程设计的内容 1 支护方体系方案的比较和选型； 2 支护结构的强度和变形的验算： 3 基坑内外土体的稳定验算； 4 维护墙的抗渗验算； 5 降水要求和降水方法； 6 确定挖土的工况及挖土、运土的主要措施； 7 监测的内容； 支护的类型 1 水泥土重力式围护墙 水泥土重力式维护墙是以水泥为固化剂，通过搅拌采用喷浆施工建行固化剂 和地基土强行搅拌，形成相互搭接的壁壮、格栅壮的形式的重力式围护结构。 （1）适用条件：土质条件：适用于淤泥质土、含水量较高而地基承载力小 于 120kpa 的粘性土、粉土、沙土等软土地基。 当土中含有高岭石、蒙脱石等矿物时效果较 好。 基坑开挖深度：目前最大高度为 9m，一般常用 4-7m，当 采用湿法施工时，开挖深度部超过 7m, 干法施工开挖深度不超过 5m。 2013 届岩土工程专业毕业设计 环境条件：在基坑周边 1-2 倍开挖深度范围内存在对沉 降和变形较敏感的建筑物或地下管线时，应 慎重选用。 （2）设计步骤：根据条件选择水泥土搅拌桩的类型。 逐步设计水泥土搅拌桩的长度和墙体厚度，并进行千古 深度、墙体厚度以及正面承载力的验算。 根据基坑形状、场地条件以及地质条件不知水泥土墙。 （3）施工工艺： （一）定位。用起重机悬吊搅拌机到达指定桩位，对中。 （二）预搅下沉。待水泥搅拌机及相关设备运行正常后， 启动搅拌机，放松钢丝绳，使搅拌机沿导向杆旋转 下沉，钻进速度一般1.0m/min。 （三）制备水泥浆按设定的配合比拌制水泥浆。采用普 通水泥，严谨使用快硬性水泥。 （四）提升喷浆搅拌。待水泥土搅拌机下沉设计深度后， 开启灰浆泵，将水泥压入地基。边喷浆边搅拌，同时 按设计的速度提升搅拌机。 （五）重复喷浆提升。当搅拌头提升至设计标高后，为使 土和水泥搅拌均匀，再次重复搅拌到桩底，第二次喷 浆搅拌并提升至地面停机。 （六）清洗。清洗管路中的泥浆。 （七）移至下一根桩，重复上述步骤，进行下一根桩施工 2 土钉支护体系 土钉墙支护是在基坑开挖过程中，将较密排列的细长杆件（土钉）至于原位土体中， 注入水泥浆形成与周围土体紧密结合的加筋注浆体， 并在坡面上钢筋混凝土层， 通过土钉、 土体和喷射混凝土层的共同工作，形成复合土体。 土钉墙的特点及适用范围 排桩等支护体系虽然可以承受土体的侧向压力，并限制土体的位移，但他没有改 变土体的受力性质，属于被动制约性的支护体系；而土钉墙于土体形成复合体系，提 高了土体的强度和刚度，属于主动制约的支护体系。 土钉墙适用于地下水位以上或将水后的杂填土、粘性土、粉土及有一定交界能力 和密实度的沙土。土钉墙支护以下情况不使用： （1）含水丰富的粉细砂，中细沙及还含水较丰富中粗砂、砂砾和卵石层。 （2）无粘聚力、过于干燥的砂层及相对密度较小、均匀度较好的砂层。 （3）淤泥质土、淤泥等软弱土层。 （4）膨胀土 （5）强度过低的土，如新填土。 除地质条件外，土钉墙还不适用于以下条件： （1）对变行要求较为严格的基坑，土钉墙不适用于一级基坑工程。 （2）较深的基坑，通常认为土钉墙适用于深度不大于 12m 的基坑支护工程。 （3）建筑物地基为灵敏度较高的土层。 （4）对用地红线有严格限制的场地。 土钉墙的构造设计 基坑侧壁的平、剖面尺寸是根据基础尺寸、建筑红线等因素确定，同时土钉墙墙 面坡度不宜大于 1:0.1。