水泥土桩-锚杆复合式基坑支护结构优化设计

合集下载

管桩锚杆复合支护结构在深基坑中应用论文

管桩锚杆复合支护结构在深基坑中应用论文

浅析管桩锚杆复合支护结构在深基坑中的应用摘要:随着现代化经济的飞快发展,为了解决城市用地有限和人口密集的矛盾,开发地下空间成为重要课题。

高层或超高层建筑的基础设计越来越深,深基础施工技术也跟着不断发展。

本文作者结合工程实例,根据基坑各部位土质差异与不同变形控制重要性,采用桩锚及喷锚网复合支护方案。

通过合理施工既确保了工程质量,又节约了成本。

基坑监测表明,应用桩锚复合支护方案取得了良好效果,为相关工程提供参考借鉴。

关键词: 深基坑工程;管桩;锚杆;组合支护技术abstract: with the development of modern economy quickly, in order to solve the urban land use limited and dense contradiction, the development of underground space to become an important issue. top or tall building foundation design more and more deep, deep foundation construction technology also follow continuous development. in this paper the author combined with the engineering practice, according to each part of the foundation pit deformation control soil differences and different importance, the anchor pile composite support scheme and a case. through the reasonable construction both to ensure that the engineering quality, and saving the cost. foundation excavation monitor, it shows that the application of anchor pile composite support scheme hasachieved good effect, which provide a reference for related projects.keywords: deep foundation pit engineering; pipe; anchor; combination supporting technology中图分类号:tv551.4文献标识码:a 文章编号:1基坑支护中phc管桩介绍预应力混凝土管桩是近十多来年来发展起来的一种新型的桩基形式,由于其经济性、施工速度快、对环境污染小等优点已在建筑物基础中广为应用。

桩锚加土钉墙复合支护施工组织方案

桩锚加土钉墙复合支护施工组织方案

桩锚加土钉墙复合支护施工组织方案一、施工目标1.保证人员安全,确保施工过程中无事故发生。

2.保证工程质量,确保施工完成后的桩锚加土钉墙复合支护具有稳定性和耐久性。

3.保证施工进度,按计划完成复合支护工程。

二、施工准备1.编制详细的施工方案,设计桩锚和土钉的数量、尺寸和布置方式。

2.采购所需材料和设备,如钢筋、钢板、锚杆、土钉、水泥等。

3.组织人员,确定工程班组和各岗位职责。

4.进行现场勘察和测量,确定施工范围和地质情况。

5.制定安全管理方案,包括施工人员的安全教育和安全设备的配备。

三、施工步骤1.清理施工现场,清除障碍物和垃圾。

2.进行土壤开挖,在墙体周围开挖基坑,并按设计要求处理土壤。

3.进行桩锚施工,按设计要求安装锚杆、钢筋和钢板,现浇混凝土。

4.进行土钉施工,按设计要求安装土钉,加固墙体。

5.进行复合支护施工,将土钉与桩锚相连,并进行连接件的焊接、拧紧和检查。

6.进行墙体喷抹,涂刷防水材料和保温材料。

7.进行辅助工程,如安装护坡、排水系统等。

8.进行施工检查和验收,确保工程质量。

四、施工要点1.注意施工人员的安全,配备必要的安全设备,并进行安全教育。

2.严格按照设计要求施工,确保桩锚和土钉的数量、尺寸和布置符合要求。

3.使用合适的材料和设备,确保施工质量。

4.进行施工监测,及时发现并处理施工过程中出现的问题。

5.严格按照施工进度进行施工,确保工程按计划完成。

五、施工方案的风险控制措施1.进行充分的勘察和测量,了解地质情况,选择合适的施工工艺和材料。

2.加强施工现场的管理,保证施工现场的安全和整洁。

3.严格遵守施工规范和操作规程,确保施工质量和工程稳定性。

4.定期组织施工人员进行安全教育和技术培训,提高施工人员的安全意识和技术水平。

5.定期进行施工检查和验收,及时发现和解决存在的问题。

六、施工要求1.施工人员必须持有效证件,并经过专业培训合格。

2.施工现场必须设置警示标志,并配备必要的安全设备和消防设备。

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计稳定性分析

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计稳定性分析

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计稳定性分析一、引言深基坑支护设计是土木工程领域中一个重要且复杂的问题。

在城市建设中,由于基础条件限制和周围环境的影响,需要进行深基坑的开挖,为了保证深基坑的稳定,需要进行有效的支护设计。

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计是目前被广泛应用的一种支护方法,能够有效解决深基坑支护设计中的复杂问题。

本文将对深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计进行稳定性分析,以期为深基坑支护设计提供更加科学和可靠的支护方案。

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计是指在深基坑开挖过程中,通过预应力锚杆和土钉的复合支护,以提高基坑支护的稳定性和承载能力。

