山区复杂多边界条件下的基坑施工支护技术研究_开题报告

1.1选题的背景

随着社会的发展和人民生活水平的日益提高，同时由于土地资源的紧缺，特别是汽车的保有量迅速增加，现代建筑不断的向地下空间拓展，基坑开挖深度越来越深，开挖面积越来越大，周边环境越来越复杂，随着城市管理要求的提高，对周边环境的保护也提出了更高的要求，尤其是在山区复杂场地条件下的基坑开挖，基坑工程施工周期长，而且需要经历不同季节气候影响，以及施工期间诸多不利因素影响，这些不利条件更容易产生边坡滑移、基坑失稳、桩体位移、支挡结构严重漏水造成水土流失等现象，这种环境下的基坑一旦出现问题很难处理，对周围建筑物、地下构筑物、管线造成很大影响。因此山区复杂场地条件下的基坑开挖更因认真做好前期资料的收集，仔细研究应对之策，做到方案设计阶段有针对性处理，确保工程项目顺利实施。

1.2国内外研究成果

在国外, 圆形基坑的深度已达到74m(日本), 直径最大的达98m(日本), 而非圆形基坑的深度已达到地下9 层(法国)。

国内早在1929 年我国上海建成14 层的锦江饭店, 1934 年建成24 层的国际饭店。但我国高层建筑大规模发展还是上世纪90 年代末开始的，在北京、上海、广州等城市陆续建造了一大批高层建筑兴建，基坑工程施工的情形越来越普遍。基坑的平面尺寸与深度在不断增加, 基坑的深度主要取决于地下室层数,一般一层地下室的基坑深度大致为 (4 ～ 6)m ;二层地下室的基坑深度为 (8 ～ 9)m ;三至四层地下室的基坑深度为 (11 ～ 18)m , 如上海88 层的金茂大厦, 其基坑平面尺寸为170m ×150m , 基坑开挖深度达19.5m ；目前国内高层建筑最深的地下室为五层, 2016年完工的上海中心大厦（Shanghai Tower），是中华人民共和国上海市的一座超高层地标式摩天大楼，其设计高度超过附近的上海环球金融中心，上海中心大厦项目面积433954平方米，建筑主体为118层，总高为632米，结构高度为580米，机动车停车位布置在地下可停放2000辆，塔楼基坑开挖深度为31.10m,采用明挖顺作法的基坑施工方法。基坑支护塔楼区围护采用121m直径的环形地下连续墙围护体系,围护地墙厚1200mm,支撑体系为6道环形梁。

高层建筑发展和地下工程的兴起，促进了深基坑的发展，随之产生了深基坑支护设计与施工问题。基坑开挖深度不断加大，促进了深基坑开挖技术的研究与发展。由于我国地域辽阔，地质差别大，故需要选择正确有效的基坑支护结构体系。以下有国内最常用的一些内撑式基坑支护结构体系。内撑式支撑体系可分为围护体系和支撑体系。围护体系可分为钢板桩、地下连续墙、型钢水泥土搅拌桩支护、排桩等。支撑体系可分为混凝土支撑和钢支撑等。

1.2.1. 围护体系

（1）钢板桩

钢板桩起始有冷弯薄壁轻型和热轧型，由于前者具有较大的加工、使用局限性，因而，热轧钢板桩成为钢板桩产品发展的主流。20世纪50年代，我国首次在铁路桥梁围堰施工中。随着我国经济的快速发展，各类快捷、高效、环保的建筑工法得以认可并发展，20世纪末，我国的钢板桩应用工程已有一定的发展。随后，在基坑支护中常用到钢板桩作为经济环保的围护体系。

（2）地下连续墙

地下连续墙被公认为是深基坑工程中最佳的挡土结构之一，在国内的地下连续墙作为基坑围护结构的设计施工技术已经非常成熟。进入20世纪90年代中期，出现了“两墙合一”技术。“两墙合一”减少了工程资金和材料的投入，充分体现了地下连续墙的经济性和环保性。例如上海500kV世博地下变电站工程【9】直径130m的圆形基坑，基坑开挖深度为34m，采用了l.2m厚的地下连续墙作为围护结构，同时在正常使用阶段又作为地下室外墙。

（3）型钢水泥土搅拌桩支护（SMW工法）

型钢水泥土搅拌墙，通常称为SMW工法（Soil Mixed Wall）[10]，是利用三轴搅拌桩钻机在原地层中切削土体，同时钻机前端低压注入水泥浆液，与切碎土体充分搅拌形成隔水性较高的水泥土柱列式挡墙，在水泥土浆液尚未硬化前插入型钢的一种地下工程施工技术。型钢水泥土搅拌墙结构充分发挥了水泥土混合体和型钢的力学特性，集挡土与止水为一体，构造简单、施工方便、工期短、环境影响小等特点,型钢可回收重复利用,成本较低。特别适合城市中的深基坑工程。 

