一、文献综述

深基坑设计与施工是土力学基础工程中的重要课题，也是综合性岩土工程难题。其涉及土力学中典型的强度、稳定与变形问题，还涉及土与支护结构的共同作用问题。深基坑支护工程方案的选择，除与基坑深度直接相关外，更主要取决于底层土质情况。

基坑支护工程包含挡土、支护、防火、降水、挖土等环节，任一环节失败都可能导致整个工程失败。据基坑工程事故统计分析，其事故发生率较高，深基坑开挖与支护技术涉及多方面，诸多问题尚在探讨中，许多设计计算方法仅建立在经验或半经验之上。

传统的基坑支护结构体系设计方法是按照墙体受力强度及整体稳定性进行设计计算，以开挖的最终状态为对象。然而，基坑开挖过程会引起支护结构的内力和变形以及土体的变形，发生意外变化，影响工程安全和环境安全，传统方法难以事先控制或事后处置。

以变形大小作为控制手段的设计方法正受到普遍重视。目前，国内外深基坑支护方法众多且不断发展，每种支护方法都有各自的适用范围和局限性。对于一个具体的深基坑支护工程，需做具体分析。

二、选题的目的和意义

随着高层建筑不断增加、市政建设大力发展和地下空间的开发利用，产生了大量深基坑支护设计与施工问题，使其成为当前基础工程的热点与难点。

近年来，我国经济建设和城市建筑发展迅速，人们的生活水平不断提高，各类建筑与市政工程飞速发展，高层建筑日益增多，深基坑工程也越来越多。多层建筑及高层建筑的地下室、地下车库、地铁车站等工程施工，都会面临深基坑工程。对地下空间开发利用的重要性以及随之产生的深基坑支护设计和施工方面的问题，使得深基坑工程成为我国土木领域中的热点和难点问题之一，正引起广泛关注。

三、研究方案

（一）研究内容

1. 深基坑支护现状与发展：对当前深基坑支护工程的发展状况进行全面梳理，包括常见的支护类型、应用范围以及发展趋势。

2. 基坑支护结构设计计算方法：总结现阶段常用的基坑支护结构设计计算方法，分析其原理、适用范围和局限性。

3. 基坑支护结构型式：概括不同类型的基坑支护结构型式，比较其特点和适用条件。

4. 铁科院深基坑工程实例分析：以铁科院深基坑工程为背景，对其开挖支护进行有限元仿真数值模拟，分析基坑的变形情况，验证所用支护方案的可靠性。

（二）研究方法

1. 文献研究法：收集和阅读相关文献资料，深入了解深基坑支护的技术特点、存在的问题以及研究现状。

2. 数值模拟法：运用有限元软件对铁科院深基坑工程的开挖支护进行数值模拟，分析基坑的变形规律。

3. 对比分析法：将数值模拟结果与实际监测数据进行对比，评估支护方案的可靠性和有效性。

（三）具体步骤

1. 收集资料：广泛收集深基坑支护的相关文献和资料，包括国内外的研究成果、工程实例、设计规范等。

2. 理论分析：对收集到的资料进行整理和分析，总结深基坑支护的设计理论、计算方法和结构型式。

3. 建立模型：以铁科院深基坑工程为对象，建立有限元数值模拟模型，确定模型的参数和边界条件。

4. 数值模拟：运用有限元软件进行数值模拟计算，得到基坑在开挖过程中的变形数据。

5. 数据对比：将数值模拟得到的变形数据与实际监测数据进行对比，分析两者之间的差异和原因。

6. 方案评估：根据对比分析结果，评估所用支护方案的可靠性和有效性，提出改进建议。

7. 撰写报告：整理研究过程和结果，撰写开题报告和研究报告。

四、深基坑支护类型及设计理论问题探讨

（一）深基坑支护类型

1. 土钉墙支护：适用于土质较好、基坑深度较浅的工程，具有施工简便、造价低等优点。

2. 搅拌桩支护：通过搅拌机械将水泥与土体搅拌形成桩体，起到支护和止水的作用，适用于软土地基。

3. 柱列式灌注桩、排桩支护：由一系列灌注桩或排桩组成，具有较高的强度和刚度，适用于各种土质条件。

4. 内撑和锚杆支护：内撑通过设置支撑结构来抵抗土压力，锚杆通过锚固段与土体连接，提供拉力，适用于较深的基坑。

5. 钢板桩支护：钢板桩具有强度高、防水性好等优点，但造价较高，适用于对防水要求较高的工程。

6. 地下连续墙：是一种刚性较大的地下结构，适用于深基坑和复杂地质条件下的工程。

（二）深基坑支护设计理论问题

1. 强度指标选择：土的抗剪强度指标c与φ和土的固结度紧密相关，试验条件应反映实际工作状态。基坑支护设计应采用三轴试验指标，确保参数值的客观性和准确性。对于黏性土，计算围护结构背后由自重应力产生的主动土压力，采用三轴试验的固结不排水剪指标与实际状态一致；对临时荷载产生的土压力，通常采用三轴不排水剪指标。软黏性土则采用现场十字板测试法。被动土压力计算可采用三轴固结不排水剪。砂土因排水迅速，可采用排水剪或修正后的c、φ值计算土压力。

