深基坑支護細部結構優化措施探討范文

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摘要：深基坑工程的設計主要圍繞支護結構優化設計，做到造價經濟、安全可靠。深基坑支護工程的優化存在若干難點問題。如何尋求可行性強、優秀合理的支護結構，成為深基坑設計工作的重中之重。隨著市化建設的不斷加快，地下空間得到開發和利用，面積逐步增大并且向著深層次發展。為了得到良好的社會效益和經濟效益，采用科學的設計方法和理念，提升深基坑支護細部結構優化設計的質量就成了關鍵。

關鍵詞：深基坑支護；細部結構優化；問題分析

為了解決日益短缺的地下空間和城市人口膨脹之間的矛盾，保持城市建設可持續發展態勢，城市建設中的深基坑工程已經成為城市化建設的重要內容。在深基坑工程建設中，由于設計不當導致的工期延誤、影響周邊居民生活的問題屢屢發生，而造成這些問題的主要原因就是在整體滿足深基坑設計標準的情況下而忽略了細部結構優化調整的問題。因此，采用深基坑支護優化設計是對傳統設計的一種補充，能夠避免設計原因造成的深基坑工程事故的發生，并且能夠保證深基坑工程建設做到經濟和安全。

1深基坑支護細部結構優化分析

支護細部結構優化主要是對具體方案進行細部優化和計算，優選支護樁的樁徑、樁距，以及支撐點和錨桿的層數、位置。通過優化計算解決約束極小化的問題，降低深基坑工程的總體造價。計算出深基坑支撐位置的限定、樁頂端以及坑壁坡的坡頂位置的要求等[1]。深基坑支護細部結構優化的基本要求和主要內容，前者包含了基本設計方法和理念，按照基坑工程規范，深入分析研究細部結構設計的過程。同時對施工現場，如現場的布置情況進行詳細了解，如基坑支護的高度、位置等。另外還要深入分析深基坑工程所在場地的工程地質和周邊荷載狀況，對深基坑支護進行參數調整，由專業的技術人員負責組織設計，發現問題或者隱患及時解決。

2細部結構設計存在的問題

2.1設計組合爆炸

深基坑工程的細部優化設計一般采用數學描述，選取合適的設計變量，確立和建立目標函數、約束條件。但是細部設計變量大多是離散性質的，由于空間的龐大性，因此存在優化設計組合爆炸的問題，需要尋求一種對優化結果進行篩選的方法，將約束條件中各類基坑支護設計規范的條文、規則和設計準則進行分析，得到最優的設計變量和綜合造價目標函數。

2.2傳統方法得到結果與實際不符

要獲得支護細化設計模型中的約束條件，需要采用不同的深基坑支護模式，進行相應的結構計算和分析。例如對土釘墻側向土壓力進行計算，傳統的方法是朗肯土壓力和庫侖土壓力的計算方法，這些方法往往對墻背和土之間的相互摩擦剪切作用和土釘墻的放坡角度不加以考慮，產生與實際工程不符合的情況，需要建立能夠直接用在墻背和土之間摩擦力計算的土壓力計算公式，分析土拱效應下的土壓力，得到土壓力合力、壓力強度等的解析公式[2]。

2.3難以提供準確的計算參數

深基坑支護結構中的安全性分析，主要采用極限平衡分析、工程有限元分析等方法。但是上述方法對于土釘墻截面模型等信息難以提供準確的計算參數，產生憑借經驗給定臨界破壞面的位置進行定性分析等缺點，導致最終的計算參數與實際情況不符。因此，需要假設合理、計算簡單的土釘墻穩定分析模型，為優化設計提供關鍵性數據[2]。

2.4遺傳算法的缺點

深基坑細部結構優化設計通常采用的是遺傳算法，這種遺傳算法存在著迭代過程中適應度值標定方式復雜，最優值附近收斂速度慢、過早的收斂到局部最優解等問題。因此在現有的遺傳算法基礎上，應加以改進，以提高計算精度和優化算法的收斂速度，建立起排樁、地下連續墻、土釘墻的優化系統。

3細部結構優化的主要措施

3.1采用先進的設計理念

為了提高深基坑支護質量，在工程建設中應采取有效的措施對細部結構進行優化，從設計步驟進行優化，采用先進的設計理念。隨著計算機網絡技術的逐漸興盛，對深基坑支護細部結構進行優化，在設計理念上已經開始綜合考慮各項因素，而不是傳統的片面性分析較為突出的特征。通過計算機網絡計算選取最優的深基坑支護模型，短時間內遴選深基坑支護方案，以較低的投入獲取最優的設計理念和方法，經濟效益自然就會提升[3]。

3.2敏感性分析

對于深基坑細部結構進行優化設計，在數學模型的建立上，應注意約束條件的確定、設計變量的選取、目標函數的建立等方面的內容，對關鍵變量應采用敏感性分析的方法進行篩選。確定設計變量時，標準是目標函數的貢獻大小。對于約束條件要指出變量的值域，規范相關的目標函數，并且采用工程綜合造價為設計目標。采用敏感性分析，針對支護結構中的主要變量，包括地下連續墻、排樁支護結構，混凝土等級以及土釘墻的設計主要變量等，敏感性分析的內容眾多，如樁身的變形、安全系數的影響、土釘孔徑等。篩選分析結果，得到深基坑支護結構中的主要約束條件，構造以綜合造價為目標的最優化結果。

3.3科學的設計步驟

包括對深基坑支護工程進行支護結構的大小、形狀以及參數的設定，對變量進行確定和優選，對支護細部結構進行優化設計。在對目標函數進行精確計算后，明確細部結構的優化設計目標。同時明確相關的約束條件，在此基礎上進行深基坑的支護細部結構優化設計，最后還要建立安全可靠的設計模型，完成深基坑支護細部結構的優化設計。例如對排樁結構和地下連續墻支護主要設計變量-樁徑或墻體嵌固深度、厚度、混凝土等級、支撐位置，土釘墻的主要設計變量-土釘入射角、土釘孔徑、土釘水平間距和垂直間距等提出主要約束條件的優化，并且以約束條件和優化設計變量為依據構造的目標函數，在充分保證支護結構安全性的前提下，能夠在最大程度上減少工程實際造價。

4結束語

深基坑工程支護技術的要求和難度越來越高，在保證安全的情況下節省工程造價，采取科學合理的措施加大深基坑支護細部結構優化設計是十分重要的。當前，此項工作面臨著方案復雜、技術難度大、缺乏設計資料等問題，因此今后的發展方向，是依托國家關于深基坑支護優化設計集成系統的研究以及工程示范的標準，研究建立深基坑支護細部結構優化模型，強化不同支護型式的結構安全性，通過優化算法，開發出更完善的深基坑細部結構設計軟件。

參考文獻：

[1]丁敏.深基坑支護細部結構優化及應用研究[D].重慶大學,2012.

[2]潘威,趙軒.深基坑支護細部結構優化及應用研究[J].建設科技,2015,(7):109-110.

[3]歐陽焜.深基坑支護施工技術實踐分析[J].工程技術研究,2016,(8):90+108.

作者：高睿 單位：武漢市勘察設計有限公司