分段施工高度主要由设计的土钉竖向间距确定，但由于混凝 土面 层内钢筋网的搭接长度要求，因此分段施工高度必须大于土钉竖向间距。 土钉布置方式、间距以及直径、长度、倾角设计 土钉可采用矩形或梅花形布置：间距为 1-2m；土钉钢筋宜采用 HRB335、HRB400 钢筋，直径为 16-32mm，钻孔直径为 70-120mm；土钉的长度为为开挖深度的 0.5-1.2 倍，与水平面夹角为 52 。 土钉墙的计算 土钉抗拔承载力验算： ujjk TT 0 25. 1 jyjxjajkjk sseTcos/ 土钉墙整体稳定性验算： 0sin)(tan)sin( 2 1 )cos(tancos)( 0 1 0 1 0 11 ii n i ikikjjjj m j njikii n i ii n i ik bqwsTbqwssLc 土钉墙施工工艺 (一）按设计要求开挖工作面，修正边坡，埋设喷射混凝土厚度控制标志。 （二）喷射第一层混凝土。 （三）钻孔安设土钉、注浆、安设连接件。 （四）绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土。 （五）重复（一）-（四）直至开挖深度。 （六）设置坡顶、坡面和坡脚的防水系统。 3 锚杆支护体系 锚杆是一种受拉杆件，它的一段与工程结构物或挡土桩墙连接，另一端锚固于地基的 土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、倾侧力或挡土墙的土压力，他利用地层 的锚固力维持结构物的稳定。由锚固段、自由段和锚头三部分组成。 2013 届岩土工程专业毕业设计 锚杆作为一种支护方式，主要有几种具体的形式：单体锚杆支护、锚喷支护、锚网支 护、锚网喷支护、锚带支护、锚网带支护、锚桁支护、锚网桁支护和锚索支护。 锚杆的设计 土体的极限承载力确定锚杆的极限承载力 设计步骤： （1）确定基坑支护方案，更具基坑开挖深度和土的参数，确定锚杆的层数 和倾角等。 （2）计算墙单位长度所受各层锚杆的水平力。 （3）根据锚杆的倾角、间距，计算锚杆轴力。 （4）计算锚杆的固段长度、自由端长度及断面尺寸。 （5）计算桩、墙与锚杆的整体稳定。 （6）计算锚杆腰梁断面尺寸。 （7）绘制锚杆施工图。 锚杆的施工工艺： （1）施工前的准备与挖土方作业配合，使挖方作业面低于锚杆标高 50-60cm，并平整好锚杆操作场地，便于钻孔机施工。采用湿作 业施工时要做好排水沟、沉淀池、集水坑，准备好潜水泵和钻孔 用水。 （2）钻孔。钻机就位，调整钻杆的倾斜角度。钻孔时尽量不要扰动土 体，钻孔完成后扩孔。 （3）钢拉杆的制作。 （4）灌浆。灌浆的浆液为水泥砂浆或水泥浆，拌浆用水避免采用含有 高浓度的氯化物。灌浆的方法有一次灌浆和二次灌浆两种。 （5）预应力张拉。待锚固体强度达到 80%设计强度以上，便可对锚杆 进行张拉和锚固。张拉前先在支护结构上安装围檩。 4 排桩支护体系 排桩支护体系是由桩排式围护结构组成的维护结构、支撑体系、防渗结构所构成的防 水挡土体系。 支护墙体的主要形式有：钢板桩、钢筋混凝土板桩、H 型钢木板桩挡板、钻孔灌注桩、 SMW 支护结构。不同的支护墙体形式具有不同的特点也有不同的适用范围，进行支护体系 设计时，熟悉各种支护体系的特点，从而在选型和布置时更具工程的实际情况和特点选择 合理的支护形式，取得更好的支护效果和经济效益。 