2. 土压力计算理论及方法：试验证实太沙基理论定性结论，土压力取决于位移大小和方向。实测表明，变形小于5H时，被动土压力能充分发挥。因此，对深基坑变形判断是否达到被动极限状态，需考虑实际位移指标。黏性土基坑支护工程中，支护坡桩钢筋强度未完全发挥，造成浪费。原因是计算土压力小于实际土压力。实验还表明，基坑支护结构视为平面不合理，存在空间效应，可折减桩数或减少配筋量。

3. 土压力合算与分算：有效应力原理有土、水压力分算与合算概念，但合算更符合软黏地区临时开挖工程实际。墙后土压力是土、水共同作用结果。在未明确土、水耦合效应前提下，合算是综合方法，有利工程实践。为研究破坏机理，进行分算是符合系统科学原理的方法。

（三）支护结构计算方法

1. 静平衡法：亦称自由端承法，该法假定围护结构是刚性的，并可绕支撑点转动。围护结构的前侧产生被动土压力，后侧产生主动土压力。静平衡法适用于围护结构的深度不太深，即底端嵌固的情况，此时围护结构由于土压力的作用达到极限平衡状态。利用墙前后土压力的极限平衡条件来求插入深度、结构内力等。

2. 等值梁法：单撑锚拉埋深板桩计算，将其视为上端简支、下端固定承，变形曲线有反弯点，一般认为该点弯矩值为零。于是可把挡土结构划分为两段假想梁，上部为简支梁，下部为一次超静定结构，其弯矩图不变，该法称为等值梁法。实践表明，等值梁法计算板桩是偏于安全的，实际设计计算常将弯矩予以折减，折减经验系数为0.6 - 0.8，一般取0.74。等值梁法基于极限平衡状态理论，假定挡土结构前后受极限状态的主被动土压力作用，不能反映挡土结构的变形情况，亦即无法预先估计开挖对周围物的影响，故一般仅作支护体系内力计算的校核方法之一。

3. 弹性地基梁的m法：基坑工程弹性地基梁法取单位宽度的挡墙作为竖直放置的弹性地基梁，支撑简化为与截面积、弹性模量和计算长度等有关的杆弹簧。弹性地基梁法中对挡土结构的抗地基反弹簧模拟，地基反力与挡墙的变形有关，即地基反力由平均地基反力系数同该深度挡墙变形的乘积确定，即fm = kzy，其中，f为对挡土结构的平均地基反力，kN/m²；k为例系数，kN/m⁴；z为计算深度，m；y为计算点处挡墙的水平位移，m。弹性地基梁的m法优点是考虑了支护结构与土体的变形协调。工程实践表明，在软土中的悬臂桩支护计算采用m法，计算位移与实测位移有很大差异，实测位移是计算值的好几倍。这说明桩后土体变形已不再属于弹性范围。另外，m法无法直接确定支护结构的插入深度，通常假定试算有很大的随意性，有时桩底落在软弱层中，还需经验来修正。

4. 弹塑有限元法：有限单元法作为今后基坑支护设计计算的发展方向，其优点是考虑了土体与结构的变形协调，且可以得出塑性区的分布，从而判断支护结构的总体稳定性。但选取合理的本构模型与计算参数，以及塑性区范围与稳定性之间的定量关系均缺乏经验。目前，随着技术及系统科学的发展，为有限单元法的完善提供了更有利的工具。

五、进度计划

1. 2024年5月 - 224年6月：选题并进行研究的准备工作，包括确定研究课题、明确研究目的和意义、制定研究方案等。

2. 2024年7月-2024年9月：进行相关文献资料的收集和阅读，整理和分析深基坑支护的相关理论和工程实例。

3. 2024年10月-2025年2月：对深基坑支护施工技术及稳定性分析进行研究，建立有限元数值模拟模型，进行数值模拟计算。

4. 2025年3月-2025年4月：进行论文修改。

5. 2025年5月：展示研究成果。

六、预期成果及应用价值

（一）预期成果

1. 详细阐述深基坑支护工程的稳定性与变形控制的研究内容、方法和结果。

2. 通过对铁科院深基坑工程的实例分析，验证所用支护方案的可靠性，提出改进建议。

3. 总结深基坑支护的设计理论和计算方法，为实际工程提供参考。

（二）应用价值

1. 本研究开发的基于变形控制的支护方案，能够更好地掌握基坑变形规律，实现支护系统的自适应调节和变形控制，提高支护质量和施工效率，缩短工期，保证建筑施工的安全性和可靠性。

2. 本研究的成果有助于填补国内相关领域的研究空白，有效推动城市化进程及建筑领域的科学技术发展，为类似工程的设计和施工提供借鉴和参考。

七、结论

经对深基坑支护工程稳定性与变形控制相关资料的广泛调研与分析，得出以下结论：深基坑支护工程在城市建设中的作用愈发关键，其稳定性与变形控制直接关系到周边建筑及地下设施安全。目前，虽有一系列支护技术与控制方法，但在复杂地质条件、特殊施工环境下的适用性及精准控制仍面临挑战。本研究聚焦于此，旨在探索更科学有效的稳定性评估与变形控制策略，为深基坑支护工程的安全施工与运营提供理论依据和技术支持，具有重要现实意义。