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建筑深基坑支护优化设计研究及应用

基坑优化 基坑支护优化 397 2021-02-24 17:42:53

建筑深基坑支护优化设计研究及应用

宋美权

(西北大学基建处 陕西 西安 710069)


随着社会经济的发展与进步,为我国工程建筑行业的发展带来了极大的推动作用。在施工的过程中,深基坑支护技术是其中非常重要的技术组成,是确保工程能够顺利完成的重要保证,因此,对深基坑支护优化设计进行研究是非常必要。

1、工程概述

1.1、开挖建筑深基坑影响周围环境

在城市化建设不断发展的背景下,也在不断增加对地下空间进行利用,这样一来,深基坑的施工对四周环境的污染和破坏也越来越大,在开挖传统基坑的时候,时常造成隆起坑底土质的情况,向内推移的基坑两侧的土体之后,这样就有挠曲的情况出现在维护挡墙中,一旦出现较为严重的情况,就是对基坑四周的建筑设施带来极大的危害﹐例如,住宅楼、地下预埋电缆和交通干道等都会受到影响。

1.2、支护结构的主要类型

内支撑体系和锚拉体系为支撑的主要结构,对挡墙传递过来的压力和水压力进行承受是它的主要作用,在一些岩石土层一定能够将充足的锚固力提供出来,这样可以对锚拉进行使用,在西安地区因为多为湿陷性黄土结构,多数地区的土质较为柔软,因此,可以经常对内支撑方式进行使用,板墙式、重力式水泥、组合式,板柱式等为围护的主要结构,同时解决好深基坑周边的排水问题。

2、分析结构内力计算特征和现状

在计算建筑深基坑支护内力时,对于支护结构上承受的荷载的计算进行解决,是主要进行解决的问题。深基坑支护结构对静荷载进行承受,通常用作用在结构底层的压力来表示,在结构上发挥作用,在传导附加压力的时候,以土体为介质,这就是动荷载的主要表现形式。有限元法、土抗力法和极限平衡法为当前对设计坑土体变形和支护结构内力进行计算时的主要方式,各有一定的优缺点存在于这三种方式中,因为较为简单的受力会存在于极限平衡法中,只需要进行估算,在其中没有考虑影响因素,有着准确度较差的计算结果,对工程设计的标准很难予以适应,有充分的理论依据存在于有限元法中,但是,在确定土体模型和土性参数时,有着较多的困难,因此,对于结果的准确性就会带来很大的影响,土抗力方式因为对具体的受力情况非常适合,并且有着非常直观的计算模型,因此,会有较小的误差存在于计算结果中。

3、具体的优化设计策略分析

本文通过下文针对西安地区几种常用的深基坑支护结构进行分析:

3.1、优化设计土钉墙支护

3.1.1、影响因素

分析土钉的具体间距:让钉子和土体能够有效地融合在一起是土钉的主要作用,土钉的强度会受到较大间距的影响,通常将间距控制在2m左右;在16~32mm之内对土钉的直径进行控制;在70~120mm之内对钻孔孔径进行控制,在5~15°对土钉的倾斜角进行控制;控制土钉的长度:土钉墙在对土钉进行使用的时候,在顺着支护竖直的方向上,土钉的内力差异会非常的明显,通常的时候使两头的力小,中间的内力较大,一旦有过短土钉存在于顶部,这样就会有破裂的情况会出现在土钉以外的地表或者土钉的尾部,进而对基坑就会带来影响,降低基坑的稳定性。因此,应该在0.5~1.2H对土钉的长度进行控制。