槽钢钢板桩支护特点：具有良好的耐久度、多次重复利用、施工方便、工期短；不能 当水和细小颗粒、抗弯能力弱及开挖后挠曲变形较大。 热轧锁口钢板桩支护特点：工厂化生产质量得以保证，耐久度高，重复利用，施工方 便，工期短，可同多道钢支撑配合使用，使用较深基坑，具有一定当水能力。 钢筋混凝土板装支护特点：施工方便，工期短；比地下连续墙经济；强度高、刚度大、 变形小；可做浇筑的外模板；打桩时噪声大；具有一定的防水能力，但在高水位地区仍有 漏水现象，在硬土层中施工困难。 H 型钢木挡板支护特点：适用于土质良好地下水较低的地区；抗弯能力强；施工方便， 工期短；一次性投资较大，可重复利用；施工噪音大；防水能力差。 钻孔灌注桩支护特点：施工无振动、无噪音、无挤土现象；墙身刚度大、强度高、变 形小；当工程桩为灌注桩时可同步施工，缩短工期；撞见裂缝防水能力差；适用于软粘土 地区和沙土地区；砂砾层和卵石层施工困难；桩间由冠梁和围檩连接，整体性较差，在特 殊地区、特殊工程以及深基坑谨慎应用。 SMW 支护结构是在水泥搅拌桩中插入 H 型钢或其他受拉材料，形成支护和防水的复合 结构。开挖深度达 20m。其支护特点：施工噪音小；强度高、刚度大、变形小；适用范围 广；防水性能好，不必另设防水帷幕；配合多道支撑用于深基坑；具有较大的发展前景。 排桩墙当体结构计算 主要计算主动土压力和被动土压力、确定计算简图，其中的嵌固深度见至关重要。通 过内力计算得出桩的最大弯矩进行支护桩的截面设计及配筋，以及压顶梁的设计。由于涉 及土压力、水压力的计算简图，土性、支护类型、材料特性的影响，计算较为复杂。在 实际工程中，要结合当地经验，选择适合本地区的计算方法。 悬臂式排桩的设计计算 对于多层土的状况，应根据朗肯-库伦土压力理论分层计算主动土压力和被动土 压力，主要使用的方法有极限平衡法、布鲁姆计算方法。 单支点排桩的设计计算 （1）浅埋单层支点板桩的设计计算 当板桩的入土深度不太深时，在土体内未形成嵌固作用，板桩受到土体的自由支 撑同时上端受拉锚或支撑作用，其计算步骤： 求板桩入土深度 x 求支撑（拉锚）反力 A T 求最大弯矩 max M （2）等值梁的计算 计算作用在墙体上土压力强度，并绘制图压力分布图。 计算反弯点位置 支护桩的稳定验算包括整体抗滑移稳定性计算（条分发） 、抗倾覆稳定性计算、基地 抗隆起稳定性计算、基坑抗渗稳定性计算 灌注桩挡墙的设计 （1）结构特点:桩径一般为 500-1000，支护深度一般不超过 6m。 （2）结构设计：将单排桩视为连续墙，通过对墙的内力分析得到每米桩所承受的弯 2013 届岩土工程专业毕业设计 矩，随后配筋。 （3）桩体材料：钻孔灌注桩采用水下浇筑混凝土，混凝土的强度标号不得低于 C20 （通常 C30） ，水泥为 425 或 525 普通硅酸盐水泥，骨料粒径不得大于 40mm，且不得大于 主筋间距的 1/3.钢筋采用 HPB235 和 HPB335。 （4）桩体配筋计算 排桩施工工艺 钢板桩的施工 施工机具：锤击式打桩机、振动式打桩机 钢板桩施工前的准备工作： （1）钢板桩检验：材质检验和外观检验 （2）钢板桩的吊运及堆放，吊运宜采用两点吊装，堆放的场地要平整。 （3）钢板桩的矫正。由于多次吊装会发生变形、损伤，在工程使用前要矫正。 （4）打桩冒的选择。 