（4）排桩

 排桩围护体常利用各种桩体，按一定间距或连续咬合排列，形成挡土结构。排桩具有施工工艺简单，成本低，平面布置灵活等特点，但是其防渗和整体性差。由于其适用性强，在基坑支护方面得到广泛的应用。

1.2.2.支撑体系

（1）混凝土支撑

现浇混凝土支撑由于其刚度大，整体性好，可以采取灵活的布置方式，适用于不同形状的基坑，而且不会因节点松动而引起基坑的位移，施工质量相对容易得到保证，所以使用面也较广。如在武汉华池置业大智路高层商住楼工程位于汉口大智路与铭新街交汇处西南由于场地狭窄，基坑较深而采用了刚度好的混凝土支撑[4]。但是混凝土支撑在现场需要较长的制作和养护时间，制作后不能立即发挥支撑作用，需要达到一定的强度后，才能进行其下土方作业，施工周期也相对较长。此外，混凝土支撑采用爆破方法拆除时，对周边环境也有一定的影响，而且爆破工作量大，支撑材料不可以重复利用。

（2）钢支撑

钢结构支撑除了自重轻、安装方便、施工速度快以及可以重复使用等优点外，安装后能立即发挥支撑作用，对减少由时间效应而增加的基坑位移，是十分有效的，在哈尔滨地铁一期工程中就采用钢支撑，利用了钢支撑体系的转换，提高了工程质量，也提高了经济效应[12]。因此如有条件应优先采用钢结构支撑。但是钢支撑的节点构造和安装相对比较复杂，如处理不当，会由于节点的变形或节点传力的不直接而引起基坑过大的位移。因此，提高节点的整体性和施工技术水平是至关重要的。

1.3国内外研究成果总结

（1）钢板桩朝着薄、宽、深、的方向发展，使得钢板桩截面模量和重量之比率不断提高，此外还可采用高强度钢材代替传统的低碳钢或是采用大截面模量的组合型钢板桩，这都极大地拓展了钢板桩的应用领域。

（2）国内外广泛运用了“两墙合一”的技术，将地下连续墙作为主体结构，大大的减少了造价。在日本东京湾新丰洲500kV地下变电站中运用了圆筒形地下连续墙支护，连续墙深达70m。

（3）由于工法的局限性，日本最新运用的TRD工法，结合了地下连续墙和SMW的优点。使得围护体系又得到了一个新的进步。

（4）排桩的形式众多，有无地下水得到了分离式、相切式、交错式、咬合式、双排式、格栅式等多种类型的排桩方式。可以解决各类的地质问题的基坑围护 。支撑体系在现实施工工程中，除了改变周边的围护桩方式外。支撑系统的改变也占据了非常重要的地位。合适的支撑系统可以有利的消除一些应力集中以及传力不当产生的围护结构破坏。而且合理的支撑可以给施工带来很大的方便。为缩短工期带来不可忽视的作用。

 （5）混凝土支撑在全球都得到了广泛应用。混凝土双圆环内支撑体系因它施工方便，而且经济效益高，受力性能好，适用于开挖面积较大的软土深基坑工程。在很多大面积的深基坑中得到运用。在绍兴市镜湖新区的白鹭·金滩（4212C地块）工程中，因为考虑到施工的不便，土质差，位移控制要求高。所以采用了最新的双圆环内支撑体系。它为软土深基坑围护工程的设计和施工提供了成功的经验,具有推广应用价值。

（6）由于钢支撑和可回收索锚可以回收，环保经济的特点。钢支撑在工程中得到广泛的应用。但是钢节点的整体性差，所以现在常以“十”及“井”字接头，增加整体稳定性。在钢支撑的端部预应力活络头。这些都需要进行大量的研究。城市建设的快速发展带动了对深基坑支护技术的研究与应用，使其成为了岩土工程中的一个新领域。

由于目前支护结构设计计算理论的不成熟以及施工技术的局限性，使得深基坑支护技术仍有待进一步的发展完善。基坑工程是城市相当繁荣和进步之后的必然产物，所涉及的问题之广之复杂，每一位基坑工程参与者都深有体会。目前山区复杂多边界条件下的基坑施工支护的研究较少，但国内外对基坑的研究越来越完善，越来越系统化。本文对山区复杂多边界条件下的深基坑支护工程的特点和现有结构类型作了简要介绍，重点对目前基坑支护工程中存在的问题和发展趋势作了详细论述。相信随着科技水平的不断提高以及计算机的广泛应用，在学术界和工程界的共同努力下，深基坑支护技术一定会出现新的突破。

2.^范文提纲

2.1山区复杂多边界条件下的深基坑工程特点

2.1.1．一般以低山、丘陵为主。山区的现代地貌轮廓是在漫长的地质历史发展中经过复杂的内外营力综合作用而成,地势高的地方以裸露的岩体为主或覆盖有薄层的第四系地层;地势低注处,发育有较厚的第四系地层,地下基岩面的起伏较大。地下水类型与岩性密切相关,灰岩地区可能存在岩溶水,水量不均匀,而其他岩石地区一般以基岩裂隙水和第四系潜水为主,水量较小。

