建筑深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用

宋美權(quán)

（西北大學(xué)基建處陜西西安　710069）

建筑深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用

宋美權(quán)

（西北大學(xué)基建處陜西西安710069）

本文通過(guò)上文分析了西安地區(qū)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化施工，在對(duì)建筑深基坑的穩(wěn)定性給予保證的前提下，將施工成本降低下來(lái)，降低污染地下水、土質(zhì)的弊端，并且，將建筑施工速度有效的提升上來(lái)。在我國(guó)城市化的建設(shè)中，優(yōu)化與研究深基坑支護(hù)技術(shù)意義非常重大。因此，需要有關(guān)部門及工作人員重視起來(lái)。

建筑深基坑；支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)；研究及應(yīng)用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，為我國(guó)工程建筑行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了極大的推動(dòng)作用。在施工的過(guò)程中，深基坑支護(hù)技術(shù)是其中非常重要的技術(shù)組成，是確保工程能夠順利完成的重要保證，因此，對(duì)深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究是非常必要。

1　工程概述

1.1開(kāi)挖建筑深基坑影響周圍環(huán)境

在城市化建設(shè)不斷發(fā)展的背景下，也在不斷增加對(duì)地下空間進(jìn)行利用，這樣一來(lái)，深基坑的施工對(duì)四周環(huán)境的污染和破壞也越來(lái)越大，在開(kāi)挖傳統(tǒng)基坑的時(shí)候，時(shí)常造成隆起坑底土質(zhì)的情況，向內(nèi)推移的基坑兩側(cè)的土體之后，這樣就有撓曲的情況出現(xiàn)在維護(hù)擋墻中，一旦出現(xiàn)較為嚴(yán)重的情況，就是對(duì)基坑四周的建筑設(shè)施帶來(lái)極大的危害，例如，住宅樓、地下預(yù)埋電纜和交通干道等都會(huì)受到影響。

1.2支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要類型

內(nèi)支撐體系和錨拉體系為支撐的主要結(jié)構(gòu)，對(duì)擋墻傳遞過(guò)來(lái)的壓力和水壓力進(jìn)行承受是它的主要作用，在一些巖石土層一定能夠?qū)⒊渥愕腻^固力提供出來(lái)，這樣可以對(duì)錨拉進(jìn)行使用，在西安地區(qū)因?yàn)槎酁闈裣菪渣S土結(jié)構(gòu)，多數(shù)地區(qū)的土質(zhì)較為柔軟，因此，可以經(jīng)常對(duì)內(nèi)支撐方式進(jìn)行使用，板墻式、重力式水泥、組合式、板柱式等為圍護(hù)的主要結(jié)構(gòu)，同時(shí)解決好深基坑周邊的排水問(wèn)題。

2　分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算特征和現(xiàn)狀

在計(jì)算建筑深基坑支護(hù)內(nèi)力時(shí)，對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)上承受的荷載的計(jì)算進(jìn)行解決，是主要進(jìn)行解決的問(wèn)題。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)靜荷載進(jìn)行承受，通常用作用在結(jié)構(gòu)底層的壓力來(lái)表示，在結(jié)構(gòu)上發(fā)揮作用，在傳導(dǎo)附加壓力的時(shí)候，以土體為介質(zhì)，這就是動(dòng)荷載的主要表現(xiàn)形式。有限元法、土抗力法和極限平衡法為當(dāng)前對(duì)設(shè)計(jì)坑土體變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)的主要方式，各有一定的優(yōu)缺點(diǎn)存在于這三種方式中，因?yàn)檩^為簡(jiǎn)單的受力會(huì)存在于極限平衡法中，只需要進(jìn)行估算，在其中沒(méi)有考慮影響因素，有著準(zhǔn)確度較差的計(jì)算結(jié)果，對(duì)工程設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)很難予以適應(yīng)，有充分的理論依據(jù)存在于有限元法中，但是，在確定土體模型和土性參數(shù)時(shí)，有著較多的困難，因此，對(duì)于結(jié)果的準(zhǔn)確性就會(huì)帶來(lái)很大的影響，土抗力方式因?yàn)閷?duì)具體的受力情況非常適合，并且有著非常直觀的計(jì)算模型，因此，會(huì)有較小的誤差存在于計(jì)算結(jié)果中。

