深基坑工程中樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

姚顯瑞

摘要：在巖土工程施工中，基坑支護(hù)工程中的支護(hù)方案的設(shè)計(jì)和應(yīng)用是非常關(guān)鍵的。基坑支護(hù)工程直接決定基坑工程施工的穩(wěn)定性和安全性，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以提高基坑工程施工的質(zhì)量，保證基坑工程施工穩(wěn)定運(yùn)行。本文對(duì)深基坑支護(hù)方案的選擇進(jìn)行了分析，結(jié)合巖土工程中基坑支護(hù)工程施工的實(shí)際情況，對(duì)基坑工程中的樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，提高了深基坑工程施工的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：巖土工程;基坑工程;樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì)

在巖土工程中，深基坑開挖工程的深度不斷加大，基坑工程周邊的環(huán)境影響著基坑工程施工質(zhì)量。樁錨支護(hù)在深基坑工程中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，可以有效對(duì)深基坑工程進(jìn)行加固處理，提高深基坑施工的安全性。

1 深基坑支護(hù)方案選擇原則

在深基坑支護(hù)工程中，對(duì)支護(hù)方案的選擇要對(duì)基坑工程施工的影響因素進(jìn)行綜合性分析。主要是對(duì)基坑工程穩(wěn)定性的重要位置進(jìn)行判斷，并綜合分析基坑支護(hù)采用的材料成本等因素。支護(hù)方案的選擇原則，要保證基坑工程邊坡的穩(wěn)定性，以及基坑工程施工的安全性。在深基坑開挖工程中，完成基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并保證基坑的穩(wěn)定性，確保整個(gè)施工過程中不會(huì)對(duì)施工人員造成任何的安全影響，而且不會(huì)對(duì)整個(gè)基坑工程造成破壞的影響。深基坑支護(hù)方案的選擇要考慮深基坑工程施工中基坑變形控制的問題，對(duì)基坑變形的影響因素進(jìn)行全面的分析，并且深基坑邊坡產(chǎn)生的位移，不會(huì)對(duì)整個(gè)建筑工程施工帶來安全隱患，也不會(huì)對(duì)建筑的使用性能造成任何影響。深基坑支護(hù)工程的施工周期進(jìn)行合理控制，并對(duì)基坑工程的施工成本進(jìn)行優(yōu)化，在合理的時(shí)間內(nèi)采用科學(xué)有效的支護(hù)工程技術(shù)，滿足深基坑支護(hù)工程施工中經(jīng)濟(jì)要求?；由疃葹?m～11m范圍內(nèi)的，屬于深基坑工程施工，對(duì)基坑施工的安全等級(jí)進(jìn)行劃分，確定安全等級(jí)為一級(jí)后，對(duì)基坑施工的影響因素進(jìn)行綜合分析，在滿足條件的情況下，選擇樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

2 基坑工程中樁錨支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

根據(jù)基坑工程施工具體情況，以及對(duì)影響基坑工程施工的綜合性因素進(jìn)行分析，確定樁錨支護(hù)工程并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)基坑工程周邊的地層條件和環(huán)境因素進(jìn)行分析，采用模糊數(shù)學(xué)發(fā)對(duì)樁錨支護(hù)類型進(jìn)行選擇。對(duì)樁錨支護(hù)進(jìn)行細(xì)節(jié)優(yōu)化，對(duì)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)中的樁直徑、錨固深度和錨點(diǎn)位置等詳細(xì)信息進(jìn)行優(yōu)化，主要的優(yōu)化目的使降低采用的樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)成本，并減少基坑支護(hù)工程施工的時(shí)間周期，以及降低基坑工程施工對(duì)周邊環(huán)境造成的影響。其中最方便的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是彈性抗力法，彈性抗力法中的參數(shù)主要是樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移，以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大限度的彎曲力矩等。通過科學(xué)合理的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行確定。