由于市区土地资源渐趋紧张,必然增加大量高层超高层建筑以及地下空间开发项目,地下空间的开发需求不断增大,再者超高层建筑物对地基的承载力要求较高以及人防的要求,岩石地区的基坑开挖较深,可能进入中风化一微风化岩层,这样就形成岩石地区基坑特有的现象,基坑上部为第四系地层,下部为基岩。

2.1.2. 根据山区组成基坑的岩石地层情况,将基坑分为:纯岩体基坑、土体和岩体组合的基坑。分别说明纯岩石基坑、土体和岩体组合基坑的特点。

2.1.3. 根据基坑的特点,那些认为岩质基坑比土体基坑稳定性好,因此,设计时可以偏冒险的看法往往在很多情况下是错误的,主要是对岩体中的结构面、岩体介质的强度非均匀性认识不足,最终导致岩质基坑的失稳。

2.2山区复杂多边界条件下的深基坑周围环境条件

2.2.1．邻近建 ( 构 ) 筑物和地下设施的类型、分布情况等资料 ;

2.2.2．用地退界线及红线范围图 、 场地地下管线图 、 建筑总平面图 地下结构平面图和剖面图 ;

2.2.3．基坑工程设计时应考虑的地面车辆、施工等荷载。

2.3山区复杂多边界条件下的深基坑支护类型

2.3.1．根据场地的工程地质条件与水文地质条件、基坑开挖深度及环境条件的不同,土岩组合基坑常用的支护方式有:放坡开挖(坡率法)、非预应力锚杆(包括岩石锚杆和土层锚杆)喷射混凝土支护简称非预应力锚喷墙支护、复合锚喷墙支护、预应力锚喷墙支护(含预应力错杆肋肋梁支护)、土岩组合地质条件下的桩锚支护。

2.3.2．土岩组合基坑的常用支护方式介绍:

1、多级放坡土钉墙

2、复合锚喷墙支护几种组合形式:①非预应力锚杆十预应力锚杆十喷射混凝土;②非预应力铺杆十预支护微型桩十喷射混凝土;③非预应力锚杆十预支护微型桩十预应力锚杆十喷射混凝土;④非预应力锚杆十水泥土桩十喷射混凝土;⑤非预应力锚杆+预应力错杆十水泥土桩十喷射混凝土;⑥非预应力铺杆+预应力锚杆十加筋水泥土桩十喷射混凝土。为充分利用放坡空间,减小作用在支护结构上的水土压力,水泥土桩和微型桩常设计成小角度仰斜式。

3、桩锚支护类型

4、排桩支护

2.4山区复杂多边界条件下的深基坑降水方案

2.4.1．根据场地的工程地质条件与水文地质条件可采用降水方案。

2.4.2．主要降水方案介绍。

2.5山区复杂多边界条件下的深基坑施工

2.5.1．支护结构施工

2.5.2．降水措施

2.6山区复杂多边界条件下的深基坑监测工作

2.6.1．基坑监测工作（方案和成果）

2.7山区复杂多边界条件下的深基坑施工技术总结

2.7.1．设计施工前期资料收集为基坑设计施工提供重要依据

2.7.2．支护选型和降水方案的合理性

2.7.3．深基坑施工技术取得的综合效益

3. 参考文献

[1]中华人民共和国行业标准，建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012），北京：中国建筑工业出版社，2012

[2]浙江省标准，建筑基坑工程技术规程（DB33/T1008-2014），杭州：浙江省标准设计站，2014

[3]龚晓南，高有潮. 深基坑工程设计施工手册. 北京：中国建筑工业出版社，1998：295-306。

[4]刘国彬，王卫东. 基坑工程手册. 北京：中国建筑工业出版社，2009：571-607。

[5]中华人民共和国国家标准，建筑基坑支护监测技术规范（GB50497-2009），北京：中国计划出版社，2009

[6]刘金励, 李大展, 史佩栋,等.桩基工程技术.北京:中国建材工业出版社, 1996 :387 -390

[7]赵春风, 蒋东海, 崔海勇.单桩极限承载力的静力触探估算法研究.岩土力学, 2003 , 24(增刊):408 -409

[8]龚晓南.基坑工程实例3. 北京：中国建筑工业出版社，2010.7：219-228。

[9] 王卫东，朱伟林，陈铮.上海世博500kV地下变电站超深基坑工程的设计、研究与实践[J].岩土工程学报,2008,30（增刊）:564-576.

[10] 胡治涛．改良的SMW工法加钢管支撑在深基坑支护工程的实践[J]．福建建设科技，2008，（5）：12-13．

[11] 张海波,杨斌,刘阳．采用排桩和混凝土内支撑体系的深基坑支护技术[J]．建筑技术，2009，40（2）：105-109．

[12] 张月秋．哈尔滨地铁深基坑钢支撑支护[J]．黑龙江科技信息，2010,8：262-262．