钢板桩的施工工序： （一）板桩定位 （二）沉打钢板桩 （三）挖土，安装支撑及围檩 （四）基础施工，地下室施工 （五）拔出钢板桩 钢筋混凝土板桩的施工工序： 施工机具：钢筋混凝土桩的施工方法可采用锤击打入法、静力压桩法和射水钻 孔沉桩法。 准备工作： （1）检验混凝土板桩的强度达 100%并达龄期 28 天。 （2）打桩导向架的设置。设置打桩围檁作为导向架。 （3）在转角处和最后封闭位置采取异型钢板。 打桩施工：打桩施工可以采用单打法或围檩插桩法及分段复打法施工，采用屏风 法施工每排桩插入数量应控制在 10-20 根为宜。施工工艺同钢板桩。 钻孔灌注桩施工工序： 干作业法施工 施工机具：螺旋钻孔机，潜水泵，低压防水照明灯等 施工工艺： （一）放线定位 （二)桩机就位，调整垂直度 （三）成孔。取土成孔，检查桩位及孔的垂直度，清孔。 （四）成孔质量检验及验收 （五）吊放钢筋笼，吊挂串桶 （六）浇筑混凝土 湿作业施工（泥浆护壁施工） 泥浆护壁是指高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物。 泥浆循环方法：正循环施工和反循环施工。 施工工艺： （一）定位放线，埋设护筒。 （二）钻孔，测孔。若不合格，重新钻孔 （三）第一次清孔。测孔深，沉渣你，若不合格，重新清孔。 （四）沉放钢筋笼，下导管，第二次清孔。 （五）测沉渣，按放个水栓。 （六）灌注混凝土，钻机移位。 地下连续墙 地下连续墙是在地面上用特殊的成槽设备，沿着深基坑周边，在泥浆护壁的情况下， 开挖出一条狭长的深槽，在槽内放置钢筋笼并浇筑混凝土，筑成钢筋混凝土墙，然后将若 干段连接起来，形成一条连续的地下连续墙体。 地下连续墙特点： 适用性广并且在特殊条件下进行支护，施工时无噪音、无振动，在建筑密集和深基础 工程施工；能适应不同的地质环境，可穿过软土层、砂层、砾石层，不受高地下水位的影 响；符合安全要求，劳动条件得到改善，便于机械化施工；承载能力高、刚度大。 承压水头较高的沙砾层、软土层施工困难；如施工不当，容易造成超挖和槽壁坍塌； 现浇地下连续墙面通常较粗燥，墙壁的平整增加工程造价；工程本身造价较高；施工队伍 的素质较高。 地下连续墙的设计内容： （1）作用效应的设计 （2）墙体和支撑的内力及其承载能力计算 （3）墙体和支撑的变计算 （4）基坑土体稳定性验算 （5）地下连续墙的地基承载力和地基变形 （6）防渗和抗渗稳定性验算 墙体厚度和槽段宽度：墙体厚度一般为 0.5-1.2m，最后可达 2m。槽段宽度不宜大于 6m。 地下连续墙的施工工艺 （一）修筑导墙。导墙一般为现浇钢筋混凝土结构，主要作用：挖槽凿空导向作用； 储存泥浆；维护墙壁稳定避免塌方。 （二）护壁泥浆的制备：护壁泥浆的制备是关键的工序之一主要作用：护壁作用；携 渣作用；冷却和润滑作用。 （三）挖槽和清槽：技术要点：槽段划分，应综合考虑地质条件、对邻近建筑的影响、 钢筋笼的吊装和混凝土的供给能力，长度一般为 4-8m。 2013 届岩土工程专业毕业设计 （四）钢筋笼的制作与吊装 （五）灌注混凝土：导管的数量与曹段长度和管径有关。 （六）槽段连接：地下连续墙之间靠接头连接，接头通常满足受力和防渗要求，而施 工又要简单。 目前的技术水平，我国已经颁布了部分基坑工程全国性的行业标准和省市的基坑标 准。这些标准的出现，为我国在基坑支护工程中的设计，施工和工程技术发展奠定了良好 的基础。