设计题目：深基坑开挖方法与加固技术
院系名称：交通运输系交通工程(1)班
学生姓名：魏**
导师姓名：贾**
开题时间：2020年3月13日
一、选题的背景和意义
随着我国城市人口密度的不断增加和城市建设的发展，合理地开发与利用地下空间是城市可持续发展的要求。我国各大城市都在兴建或准备兴建地下工程，这就可能涉及深基坑工程。深基坑工程的突出特点是，其设计与施工除需保证深基坑工程自身的技术合理与安全外，还需控制其施工对环境的影响。由于我国深基坑工程发展的历史不长，在理论研究落后与工程实践，而工程经验人员技术水平的限制，我国近年来出现了一些基坑工程的事故，也出现了许多深基坑工程施工对环境造成有害影响的工程实例。因此，从根本上加强深基坑工程相关理论的研究，不断改进与完善设计方法，整体提高深基坑工程的技术是关键所在。
港澳大厦基坑工程位于山东省临沂市，地处商业区与住宅区交界处，地理位置十分重要，土地资源珍贵，该地区地下室较少，港澳大厦为两层地下室结构，将为以后临沂市的城市地下空间开发与利用奠定坚实的基础，同时该地下室也可作为本市的标志性地下建筑，具有一定的经济影响力。
选定该课题也是为了培养自己的综合能力。根据交通工程专业的培养目标要求及本人毕业后的主要服务去向，通过毕业设计，能够使我们把所学过的专业知识综合应用于实际工程设计中，使理论与生产实践相结合提高工程设计能力，能独立进行基坑支护结构设计。通过港澳大厦基坑支护结构设计，使我们在应用现行规范、标准、技术指标与经济指标等方面得到基本训练，达到对所学专业知识进行巩固、综合掌握和灵活运用的目的，提高分析问题、解决问题的能力。
本项毕业设计选题为港澳大厦基坑支护结构设计,为详细学习和了解与岩土工程相关的知识，巩固以前学习过的（土力学、工程地质学等）知识，并按照现行规范，通过对实际情况的分析把它运用到生产实践中去，为以后的基坑处理工作打下一定的基础，同时也培养了调查研究、查阅文献、收集资料和整理资料的能力。通过本次设计使自己能够理论联系实际，并为以后的工作和学习打下坚实的基础。
二、研究的基本内容和拟解决的主要问题
1、设计方案比选：根据基坑周围环境、开挖深度、土质情况、地下水位、高低以及基坑侧壁安全等级进行。拟采用土钉墙，钢板桩，锚杆，地下连续墙等支护结构中的两种或多种。
2、土压力计算：对于碎石和砂土、粘土和粉土分别采用水土分算和水土合算并分别计算静止土压力，主动土压力，被动土压力。
3、支护结构计算： 对于锚撑式围护结构采用静力平衡法立柱内力和锚杆水平分力时，自上而下逐层计算。先对第j层锚杆锚固点取矩,求得入土深度 Dj，然后利用水平力的平衡条件，计算第j层锚杆的水平力设计值。从而计算出锚杆水平拉力。对基坑开到底后最下面的一道锚杆位置取矩，可计算桩的最后入土深度Dmin。
4、基坑稳定性验算：主要验算有基坑抗隆起稳定性验算，抗滑移定性验算，抗倾覆稳定性验算，基坑的抗管涌稳定性验算。
5、基坑的降水止水设计：水土分算和水土合算。
6、基坑监测方案设计：对基坑的监测应进行基坑沉降监测，水平位移监测，结构及土体侧向位移监测。
3.2拟解决的主要问题
1.支护结构内力和变形计算过程中，由于开挖、排水、支护等施工顺序的先后，支护结构所受工况不同，采取的计算方法也不同。
2.通过受力分析进行支护结构构件的配筋计算。
三、研究方法及措施
（1）全过程机械化。从护坡、土方开挖、结构施工，包括暗挖法施工的拱架安装、喷射混凝土、泥浆配制和处理等工序的机械化，同时采用计算机技术进行监控，从而保证了施工安全、快速施工和优良的工程质量。
（2）盾构法得到较大发展。近 30 年内英、美、法、日等国大量采用盾构施工技术，日本已生产盾构近万台，用于地铁、铁路、公路，水工及管网施工，已出现双联、三联、四联盾构，能完成三跨地铁车站，开挖宽度达17m。日本正设想设计直径 80m 的盾构，在地下建造人造太阳和住宅区。
（3）微型盾构和非开挖技术已广泛应用。主要用于建造各种直径的雨、污水、自来水管道和电缆管道。微型盾构就是直径 2m以下的盾构。刀盘掘进，遥控和卫星定位控制方向和坡度，然后安装管片。非开挖技术就是采用微型钻机，通过切割轮成孔，退回钻杆后安装管线或电缆。
（4）预砌块法施工技术。拱圈是在土方开挖后采用拼装机安装，管片上留有注浆孔，衬砌拼装完成后，由注浆孔向壁后注浆，堵塞空隙，增强围岩与衬砌的共同作用。法国用此法施工的最大单拱跨度达 24.48m。
（5）预切槽法施工技术。意、法等国制造了一种地层预切槽机，采用链条沿拱圈将地层切割出一条宽 15cm，长 4~5m 的槽缝，然后向槽缝内喷射混凝土，并在其保护下开挖土方，做防水层及二次衬砌，形成隧道。
（6）顶管大管棚法。修建地铁车站时，在顶管内灌混凝土，形成大管棚，再在其保护下进行暗挖施工。
（7）微气压暗挖法。就是在具有 1 个大气压以下的压缩空气环境下，按照“新奥法”原理进行施工。优点是可以排出地下水，保证工作面干燥;由于气压存在，可减少地面沉降;还可降低衬砌成本。
（8）数字化掘进，又称计算机化掘进，应用于硬岩工程的开挖。在数字化掘进时，钻杆的推进是程序化的，从一个洞到另一个洞也是自动的。掘进机手可以同时管理 3 套钻杆，其作用是监督钻杆的运动，必要时予以调整。孔位、孔深和掘进序列预先已在掘进机的计算机软件中安排，掘进方向由激光束控制，实现了孔的严格定位，从而可以实现掘进工艺的最优化以及曲线隧道的掘进。数字化掘进的优点是:控制隧道掘进的超挖;实现掘进方案的优化;消除了工作面上的人工测量。
四、研究工作的步骤、进度
（一）改变传统的静态设计观念
对于深基坑支护结构的设计，国内外至今尚没有一种精确的计算方法，我国也没有统一的支护结构设计规范。深基坑支护结构的设计仍采用传统的“结构荷载法”，计算结果与深基坑支护结构的实际受力有较大差距，既不安全也不经济。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。
（二）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，着重研究以下问题:
（1）支护结构变形控制的标准。这是关系支护结构成败的决定性数据，但至今仍未有一个具体标准。
（2）空间应变简化为平面应变。这是如何将开挖过程中的空间效应转化为设计中的平面应变问题。
（3）地面超载的确定及其对支护结构变形的影响。
（三）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。目前，深基坑支护结构正在向着综合性方向发展，即受力结构止水结构相结合、临时支护结构与永久支护结构相结合、基坑开挖方式与支护结构型式相结合。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。
（四）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；一些支护结构工程失败了，也说不清失败的真实原因。因此，开展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，为其他工程提供经验和方法，减少工程事故的发生,为深基坑支护结构计算方法提供了可靠的第一手资料。
（五） 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。反之，一个不合理的方案即使造价很高，也不一定能保证安全。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。
（六）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。
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