深基坑支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施探討范文

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摘要：深基坑工程的設(shè)計主要圍繞支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，做到造價經(jīng)濟(jì)、安全可靠。深基坑支護(hù)工程的優(yōu)化存在若干難點問題。如何尋求可行性強(qiáng)、優(yōu)秀合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)，成為深基坑設(shè)計工作的重中之重。隨著市化建設(shè)的不斷加快，地下空間得到開發(fā)和利用，面積逐步增大并且向著深層次發(fā)展。為了得到良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，采用科學(xué)的設(shè)計方法和理念，提升深基坑支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量就成了關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：深基坑支護(hù)；細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)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(shè)可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢，城市建設(shè)中的深基坑工程已經(jīng)成為城市化建設(shè)的重要內(nèi)容。在深基坑工程建設(shè)中，由于設(shè)計不當(dāng)導(dǎo)致的工期延誤、影響周邊居民生活的問題屢屢發(fā)生，而造成這些問題的主要原因就是在整體滿足深基坑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的情況下而忽略了細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的問題。因此，采用深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計是對傳統(tǒng)設(shè)計的一種補充，能夠避免設(shè)計原因造成的深基坑工程事故的發(fā)生，并且能夠保證深基坑工程建設(shè)做到經(jīng)濟(jì)和安全。

1深基坑支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要是對具體方案進(jìn)行細(xì)部優(yōu)化和計算，優(yōu)選支護(hù)樁的樁徑、樁距，以及支撐點和錨桿的層數(shù)、位置。通過優(yōu)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(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本要求和主要內(nèi)容，前者包含了基本設(shè)計方法和理念，按照基坑工程規(guī)范，深入分析研究細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程。同時對施工現(xiàn)場，如現(xiàn)場的布置情況進(jìn)行詳細(xì)了解，如基坑支護(hù)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(zhì)和周邊荷載狀況，對深基坑支護(hù)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，由專業(yè)的技術(shù)人員負(fù)責(zé)組織設(shè)計，發(fā)現(xiàn)問題或者隱患及時解決。

2細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題

2.1設(shè)計組合爆炸

深基坑工程的細(xì)部優(yōu)化設(shè)計一般采用數(shù)學(xué)描述，選取合適的設(shè)計變量，確立和建立目標(biāo)函數(shù)、約束條件。但是細(xì)部設(shè)計變量大多是離散性質(zhì)的，由于空間的龐大性，因此存在優(yōu)化設(shè)計組合爆炸的問題，需要尋求一種對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行篩選的方法，將約束條件中各類基坑支護(hù)設(shè)計規(guī)范的條文、規(guī)則和設(shè)計準(zhǔn)則進(jìn)行分析，得到最優(yōu)的設(shè)計變量和綜合造價目標(biāo)函數(shù)。

2.2傳統(tǒng)方法得到結(jié)果與實際不符

要獲得支護(hù)細(xì)化設(shè)計模型中的約束條件，需要采用不同的深基坑支護(hù)模式，進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計算和分析。例如對土釘墻側(cè)向土壓力進(jìn)行計算，傳統(tǒng)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(chǎn)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(yīng)下的土壓力，得到土壓力合力、壓力強(qiáng)度等的解析公式[2]。

2.3難以提供準(zhǔn)確的計算參數(shù)

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)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(zhǔn)確的計算參數(shù)，產(chǎn)生憑借經(jīng)驗給定臨界破壞面的位置進(jìn)行定性分析等缺點，導(dǎo)致最終的計算參數(shù)與實際情況不符。因此，需要假設(shè)合理、計算簡單的土釘墻穩(wěn)定分析模型，為優(yōu)化設(shè)計提供關(guān)鍵性數(shù)據(jù)[2]。

2.4遺傳算法的缺點

深基坑細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(yīng)度值標(biāo)定方式復(fù)雜，最優(yōu)值附近收斂速度慢、過早的收斂到局部最優(yōu)解等問題。因此在現(xiàn)有的遺傳算法基礎(chǔ)上，應(yīng)加以改進(jìn)，以提高計算精度和優(yōu)化算法的收斂速度，建立起排樁、地下連續(xù)墻、土釘墻的優(yōu)化系統(tǒng)。

3細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要措施

3.1采用先進(jìn)的設(shè)計理念

為了提高深基坑支護(hù)質(zhì)量，在工程建設(shè)中應(yīng)采取有效的措施對細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從設(shè)計步驟進(jìn)行優(yōu)化，采用先進(jìn)的設(shè)計理念。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸興盛，對深基坑支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在設(shè)計理念上已經(jīng)開始綜合考慮各項因素，而不是傳統(tǒng)的片面性分析較為突出的特征。通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計算選取最優(yōu)的深基坑支護(hù)模型，短時間內(nèi)遴選深基坑支護(hù)方案，以較低的投入獲取最優(yōu)的設(shè)計理念和方法，經(jīng)濟(jì)效益自然就會提升[3]。

3.2敏感性分析

對于深基坑細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在數(shù)學(xué)模型的建立上，應(yīng)注意約束條件的確定、設(shè)計變量的選取、目標(biāo)函數(shù)的建立等方面的內(nèi)容，對關(guān)鍵變量應(yīng)采用敏感性分析的方法進(jìn)行篩選。確定設(shè)計變量時，標(biāo)準(zhǔn)是目標(biāo)函數(shù)的貢獻(xiàn)大小。對于約束條件要指出變量的值域，規(guī)范相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)，并且采用工程綜合造價為設(shè)計目標(biāo)。采用敏感性分析，針對支護(hù)結(jié)構(gòu)中的主要變量，包括地下連續(xù)墻、排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，混凝土等級以及土釘墻的設(shè)計主要變量等，敏感性分析的內(nèi)容眾多，如樁身的變形、安全系數(shù)的影響、土釘孔徑等。篩選分析結(jié)果，得到深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中的主要約束條件，構(gòu)造以綜合造價為目標(biāo)的最優(yōu)化結(jié)果。

3.3科學(xué)的設(shè)計步驟

包括對深基坑支護(hù)工程進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的大小、形狀以及參數(shù)的設(shè)定，對變量進(jìn)行確定和優(yōu)選，對支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行精確計算后，明確細(xì)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)。同時明確相關(guān)的約束條件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深基坑的支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，最后還要建立安全可靠的設(shè)計模型，完成深基坑支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。例如對排樁結(jié)構(gòu)和地下連續(xù)墻支護(hù)主要設(shè)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(shè)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(yōu)化，并且以約束條件和優(yōu)化設(shè)計變量為依據(jù)構(gòu)造的目標(biāo)函數(shù)，在充分保證支護(hù)結(jié)構(gòu)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(jié)束語

深基坑工程支護(hù)技術(shù)的要求和難度越來越高，在保證安全的情況下節(jié)省工程造價，采取科學(xué)合理的措施加大深基坑支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是十分重要的。當(dāng)前，此項工作面臨著方案復(fù)雜、技術(shù)難度大、缺乏設(shè)計資料等問題，因此今后的發(fā)展方向，是依托國家關(guān)于深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計集成系統(tǒng)的研究以及工程示范的標(biāo)準(zhǔn)，研究建立深基坑支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，強(qiáng)化不同支護(hù)型式的結(jié)構(gòu)安全性，通過優(yōu)化算法，開發(fā)出更完善的深基坑細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁敏.深基坑支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用研究[D].重慶大學(xué),2012.

[2]潘威,趙軒.深基坑支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用研究[J].建設(shè)科技,2015,(7):109-110.

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

作者：高睿 單位：武漢市勘察設(shè)計有限公司