3　具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略分析

本文通過(guò)下文針對(duì)西安地區(qū)幾種常用的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析：

3.1優(yōu)化設(shè)計(jì)土釘墻支護(hù)

3.1.1影響因素分析

土釘?shù)木唧w間距：讓釘子和土體能夠有效地融合在一起是土釘?shù)闹饕饔茫玲數(shù)膹?qiáng)度會(huì)受到較大間距的影響，通常將間距控制在2m左右；在16～32mm之內(nèi)對(duì)土釘?shù)闹睆竭M(jìn)行控制；在70～120mm之內(nèi)對(duì)鉆孔孔徑進(jìn)行控制，在5～15°對(duì)土釘?shù)膬A斜角進(jìn)行控制；控制土釘?shù)拈L(zhǎng)度：土釘墻在對(duì)土釘進(jìn)行使用的時(shí)候，在順著支護(hù)豎直的方向上，土釘?shù)膬?nèi)力差異會(huì)非常的明顯，通常的時(shí)候使兩頭的力小，中間的內(nèi)力較大，一旦有過(guò)短土釘存在于頂部，這樣就會(huì)有破裂的情況會(huì)出現(xiàn)在土釘以外的地表或者土釘?shù)奈膊?，進(jìn)而對(duì)基坑就會(huì)帶來(lái)影響，降低基坑的穩(wěn)定性。因此，應(yīng)該在0.5～1.2H對(duì)土釘?shù)拈L(zhǎng)度進(jìn)行控制。

3.1.2確定設(shè)計(jì)變量

在設(shè)計(jì)土釘墻支護(hù)的時(shí)候，我們將目標(biāo)定在土釘墻的造價(jià)上，因?yàn)橥玲數(shù)拈L(zhǎng)度、土釘?shù)乃?、豎向間距、土釘?shù)闹睆胶屯玲數(shù)目讖降葹閷?duì)目標(biāo)函數(shù)影響較大的一些因素。

將目標(biāo)函數(shù)建設(shè)起來(lái)。分析目標(biāo)函數(shù)的基本形式，用X表示獲得的最優(yōu)的設(shè)計(jì)變量，這樣就會(huì)有最小的目標(biāo)函數(shù)值，存在越小的目標(biāo)函數(shù)值，這樣就說(shuō)明有著最好的可行解的性能，詳細(xì)的優(yōu)化方式：①在工程具體的概況的基礎(chǔ)上，將土體的基本設(shè)計(jì)參數(shù)和基坑參數(shù)輸入進(jìn)去；②將n個(gè)初始解在約束條件下生成出來(lái)；③被土體合力水平和壓力水平標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算出來(lái)，對(duì)各個(gè)土釘墻的穩(wěn)定性在開(kāi)挖的過(guò)程中逐個(gè)的進(jìn)行驗(yàn)算。向目標(biāo)函數(shù)中代入所算的具體數(shù)值，整體的穩(wěn)定性就會(huì)通過(guò)每組數(shù)據(jù)下的結(jié)構(gòu)表示出來(lái)。

3.2優(yōu)化設(shè)計(jì)懸臂護(hù)坡樁支護(hù)結(jié)構(gòu)

確定設(shè)計(jì)變量，對(duì)懸臂式排樁穩(wěn)定性能夠帶來(lái)影響的一些因素應(yīng)該進(jìn)行細(xì)致的分析。例如：樁的直徑、嵌固定深度、樁體配筋和樁的直徑等，可以通過(guò)計(jì)算來(lái)獲取樁體的嵌固深度，根據(jù)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范獲取土地的參數(shù)。

與土釘墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)是相同的，在設(shè)計(jì)優(yōu)化懸臂護(hù)坡樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，也是將目標(biāo)函數(shù)的最小解找出來(lái)，存在著越小的目標(biāo)函數(shù)值，就表明有著越好的可行解的性能。

