某工程桩基及其基础工程毕业设计开题报告

石河子大学 毕业论文 设计 开题报告 课题名称 某工程桩基及其基坑工程毕业设计 学生姓名 已隐藏 学 号 已隐藏 学 院 水利建筑工程学院 专业 年级 2010 级农业水利工程 指导教师 已隐藏 职 称 毕业论文 设计 起止时间 一 本设计选题的来源及研究的目的和意义 1 选题依据 来源 以前的几十年中 由于建筑物的高度不高 基础的埋置深度很浅 很少大力开发地下空 间 基坑的开挖一般仅作为浅基础处理 近 20 多年来 由于高层建筑 地下空间的发展 桩 基及其基坑工程规模大 深度深 事故频繁 给岩土工程界提出了许多技术难题 是岩土工 程中发展最为活跃的领域之一 当建筑物场地浅层地基土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求 也不宜采用地 基处理等措施时 往往需要以地基深层坚实土层或岩层作为地基持力层 采用深基础方案 桩基础是历史最为悠久 应用最为广泛的一种深基础 近年来 桩的种类和形式 施工机具 施工工艺以及桩基设计理念和设计方法都在高速演进和发展 我国的高层建筑迅猛发展 同时各地还兴建了许多大型地下市政设施 地下商场 地铁 车站等 导致多层地下室逐渐增多 基坑开挖深度超过 10 m 的比比皆是 深基坑的发展和安 全问题成为我们关注的焦点 随着城市经济的快速发展 高层建筑大批兴建 发展趋势是层 数增多 高度增大 基础埋深加大 平面布置更加复杂 与周围建筑物联系更加紧密 城市 地下空间的开发利用 使得基坑面积和开挖深度越来越大 因此 传统基坑支护方式面临深 度与广度的挑战 桩基及其深基坑正是在人们的不断实践探索中发展起来 本设计正是这一 背景下的实时反映 2 设计目的和意义 桩基及基坑工程是我国当前地基基础领域一个重要的研究方向 桩基及基坑工程在二十 世纪八十年代末才开始全面 深入地研究与工程实践 但随着我国建设事业的发展 城市的 高层建筑大量涌现 极大的推动了深基坑工程设计理论和施工技术的不断发展 同时也产生 了大量的深基坑支护设计与施工问题 国内外大量工程实践表明 许多工程的最危险阶段不一定是在正常使用阶段 而是在建 造阶段和老化阶段 对许多工程事故常常发生在施工阶段而言 其原因除了施工质量没有保 证 施工方法发生了不合理的改变 人为错误等原因以外 重要原因之一是由于对环境 地 质 荷载等因素认识不足而导致设计和施工中的某种失误和疏忽所致 桩基及基坑工程是与众多因素相关的综合技术 是一个系统的工程问题 必须具有结构 力学 土力学 地基基础 地基处理 原位测试等多种学科知识 同时具有丰富的施工经验 并结合拟建场地的土质和周围环境情况 才能制定出因地制宜的支护结构方案和实施办法 它与场地工程勘察 支护结构设计 施工开挖 基坑稳定 降水 施工管理 现场监测 相 邻场地施工相互影响等密切相关 桩基及基坑设计与施工涉及地质条件 岩土性质 场地环 境 工程要求 气候变化 地下水动态 施工程序和方法等许多相关的复杂问题 是理论上 尚待完善 成熟和发展的综合技术学科 如何根据场地工程性质 水文地质 环境条件制定 合理的设计方案 如何在保证稳定性的前提条件下 设计最经济的方案 也是基坑比较重要 的问题 因此在桩基及基坑工程设计与施工中 需要严谨 周密的分析与计算 二 国内 外 研究现状 分析及发展趋势 1 桩基现状 在高速发展的经济体制下 我国的高层建筑在工程建设中越来越普遍 其中高层建筑基 础工程耗费的水泥 钢材量多 施工难度大 其造价在建筑工程总造价中又占有较大的比重 故而高层建筑基础是高层建筑结构体系中一个重要组成部分 桩基的设计和施工显得尤其重要 地基基础设计时 