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深基坑支护细部结构优化措施探讨

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摘要:深基坑工程的设计主要围绕支护结构优化设计,做到造价经济、安全可靠。深基坑支护工程的优化存在若干难点问题。如何寻求可行性强、优秀合理的支护结构,成为深基坑设计工作的重中之重。随着市化建设的不断加快,地下空间得到开发和利用,面积逐步增大并且向着深层次发展。为了得到良好的社会效益和经济效益,采用科学的设计方法和理念,提升深基坑支护细部结构优化设计的质量就成了关键。

关键词:深基坑支护;细部结构优化;问题分析

为了解决日益短缺的地下空间和城市人口膨胀之间的矛盾,保持城市建设可持续发展态势,城市建设中的深基坑工程已经成为城市化建设的重要内容。在深基坑工程建设中,由于设计不当导致的工期延误、影响周边居民生活的问题屡屡发生,而造成这些问题的主要原因就是在整体满足深基坑设计标准的情况下而忽略了细部结构优化调整的问题。因此,采用深基坑支护优化设计是对传统设计的一种补充,能够避免设计原因造成的深基坑工程事故的发生,并且能够保证深基坑工程建设做到经济和安全。

1深基坑支护细部结构优化分析

支护细部结构优化主要是对具体方案进行细部优化和计算,优选支护桩的桩径、桩距,以及支撑点和锚杆的层数、位置。通过优化计算解决约束极小化的问题,降低深基坑工程的总体造价。计算出深基坑支撑位置的限定、桩顶端以及坑壁坡的坡顶位置的要求等[1]。深基坑支护细部结构优化的基本要求和主要内容,前者包含了基本设计方法和理念,按照基坑工程规范,深入分析研究细部结构设计的过程。同时对施工现场,如现场的布置情况进行详细了解,如基坑支护的高度、位置等。另外还要深入分析深基坑工程所在场地的工程地质和周边荷载状况,对深基坑支护进行参数调整,由专业的技术人员负责组织设计,发现问题或者隐患及时解决。

2细部结构设计存在的问题

2.1设计组合爆炸

深基坑工程的细部优化设计一般采用数学描述,选取合适的设计变量,确立和建立目标函数、约束条件。但是细部设计变量大多是离散性质的,由于空间的庞大性,因此存在优化设计组合爆炸的问题,需要寻求一种对优化结果进行筛选的方法,将约束条件中各类基坑支护设计规范的条文、规则和设计准则进行分析,得到最优的设计变量和综合造价目标函数。

2.2传统方法得到结果与实际不符

要获得支护细化设计模型中的约束条件,需要采用不同的深基坑支护模式,进行相应的结构计算和分析。例如对土钉墙侧向土压力进行计算,传统的方法是朗肯土压力和库仑土压力的计算方法,这些方法往往对墙背和土之间的相互摩擦剪切作用和土钉墙的放坡角度不加以考虑,产生与实际工程不符合的情况,需要建立能够直接用在墙背和土之间摩擦力计算的土压力计算公式,分析土拱效应下的土压力,得到土压力合力、压力强度等的解析公式[2]。

2.3难以提供准确的计算参数

深基坑支护结构中的安全性分析,主要采用极限平衡分析、工程有限元分析等方法。但是上述方法对于土钉墙截面模型等信息难以提供准确的计算参数,产生凭借经验给定临界破坏面的位置进行定性分析等缺点,导致最终的计算参数与实际情况不符。因此,需要假设合理、计算简单的土钉墙稳定分析模型,为优化设计提供关键性数据[2]。

2.4遗传算法的缺点

深基坑细部结构优化设计通常采用的是遗传算法,这种遗传算法存在着迭代过程中适应度值标定方式复杂,最优值附近收敛速度慢、过早的收敛到局部最优解等问题。因此在现有的遗传算法基础上,应加以改进,以提高计算精度和优化算法的收敛速度,建立起排桩、地下连续墙、土钉墙的优化系统。

3细部结构优化的主要措施

3.1采用先进的设计理念

为了提高深基坑支护质量,在工程建设中应采取有效的措施对细部结构进行优化,从设计步骤进行优化,采用先进的设计理念。随着计算机网络技术的逐渐兴盛,对深基坑支护细部结构进行优化,在设计理念上已经开始综合考虑各项因素,而不是传统的片面性分析较为突出的特征。通过计算机网络计算选取最优的深基坑支护模型,短时间内遴选深基坑支护方案,以较低的投入获取最优的设计理念和方法,经济效益自然就会提升[3]。

3.2敏感性分析

对于深基坑细部结构进行优化设计,在数学模型的建立上,应注意约束条件的确定、设计变量的选取、目标函数的建立等方面的内容,对关键变量应采用敏感性分析的方法进行筛选。确定设计变量时,标准是目标函数的贡献大小。对于约束条件要指出变量的值域,规范相关的目标函数,并且采用工程综合造价为设计目标。采用敏感性分析,针对支护结构中的主要变量,包括地下连续墙、排桩支护结构,混凝土等级以及土钉墙的设计主要变量等,敏感性分析的内容众多,如桩身的变形、安全系数的影响、土钉孔径等。筛选分析结果,得到深基坑支护结构中的主要约束条件,构造以综合造价为目标的最优化结果。

3.3科学的设计步骤

包括对深基坑支护工程进行支护结构的大小、形状以及参数的设定,对变量进行确定和优选,对支护细部结构进行优化设计。在对目标函数进行精确计算后,明确细部结构的优化设计目标。同时明确相关的约束条件,在此基础上进行深基坑的支护细部结构优化设计,最后还要建立安全可靠的设计模型,完成深基坑支护细部结构的优化设计。例如对排桩结构和地下连续墙支护主要设计变量-桩径或墙体嵌固深度、厚度、混凝土等级、支撑位置,土钉墙的主要设计变量-土钉入射角、土钉孔径、土钉水平间距和垂直间距等提出主要约束条件的优化,并且以约束条件和优化设计变量为依据构造的目标函数,在充分保证支护结构安全性的前提下,能够在最大程度上减少工程实际造价。

4结束语

深基坑工程支护技术的要求和难度越来越高,在保证安全的情况下节省工程造价,采取科学合理的措施加大深基坑支护细部结构优化设计是十分重要的。当前,此项工作面临着方案复杂、技术难度大、缺乏设计资料等问题,因此今后的发展方向,是依托国家关于深基坑支护优化设计集成系统的研究以及工程示范的标准,研究建立深基坑支护细部结构优化模型,强化不同支护型式的结构安全性,通过优化算法,开发出更完善的深基坑细部结构设计软件。

参考文献:

[1]丁敏.深基坑支护细部结构优化及应用研究[D].重庆大学,2012.

[2]潘威,赵轩.深基坑支护细部结构优化及应用研究[J].建设科技,2015,(7):109-110.

[3]欧阳焜.深基坑支护施工技术实践分析[J].工程技术研究,2016,(8):90+108.

作者:高睿 单位:武汉市勘察设计有限公司

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