（1）在工程概況的基礎(chǔ)上，將土體和基坑的基本設(shè)計(jì)參數(shù)輸入進(jìn)去，例如基坑的深度、各層土地的物力參數(shù)和基坑的重要系數(shù)等。

（2）在土體約束條件的基礎(chǔ)上，將n個(gè)初始解隨機(jī)均勻的生成出來(lái)，將初始種群構(gòu)造出來(lái)。

（3）將計(jì)算基坑周圍的被動(dòng)土地和主動(dòng)土地的壓力函數(shù)編制出來(lái)，對(duì)被動(dòng)土壓力合力和主被動(dòng)土地壓力水平分力的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。

（4）將土層的具體層數(shù)獲取出來(lái)，斷面的土層用剪力為零表示出來(lái)，并且，還應(yīng)該將最大的剪力和最大的彎矩獲取出來(lái)。

（5）向目標(biāo)函數(shù)中將所得的結(jié)果代入進(jìn)去，進(jìn)而將結(jié)果求解出來(lái)，在變形約束下對(duì)種群能夠滿足規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，并且，用函數(shù)對(duì)可以的進(jìn)行表示。

3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)中錨索結(jié)構(gòu)

在各類深基坑支護(hù)控制位移的過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力錨索錨固技術(shù)在其中發(fā)揮著非常重要的作用，其有著明顯的優(yōu)越性：施工速度快、成本低、質(zhì)量好、工藝靈巧、結(jié)構(gòu)合理。然而，在回填了基坑之后，就是無(wú)法收回那些已經(jīng)超越了紅線范圍的錨索，這樣就會(huì)將較大的污染帶給四周地下空間施工。在以前的深基坑支護(hù)施工中，對(duì)注漿體和拉索材料之間的粘結(jié)力進(jìn)行利用，向注漿體中將拉力注入進(jìn)去，這是其基本的工作原理，在向土層中利用注漿體進(jìn)行傳遞，進(jìn)而對(duì)控制位移和加固土體的作用給予實(shí)現(xiàn)。利用對(duì)錨索體的受力形式進(jìn)行改變，能夠多次的進(jìn)行重復(fù)拆卸使用，近些年來(lái)，因?yàn)樵诠こ探ㄔO(shè)中對(duì)這種方式的應(yīng)用量在不斷提升，因此，對(duì)于這方面的研究也在不斷地增多，對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)因?yàn)槟軌蚨啻尾鹦吨貜?fù)的進(jìn)行使用，進(jìn)而能夠?qū)⑹┕こ杀緲O大的降低下來(lái)，對(duì)地下污染的問(wèn)題能夠有效的給予解決。

4　結(jié)語(yǔ)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我市的建筑工程項(xiàng)目逐漸增多，對(duì)于深基坑支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用數(shù)量也在不斷提升，并且對(duì)于技術(shù)的要求上也越來(lái)越高，在整個(gè)工程施工的過(guò)程中，深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)都有所存在，應(yīng)該優(yōu)化于各個(gè)階段之中，因?yàn)?，西安地區(qū)的地質(zhì)和水文條件有著本身獨(dú)有的特征，因此，在對(duì)深基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，主要有上述幾種，因此，本文以三個(gè)主要的技術(shù)方式為重點(diǎn)進(jìn)行了闡述，為我市建筑工程能夠順利的發(fā)展提供一定的幫助。

[1]廖曉坤.深基坑支護(hù)工程的分析與研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2008.

[2]楊治國(guó).西安市深基坑邊坡破壞模式數(shù)值模擬研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2009.

[3]王永祥，陳進(jìn)，黃澄.層次分析法在深基坑支護(hù)方案優(yōu)選中的應(yīng)用[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（02）.

[4]楊治國(guó).西安市深基坑邊坡破壞模式數(shù)值模擬研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2006.

[5]王翠英，王家陽(yáng).論深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（08）.

TU753

A

1673-0038（2015）03-0040-02

2015-1-4

宋美權(quán)（1965-），女，工程師，本科，主要從事建筑工程管理方面的工作。