首先保证基础具有足够的刚度和强度 其次考虑地基的稳定性 承载 力及变形要求等 进一步确定合适的基础形式 目前 根据桩的施工方法不同 主要可分为 预制桩和灌注桩两大类 预制桩用混凝土 钢材或木料在现场或工厂制作 然后以锤击 通过锤击或辅以高压射 水使桩沉入土中 振动打入 将大功率振动器置于桩顶 利用内装偏心块旋转时产生的竖向 振动力使桩沉入土中 静压或旋入等方式设置就位 主要可分为混凝土预制桩 钢桩和木桩 灌注桩直接在所设计桩位处成孔 然后在孔内下放钢筋笼 再浇筑混凝土而成 可分为 沉管灌注桩 钻 冲 孔灌注桩和挖孔桩三类 沉管灌注桩 利用锤击或振动等方法沉管成 孔 然后浇灌混凝土 拔出套管 钻 冲 孔灌注桩用钻机钻土成孔 然后清除孔底残渣 安放钢筋笼 浇灌混凝土 挖孔桩采用人工或机械挖掘成孔 逐段边开挖边支护 达所需深 度后再进行扩孔 安放钢筋笼及浇灌混凝土而成 2 桩基的发展趋势 在进入 21 世纪之际 桩基础技术发展中至少有以下一些动向值得人们关注 1 桩的尺寸向长 大方向发展 基于高层 超高层建筑物及大型桥主塔基础等承载的需要 桩径越来越大 桩长越来越 长 欧美及日本的钢管桩长度已达 100m 以上 桩径超过 2500mm 上海金茂大厦钢管桩桩端 进入地面下 80m 的砂层 桩径为 914 4mm 2 桩的尺寸向短 小方向发展 基于老城区改造 老基础托换加固 建筑物纠偏加固 建筑物增层以及补桩等需要 小 桩及锚杆静压桩技术日趋成熟 应用广泛 小桩又称微型桩或 IM 桩 3 向攻克桩成孔难点方向发展 以日本为例 成立由 64 家基础公司组成的岩层削孔技术协会 研究开发出 20 余种大直 径岩层削孔工法 其中长螺旋钻进成孔法 3 种 回转钻进成孔法 5 种 冲击钻进成孔法 7 种 以及全套管回转掘削孔法 9 种 国内也有不少单位成功地研究开发出岩层钻进成孔法及大三 石层 大卵砾石层 大抛石层和大孤石层 钻进成孔法 4 向低公害工法桩方向发展 筒式柴油锤冲击式钢筋混凝土预制桩虽然具有桩身质量较可靠 施工速度快及承载力高 等优点 但由于其施工时噪声高 振动大和油污飞溅 三者统称为一次公害 等缺点 在城区的 住宅群及公共建筑群等场地施工中受到很大限制 为此静压实钢筋混凝土预制桩施工技术在 国内得到业主的青睐 国外已显现出用液压打桩锤取代筒式柴油锤的趋势 与筒式柴油锤相 比 液压打桩锤具有桩锤短 噪声低 无油烟 省燃料 每一个工作循环中沉桩力持续时间 长 打击力大 每一次冲击产生的桩贯入度较大等特点 5 向扩孔桩方向发展 北京地区普通直径钻孔扩底灌注桩 桩身直径 0 3 0 4m 扩底直径 0 8 1 2m 的静载 试验结果表明 与相同桩身直径的直孔桩相比 前者极限荷载为后者的 1 7 7 0 倍 前者的 单位桩体积的极限荷载为后者的 1 4 3 0 倍 大直径钻 挖 孔扩底桩具有承载力高 成孔 后出土量少 承台面积小等显著优点 在国内外得到广泛运用 我国的钻孔扩底桩种类有 20 种以上 日本的大直径钻扩桩工法将近 30 种 扩孔的成型工艺除钻扩外 还有爆扩 冲扩 夯扩 振扩 锤扩 压扩 注扩 挤扩和挖扩等种类 6 向异型桩方向发展 为了提高单桩承载力 桩侧摩阻力和桩端阻力 国内外大量发展异型桩 广义地说 异 型桩包括横向截面异化桩和纵向截面异化桩 7 向埋入式桩方向发展 钢筋混凝土预制桩和钢桩的设桩工艺有打入式 压入式 静压式 和埋入式三种 所谓 埋入式桩工法是将预制桩或钢管桩沉入到钻成的孔中后 采用某些手段增强桩承载力的工法 1987 年在日本埋入式桩工法占预制桩施工的 56 至 2000 年该法比例上升为 78 我国埋入 式桩的种类很少 几乎是个空白点 这也正是给桩基施工企业发展和上升提供良好的空间 