同时，随着人们对建筑功能和施工技术要求的提高，基坑工程领域的相关技术水 平也会越来越高，并不断向前发展。 四四设计依据设计依据 建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012) 土钉支护技术规程（JGB5055-2006) 锚杆混凝土喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001） 张自忠路下沉地道工程地质条件勘察报告 张自忠路下沉地道工程简介 五五主要设计内容主要设计内容 建筑基坑工程的设计与施工，既要保护整个支护机构在施工中的安全，又要控制结构 和气周围土体的变形，以保证周围环境的安全。在安全的前提下，设计要合理、经济节约、 施工方便、工期短。因此，基坑工程的设计与施工应满足以下几个方面的技术要求： （1）基坑工程的安全性。确保整个施工整个过程的安全与稳定，基坑不出现倾覆、 滑移及坑底失稳现象，确保基坑围护结构及支撑体系的安全与可靠。本工程沿海河堤岸， 支护工程非常狭窄，因此陡坡开挖。陡坡开挖就得支护，通过支护的设计使得基坑得以稳 定，支护的设计包括类型的选取，内力的计算，稳定性的验算，主要有土钉墙的稳定性、 桩的稳定性、锚杆的承载能力和锚杆和桩支护的整体稳定性。还有本工程要做好降水、排 水和防水的工作。施工场地处在海河岸边，因此降水井和止水帷幕就得仔细设计。 （2）基坑周围环境的安全性。控制基坑施工过程的位移与变形，确保基坑周围建筑 物、构筑物、管线及道路的安全。本工程要确保海河堤岸的稳定，而且钻孔灌注桩要避开 海河堤岸的锚杆。同时也要确保金融城工程基坑的稳定及施工便利；另外于地铁三号线的 基坑有相交的地方，要确保地铁三号线基坑的的安全和施工的方便。 （3）经济合理性。在确保基坑工程机周围环境安全可靠的前提下，从工期、材料、 设备、人工及对周围环境影响等方面研究基坑的经济合理性。支护的类型很多，所选的类 型安全的基础上考虑经济的合理性。南岸由于金融城的基坑较深，届时南侧可以利用已有 的三轴水泥土搅拌桩为本基坑的止水帷幕。因场地狭窄，不得放坡开挖。由于这里的降雨 较多所以若用土钉墙支护，会降低其安全性。若全用桩支护又不经济，地下连续墙除不经 济外还受到海河堤岸的锚杆的制约。所以决定由下部桩加锚杆上部土钉墙组合支护。 （4）施工便利性及工期确保性。在安全可靠、经济合理的原则下，基坑工程还应最 大限度的满足便利施工和缩短工期的要求。因为本工程于地铁三号线、金融城同时施工， 除考虑本工程的施工便利外，还应该考虑另外两个工程的施工方便。受金融城一期工程的 进度和金融城开业时间的制约，工期紧张。施工时间要安排合理。 六六 完成论文的条件和拟采用的研究手段（途径）完成论文的条件和拟采用的研究手段（途径） (1)通过到图书馆和网络查阅本课题即张自忠路下沉地道工程支护及施工组织设计的相关 规范和最新发展以及最新施工方法和施工机械。 (2)实地观察西安的部分基坑支护工程和仔细研究张自忠路下沉地道工程资料。 (3)在指导老师的帮助下完成各个阶段的设计任务。 (4)使用 CAD 画图、excel 计算稳定性 七七本课题进度安排、各阶段预期达到的目标本课题进度安排、各阶段预期达到的目标 进度安排： 1周:查阅资料，熟悉任务，主要查阅与基坑支护相关的书籍。 2周：认真学习土力学的相关理论知识，如边坡稳定性理论等 3周：