深基坑土钉支护结构参数优化探究

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1、深基坑土钉支护结构参数优化探究　　摘要：通过引入多个约束条件建立了深基坑土钉支护参数优化模型，并采用自行开发的IHGA对深基坑土钉墙的土钉道数、土钉直径、土钉长度、土钉水平间距、土钉竖向间距和土钉倾角等重要参数进行优化设计。关健词：土钉墙；支护结构；优化设计模型；约束条件；工程实例Abstract:Byintroducingmultipleconstraintconditionsfortheestablishmentofadeepfoundationpitparameteroptimizationmodel,andutilizestheIHGAtosoilnailingwalli

2、ndeepfoundationpitsoilnailingnumber,diameter,lengthofsoilnail,nailnails,nailverticaldistanceandhorizontalspacingofsoilnailingandotherimportantparametersareoptimizeddesign.Keywords:soilnailingwall;retainingstructure;optimizationmodel;constraintconditions;engineeringexample中图分类号：TU741、引言7在深基坑开挖

3、过程中，土钉支护已成为继排桩支护、连续墙支护、锚杆支护之后又一项成熟的支护技术。它经济可靠，施工快速简便，而得到迅速推广和应用。目前采用的计算方法都是建立在以往工程经验的基础之上，造成了工程材料的明显浪费。对深基坑土钉支护参数的优化十分必要，优化后的设计结果不仅保证了深基坑的稳定性，而且使其工程材料成本大大降低。2、优化设计模型的建立2.1目标函数取单位长度土钉墙材料造价为目标函数，1m3的水泥沙浆价格为1，土钉钢筋与水泥沙浆价格比为a，则目标函数为：，(1)式中N为土钉道数；d为土钉直径；D为土钉孔径；li为第i道土钉长度；Sh为土钉水平间距。2.2优化设计变量优化设计变量的选

4、取原则，应该选取那些对目标函数值影响大，而且一般设计者不易掌握得很准的设计参数，作为优化过程中的设计变量。而将另一些设计者凭经验就可以解决或根据规范、地质条件和其它要求就能确定的参数作为参量，预先固定下来。其基本思想是突出主要矛盾，简化优化过程。优化设计变量有：土钉道数N、土钉直径d、土钉长度L、土钉水平间距Sh、土钉竖向间距Sv、土钉倾角。7(2)(3)(4)(5)(6)(7)其中，m为土钉道数可取值个数；c为每道土钉直径可取值个数；e为每道土钉长度可取值个数；f为土钉水平间距可取值个数；g为土钉竖向间距可取值个数；q为土钉倾角可取值个数。2.3约束条件,(8)式(8)为土钉强

5、度约束条件，,为土钉的许用应力和在各种工况下最不利的应力；(i=N+1)，(9)式(9)为抗滑移稳定性约束条件；为土钉墙底面与土体之间的摩擦系数；为土钉墙单位长度自重；为地面均布超载；B为土钉墙等效宽度，取底部土钉的水平投影长度；为单位墙长土压力；(i=N+2)，(10)式(10)为抗倾覆稳定性约束条件，H为开挖深度；(i=N+3)，(11)7式(11)为地基承载力约束条件，为土钉墙平均压力；为土钉墙最大压力；为土钉墙底面地基承载力设计值；(i=N+5)(12)式(12)为深部整体圆弧破坏面失稳的约束条件；、分别为作用于土条r的自重和地面、地下荷载；为土条r圆弧破坏面切线与水平面

6、的夹角；土条r的宽度；土条r圆弧破坏面所处第j层土的内摩擦角；土条r圆弧破坏面所处第j层土的粘聚力。为深部整体圆弧滑动安全系数要求值，当基坑深度小于6m时，取值为1.2；当深度为6~12m时，取值为1.3；当深度大于12m时，取值为1.4。(i=N+6)(13)式(13)为土钉支护的内部整体稳定性约束条件；Shk为第k排土钉的水平间距；第k排土钉轴线与该处破坏面切线之间的夹角；Rk为破坏面上第k排土钉的最大抗力。3、工程实例图1玉麟花园土钉支护现场Fig.1SoilnailsupportofYu-lingarden沈阳玉麟花园基坑开挖深度为7.5m，坑壁坡角为78.70°。基坑开

7、挖深度内各土层物理力学指标如表4.1所示。根据场地工程地质条件和周围环境情况，设计采用土钉墙方案。土钉及混凝土面层设计参量的选取按原设计，如表4.2,表4.3所示。地表平均附加荷载取15kN/m2。7表1基坑开挖深度内各土层物理力学指标Table1Thephysicalmechanicalindexofeverysoillayerindigdepthofexcavation表2土钉墙设计参量Table2Theparametersofnailedsoilwall表3混凝土面层设计参