8 向组合式工艺桩方向发展 由于承载力的要求 环境保护的要求及工程地质与水文地质条件的限制等 采用单一工 艺的桩型往往满足不了工程要求 实践中经常出现组合式工艺桩 9 向高强度桩方向发展 随着对打入式预制桩要求越来越高 诸如高承载力 穿透硬夹层 承受较高的打击应力 及快速交货等要求 普通钢筋混凝土桩已满足不了上述要求 故预应力钢筋混凝土桩和预应 力高强度混凝土桩使用越来越多 10 向多种桩身材料方向发展 以灌注桩为例 桩身材料种类亦出现多样化趋势 普通混凝土 超流态混凝土 无砂混 凝土 纤维混凝土 自流平混凝土及微膨胀混凝土等 打入式桩亦有组合材料桩 如钢管外 壳加混凝土内壁的合成桩等 3 基坑支护现状 近年来 随着越来越多的高层建筑的兴建 大型市政设施的施工及大量地下空间的开发 产生了大量的深基坑工程 且建筑越高基坑开挖的深度和面积越大 基坑开挖对周围建筑物 市政设施和地下管线造成的影响也越大 因此 如何保证支护结构及周边环境的稳定就成为 深基坑研究的首要条件 其次 由于高层建筑基础工程的造价约占整个工程造价的三分之一 工期约占总工期的四分之一 因而 对深基坑支护结构进行优化设计可节省大量的投资 取 得良好的经济效益和社会效益 支护结构应考虑结构的空效应和受力特点 采用有利于支护 结构材料受力性状的形式 支护方式可根据基坑周边环境 开挖深度 工程地质与水文地质 施工作业设备和施工季节等条件 主要为放坡开挖 重力式水泥土墙 排桩 地下连续墙 土钉墙或上述形式的组合 目前存在问题 由于设计和施工方面考虑欠妥的原因而导致深基坑工程事故 造成重 大经济损失 支护选型和设计极为保守 造成浪费 因此 基坑支护工程实施的路径并非 唯一 对于给定的场地和建筑工程而言应当存在最优者 并且有着极大的经济效益 4 基坑支护的发展趋势 1 改变传统的静态设计观念 对于深基坑支护结构的设计 国内外岩土工作者对探讨和建立动态设计体系已形成共识 许多学者己开始从事这方面的研究 近十几年来 我国在深基坑支护技术上已经积累很多实 践经验 收集了施工过程中的一些技术数据 已初步摸索出岩土变化支护结构实际受力的规 律 为建立深基坑支护结构设计的新理论打下了良好的基础 2 建立变形控制的新的工程设计方法 按变形控制设计中变形控制量应根据基坑周围环境条件因地制宜确定 不是要求基坑围 护变形愈小愈好 也不宜简单地规定一个变形允许值 应以基坑变形对周围市政道路 地下 管线 建 构 筑物不会产生不良影响 不会影响其正常使用为标准 鉴于此 应建立新的 变形控制设计方法 3 探讨新型支护结构的计算方法 随着大量高层 超高层建筑以及地下工程的不断涌现 对基坑工程的要求越来越高 随 之出现的问题也越来越多 导致许多新的支护结构型式相继问世 如 双排桩 土钉 组合 拱帷幕 旋喷土锚 预应力钢筋混凝土多孔板等 但是 这些支护结构型式的计算模型如何 建立 计算简图怎样选取 设计方法如何趋于正确 仍是当前新型支护结构设计中急需解决 的问题 这些结合必然使支护结构受力复杂 因此 工程技术人员必须探讨新型支护结构的 计算方法 4 开展支护结构的试验研究 理论来自于实践 我国至今在深基坑支护结构方面尚未进行系统的试验研究 在支护工 程施工的过程中积累的技术资料很丰富 但缺少科学的测试数据 无法进行科学分析 一些 支护结构工程成功了 也讲不出具体成功之处 一些支护结构的试验研究是非常有必要的 通过实验室模拟试验和工程现场试验 发现问题 总结规律 寻找解决的问题的最佳途径 5 优化深基坑支护结构方案 深基坑支护结构的设计与施工不同于上部结构 除地基土类别的不同外 地下水位的高 低 土的物理力学性质指标以及周围环境条件等 