采用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型應(yīng)用到樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析計(jì)算中，并對(duì)樁錨支護(hù)設(shè)計(jì)中的變量進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，并計(jì)算出目標(biāo)函數(shù)，這樣可以根據(jù)結(jié)果來對(duì)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行優(yōu)化而確定設(shè)計(jì)方案。通過很多種算法對(duì)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行求解，通過構(gòu)架過程中產(chǎn)生的信息對(duì)模型進(jìn)行構(gòu)建，并在實(shí)際的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用過程中，以檢測(cè)的信息作為數(shù)據(jù)依據(jù)對(duì)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文對(duì)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不但要考慮到基坑工程施工的穩(wěn)定性，而且要對(duì)工程施工的成本進(jìn)行充分考慮。通過MIDAS GTS NX有限元分析軟件和數(shù)學(xué)模型對(duì)樁長(zhǎng)、樁徑以及錨索位置進(jìn)行計(jì)算和優(yōu)化，獲取參數(shù)值作為樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要依據(jù)。

對(duì)樁錨支護(hù)中的樁長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在方案設(shè)計(jì)中基坑工程施工中原樁長(zhǎng)為24m，在保證其他因素不變的情況下，設(shè)定樁長(zhǎng)為21m和22m兩個(gè)值，對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化和計(jì)算。樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.2值，那么樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)才可以保證整個(gè)基坑工程的穩(wěn)定性，在基坑底部安全系數(shù)大于2的情況下，才可以有效地滿足整體穩(wěn)定性的需要，通過計(jì)算得出，樁長(zhǎng)在21m的時(shí)候，安全系數(shù)在2和2.3之間，支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆作用，以及穩(wěn)定性方面不符合制定的要求，樁長(zhǎng)21m的設(shè)計(jì)方案不符合優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求。那么樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為22m的安全系數(shù)經(jīng)過計(jì)算和分析，符合支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過數(shù)學(xué)模型計(jì)算分析得出，21m樁長(zhǎng)的水平位移最大值25m，22m樁長(zhǎng)的最大水平位移是23m，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)分析，支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變化小，對(duì)基坑整體位移影響小，因此22m樁長(zhǎng)的設(shè)計(jì)是科學(xué)合理的。

樁徑優(yōu)化設(shè)計(jì)，在其他參數(shù)不變的情況下，對(duì)樁徑的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在樁長(zhǎng)的設(shè)計(jì)中，22m樁長(zhǎng)是合理的，因此在22m樁長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，按照基坑工程現(xiàn)場(chǎng)施工的方案對(duì)樁徑的取值分別為0.5m和0.7m，再通過MIDAS GTS NX有限元分析軟件把參數(shù)代入后進(jìn)行計(jì)算和分析，得出結(jié)果顯示0.5m和0.7m都符合基坑支護(hù)穩(wěn)定性的要求。這樣本文基于樁徑的基礎(chǔ)上，對(duì)其水平位移分別進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果顯示樁徑值大，水平位移小，樁徑為0.5m時(shí)水平位移的最大值要大于樁徑為0.7m的水平位移最大值，因此樁徑0.5m不符合本文的設(shè)計(jì)要求。在基坑開挖工程中0.7m的水平位移較小，因此本文的樁徑取值為07m是符合優(yōu)化設(shè)計(jì)要求的。

錨索位置優(yōu)化設(shè)計(jì)，在支護(hù)結(jié)構(gòu)其他參數(shù)不變的情況下，對(duì)錨索位置變化進(jìn)行計(jì)算。錨索位置上移600m和下移600m，兩種方案中的基坑穩(wěn)定性滿足工程施工的要求，經(jīng)過數(shù)學(xué)模型計(jì)算分析得出，錨索位置的變化對(duì)水平位移的影響較小，對(duì)整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)具有較小的影響，因此在設(shè)計(jì)中采用原方案就可以。

3 結(jié)語

在巖土工程的深基坑工程施工中，根據(jù)實(shí)際的基坑施工情況，選擇有效合理的樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，并對(duì)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以保證基坑工程施工的穩(wěn)定性以及安全性。

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