3.1.2、确定设计变量

在设计土钉墙支护的时候,我们将目标定在土钉墙的造价上,因为土钉的长度、土钉的水平、竖向间距、土钉的直径和土钉的孔径等为对目标函数影响较大的一些因素。

将目标函数建设起来。分析目标函数的基本形式,用×表示获得的最优的设计变量,这样就会有最小的目标函数值,存在越小的目标函数值,这样就说明有着最好的可行解的性能,详细的优化方式:①在工程具体的概况的基础上,将土体的基本设计参数和基坑参数输入进去;②将n个初始解在约束条件下生成出来;③被土体合力水平和压力水平标准值计算出来,对各个土钉墙的稳定性在开挖的过程中逐个的进行验算。向目标函数中代入所算的具体数值,整体的稳定性就会通过每组数据下的结构表示出来。

3.2、优化设计悬臂护坡桩支护结构

确定设计变量,对悬臂式排桩稳定性能够带来影响的一些因素应该进行细致的分析。例如:桩的直径、嵌固定深度、桩体配筋和桩的直径等,可以通过计算来获取桩体的嵌固深度,根据设计人员的经验和规范获取土地的参数。

与土钉墙的优化设计是相同的,在设计优化悬臂护坡桩支护结构的过程中,也是将目标函数的最小解找出来,存在着越小的目标函数值,就表明有着越好的可行解的性能。

(1)在工程概况的基础上,将土体和基坑的基本设计参数输入进去,例如基坑的深度、各层土地的物力参数和基坑的重要系数等。

(2)在土体约束条件的基础上,将n个初始解随机均匀的生成出来,将初始种群构造出来。

(3)将计算基坑周围的被动土地和主动土地的压力函数编制出来,对被动土压力合力和主被动土地压力水平分力的标准值进行计算。

(4)将土层的具体层数获取出来,断面的土层用剪力为零表示出来,并且,还应该将最大的剪力和最大的弯矩获取出来。

(5)向目标函数中将所得的结果代入进去,进而将结果求解出来,在变形约束下对种群能够满足规定进行检验,并且,用函数对可以的进行表示。

3.3、优化设计排桩支护结构中锚索结构

在各类深基坑支护控制位移的过程中,预应力锚索锚固技术在其中发挥着非常重要的作用,其有着明显的优越性:施工速度快、成本低、质量好、工艺灵巧、结构合理。然而,在回填了基坑之后,就是无法收回那些已经超越了红线范围的锚索,这样就会将较大的污染带给四周地下空间施工。在以前的深基坑支护施工中,对注浆体和拉索材料之间的粘结力进行利用,向注浆体中将拉力注入进去,这是其基本的工作原理,在向土层中利用注浆体进行传递,进而对控制位移和加固土体的作用给予实现。利用对锚索体的受力形式进行改变,能够多次的进行重复拆卸使用,近些年来,因为在工程建设中对这种方式的应用量在不断提升,因此,对于这方面的研究也在不断地增多,对于预应力锚索技术优化设计因为能够多次拆卸重复的进行使用,进而能够将施工成本极大的降低下来,对地下污染的问题能够有效的给予解决。

4、结语

进入21世纪以来,我市的建筑工程项目逐渐增多,对于深基坑支护技术的应用数量也在不断提升,并且对于技术的要求上也越来越高,在整个工程施工的过程中,深基坑支护优化设计都有所存在,应该优化于各个阶段之中,因为,西安地区的地质和水文条件有着本身独有的特征,因此,在对深基坑支护技术进行应用的过程中,主要有上述几种,因此,本文以三个主要的技术方式为重点进行了阐述,为我市建筑工程能够顺利的发展提供一定的帮助。


参考文献

[1] 廖晓坤.深基坑支护工程的分析与研究[D].合肥:合肥工业大学,2008.

[2]杨治国.西安市深基坑边坡破坏模式数值模拟研究[D].西安:西安科技大学,2009.

[3]王永祥,陈进,黄澄.层次分析法在深基坑支护方案优选中的应用[J].华东交通大学学报,2004(O2).

[4]杨治国.西安市深基坑边坡破坏模式数值模拟研究[D].西安:西安科技大学,2006.

[5]王翠英,王家阳.论深基坑支护优化设计的重要性[J].武汉工业学院学报,2011(08).



感谢供稿作者:宋美权

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