都直接与支护结构的选型有关 在深基坑 工程中 支护结构方案的选择至关重要 支护结构型式选择的合理 就能做到安全可靠 施 工顺利 缩短工期 带来可观的经济与社会效益 可见 支护结构形式的优化选择是深基坑 支护技术发展的必然趋势 6 发展信息监测与信息化施工技术 基坑工程力学参数的不确定性及施工过程的不可预见性 使基坑工程设计和施工中难免 出现与实际地层条件不符合的情况 需要在施工过程中通过监测信息的反馈来修正设计 指 导施工 因此 基坑工程监测是基坑工程施工中的一个重要的环节 组织良好的监测能够将 施工中各方面信息及时反馈给基坑开挖组织者 根据预测判定施工对周围环境造成影响的程 度 对基坑工程围护体系变形及稳定状态加以评价 并预测进一步挖土施工后将导致的变形 及稳定状态的发展 制定进一步施工策略 实现所谓信息化施工 三 任务要求及毕业设计进行的内容 1 任务要求 要求每个学生在教师的指导下 于规定的时间内 独立完成所指定的设计内容 在设计 中 要求设计依据可靠 分析全面 论证充分 所选方案尽可能经济合理 使用公式正确 数学计算准确 文字叙述简练 图面清晰完整 2 设计内容 首先 根据场地的工程地质条件 水文地质条件 充分考虑到周边地层条件 选择技术 上合适的基础结构类型 并进行选定基础的材料 进行基础的底面确定 并进行基础的高度 确定 进行基础的抗冲切 抗弯 抗剪承载力的计算 其次 分析评价场地的岩土工程条件 根据场地的工程地质条件 水文地质条件 充分 考虑到周边地层条件 选择技术上可行 经济上合理 并且具有整体性好 水平位移小 同时便于 基坑开挖及后续施工的可靠支护措施 通过分析论证选择合适的基坑支护方案 然后对基坑 支护结构进行了具体设计计算 其中包括土压力计算 支护结构的设计计算 稳定性验算 当不能满足稳定性要求的时候 需要重新设计计算或者做必要的处理 直至达到稳定性的安 全要求 选择经济 实效 合理的基坑降水方案 最后简单地谈到了基坑的施工组织与工程监 测 一 准备阶段 1 熟悉 分析设计毕业设计的内容要求 根据设计内容收集设计所需的设计参考资料 手册 规范 教材等 2 熟悉 分析设计工程地质资料 水文地质资料 钻孔资料等 3 根据毕业设计的内容 阅读桩基的类型 基坑支护类型等 二 桩基础设计计算阶段 1 确定桩基的持力层 确定桩基的类型 桩长 桩的几何尺寸 2 进行单桩竖向 和水平向 承载力的设计值确定计算 3 确定桩的数量 间距和布桩方式 4 验算桩基的承载力 5 验算桩基的沉降 桩身的裂缝计算 6 桩身结构的设计计算 并绘制桩身结构图 7 承台底面尺寸 位置的确定 8 承台结构设计计算 并绘桩基施工图 三 基坑支护设计计算阶段 1 确定基坑侧壁安全等级 2 选定基坑支护方案 3 支护结构上的侧压力计算 4 支护结构嵌固深度的确定 5 基坑的整体稳定计算 6 基坑的局部稳定验算 7 支护结构的结构计算 并绘制结构的施工图 8 基坑开挖要求 四 基坑降水设计计算 1 拟采用地下水的控制方法 2 降水设施的设置 五 基坑的监测 1 确定监测的项目和内容 四 需要重点研究的 关键的问题及解决的思路 桩基及其基坑工程施工由于地层的不可知性 经常会遇到很多异常情况 这就要求我们 根据具体的情况 仔细分析 采用妥善的方法去解决各类问题 1 桩间距 为了避免挤土效应对成桩质量的影响 设计中应控制桩间距在允许范围之内 2 支护方案选型 基坑支护方案选型的原则是 技术先进 经济合理 确保基坑边坡稳定 基坑周围建筑 物 道路及地下设施安全 所以结构选型时应综合考虑工程地质和水文地质条件 基础类型 基坑开挖深度 排水条件 周边环境对基坑侧壁位移的要求 基坑周边荷载 施工季节 支 护结构使用期限