深基坑排桩支护结构优化设计.pdf

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1、2015年9月建材与装饰交通建设深基坑排桩支护结构优化设计丁敏穆健（重庆市巴南区公路工程质量监督站重庆401320）摘要：对深基坑工程排桩支护结构优化设计的进行了数学解释，描述了设计变量的选择、约束条件的确定、目标函数的确立三方面的内容。对排桩的相关设计变量进行了敏感性分析，挑选出对优化目标影响较大的设计变量，概括出排桩支护结构的主要约束条件，确定以综合造价为优化目标的最终优化目标函数，从而建立了深基坑排桩支护结构优化设计数学模型。关键词：排桩；约束条件；敏感性分析中图分类号：TU476文献标识码：A文章编号：1673-0038（2015）38-0293-0

2、3前言深基坑支护工程的优化设计依据其设计阶段不同，可分为两大类，即方案优化设计和结构优化设计。方案优化设计是根据深基坑工程诸多方面需求，对各个可行的支护方案进行比较，从中优选出最佳支护方案。针对深基坑优化的问题，本文重点研究了深基坑排桩支护结构形式的设计变量选择、约束条件确定、目标函数确立以及优化设计模型建立的等方面内容。图2最大位移与嵌固深度关系曲线1设计变量的确定说明，在支护结构安全稳定性有一定的保证的情况下，继续嵌固深度是无用的[3]。深基坑排桩支护结构的设计变量分为支护桩结构和支撑结构。排桩的关键设计变量有：桩径、桩中心距、桩嵌固深度、混凝1.3支撑

3、位置土强度等级和支撑位置等[2]。为了合理确定优化设计变量取值范围，通过实例对设计变量参数做了敏感性分析。基坑实例：基坑深度16m，土层分五层。其力学性质指标是分别是：c=12kPa，准=11毅，酌=19kN/m3，厚度H1111=2m；c=20kPa，准=17毅，酌=19kN/m3，厚度H=2.5m；c=10kPa，准=22223312毅，酌=19kN/m3，厚度H=9m；c=25kPa，准4=27毅，酌=21kN/m3，厚3344图3最大位移与支撑位置关系曲线度H=1.5m；c=36kPa，准=32毅，酌=20.5kN/m3，厚度H=10m；坡45555

4、为了简化支撑位置对支护结构安全性影响的分析，设定第一顶荷载q=20kN/m。道支撑和第二道支撑的间距为4m。依图3所示，最大位移值随1.1桩径及桩中心距支撑位置h的变化不是单调变化，而是存在一个极值[4]。i如图1所示，桩身最大位移值随着桩径d的增大而逐渐减p1.4混凝土强度等级小。当桩径小于1.2m时，最大位移值变化较为明显；当桩径大于1.2m时，最大位移值变化趋势趋于平缓[4]。由此，可以得出这样的结论，合理地提高桩径对排桩支护结构的安全稳定性有着显著的改善。图4最大位移与混凝土强度值关系曲线依图4所示，最大位移值随混凝土强度值E的不断增大而c逐渐减小[

5、4]。由此说明混凝土强度值也同样存在这样一个临界值，超出这个值，支护结构的安全稳定性不会明显提高，增加的图1最大位移与桩径关系曲线只有造价而已[6]。1.2桩嵌固深度（如图2）2优化设计目标函数的数学描述从上面的分析结果可以看出，最大位移值随嵌固深度h的d对于排桩支护结构，其造价一般包括桩体造、锚杆、内支撑造增大而逐渐减小。当嵌固深度小于7m时，最大位移值变化较为价以及施工造价等[7]。选取桩、锚杆材料造价为目标函数，可分别显著；而当嵌固深度大于7m时，最大位移值变化趋于平缓。由此·293·交通建设建材与装饰2015年9月表示为：钢筋抗拉强度；A为纵向钢筋总

6、截面面积；d纵向钢筋围成圆的ss2.1支撑结构为锚杆半径；琢为受拉钢筋截面面积与总钢筋截面面积的比值[8]。tNN仔2LL仔2F=7.85·移d·Lg·C+移Li·g+C+A·C+d·C·aiam蓸ss4pct蔀i=14Shi=1ShLg·（H+h）Sdh2.2支撑结构为内支撑仔2LF=A·C+d·C·g·（H+h）图5沿周边均匀配筋的圆形截面蓸ss4pct蔀dSh3.3.2变形约束式中：N为锚杆层数；Li为各层锚杆长度；As为配筋面积；Cs排桩支护结构最大水平位移应符合下式要求[i]：为排桩钢筋每kg造价；dp为桩径；Cct为混凝土每立方米造价；Lgg2（

7、X）=啄-[啄]为围护结构深度（Lg=基坑深度H+嵌固深度hd）；Lg为基坑周长；式中：啄为支护桩的最大水平位移；[啄]为支护桩变形限制。S为锚杆水平间距；d为锚杆直径；D为锚杆孔径；C为锚杆每立3.3.3排桩支护的整体稳定性约束hpa嵌固深度按整体稳定性条件圆弧滑动简单条分法计算确定，方米造价；C为砂浆每立方米造价；C为混凝土每立方米造价。mct其公式为：3主要约束条件分析3.1设计变量约束g3（X）=酌k移（wi+qbi）sin兹i-移cikLi-移（wi+qbi）cos兹i·tan准ik设计变量的约束条件：式中：酌为整体滑动分项系数，可取1.3；w为第

8、i分条土重；ki桩径d：0.6耀2.0m（钻孔灌注桩