预应力锚杆是通过在岩体中锚固预应力锚杆,并施加预应力,从而在地下增加一种受拉状态的支护力,可以有效控制基坑周围土体的变形和破坏。

土钉是将钢筋钉锚入岩土体中,然后以一定的倾角和长度进行布置固定,形成土钉墙结构,具有较大的抵抗水平土压力的能力。

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计利用预应力锚杆和土钉的复合作用,能够有效控制深基坑支护期的变形和破坏,保证基坑的安全稳定。

1.力学模型的建立深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计中,需要建立基坑支护结构的力学模型。

对基坑周围土体进行力学参数的测定和分析,包括土体的弹性模量、剪切模量、内摩擦角等参数的获取。

在此基础上,建立深基坑支护结构的力学模型,包括预应力锚杆和土钉的受力模型以及与土体之间的相互作用模型。

2.稳定性分析的基本原理3.稳定性分析的计算方法在深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计中,可以使用有限元分析等数值计算方法进行稳定性分析。

通过对基坑支护结构进行有限元模拟,得到基坑支护结构在受力条件下的变形、应力、位移等参数,从而进行基坑支护结构的稳定性分析。

还可以结合实际工程数据进行参数校核和对比分析,以验证稳定性分析的结果。

五、结论与展望。

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计稳定性分析

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计稳定性分析

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计稳定性分析深基坑在城市建设中是非常常见的工程项目,而在深基坑的施工过程中,为了确保周围环境和建筑物的安全,通常需要进行支护设计。

预应力锚杆复合土钉支护是一种常见的支护方式,通过预应力锚杆和土钉来共同支撑和固定土体,以保证基坑的稳定。

本文将对深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计的稳定性进行分析,以期为相关工程提供参考。

一、预应力锚杆复合土钉支护设计原理1. 预应力锚杆的作用预应力锚杆是一种利用锚杆和预应力锁紧装置共同作用的支护材料,通过预应力锚杆的张力将土体和周围的构筑物锚固在一起,从而防止土体的位移和变形,增加了土体的承载能力,提高了基坑的稳定性。

2. 土钉的作用土钉是一种通过在土体中打孔,并在孔内灌注混凝土或注浆材料的支护结构,通过土钉和土体相互作用,能够有效地抵抗土体的位移和变形,提高了土体的抗剪强度和稳定性。

3. 复合土钉支护的原理1. 地质和土层情况在进行深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计之前,首先需要对工地的地质和土层情况进行认真的调查和分析。

包括地层的性质、土体的稳定性、地下水位的情况等,这些因素都将对支护设计产生重要影响。

2. 支护结构的设计和布置根据工地的实际情况,设计合理的预应力锚杆和土钉的布置方案,包括锚杆和土钉的长度、直径、间距等参数的确定,以及锚固点的选择和固定方式的设计,保证支护结构的合理性和可靠性。

3. 荷载和变形分析通过对工程荷载和土体变形特点的分析,确定预应力锚杆和土钉的受力状态和支护效果,包括土体的位移、应力分布情况、支护结构的变形情况等,保证支护系统在工程荷载和变形作用下的稳定性和安全性。

4. 稳定性分析通过有限元分析、强度和变形计算等方法,对预应力锚杆复合土钉支护结构进行稳定性分析,评估其承载能力、抗剪强度和变形性能,从而确定支护结构的合理性和稳定性。

5. 安全性评估根据设计参数和分析结果,对支护设计进行整体的安全性评估,包括对支护结构的可靠性、耐久性、施工和维护的便捷性等方面进行全面考虑,保证支护系统在工程实践中的安全可靠性。

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计稳定性分析

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计稳定性分析

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计稳定性分析1. 引言1.1 研究背景深基坑工程是城市建设中常见的重要工程之一,其施工过程中存在着较大的施工难度和风险。

在深基坑工程中,为了保证基坑结构的稳定性和安全性,常常需要采取各种支护措施。

预应力锚杆和土钉支护作为两种常用的支护方式,在深基坑工程中得到了广泛的应用。

预应力锚杆是指在地质较差或者施工环境复杂的情况下,通过预先施加预应力,使支护结构获得稳定的支撑力。

而土钉支护则是利用钢筋或钢绞线固定在围岩或土体中形成一个整体,以增加支护结构的稳定性。

将预应力锚杆和土钉支护结合起来,形成预应力锚杆复合土钉支护,可以有效地提高支护结构的承载能力和抗变形能力。

深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计是深基坑工程中的重点问题之一,对于确保基坑结构的安全和稳定性具有重要意义。

有必要对深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计进行深入研究和分析,以提高工程质量和效果。

1.2 研究意义深基坑预应力锚杆复合土钉支护是一种新型的地下工程支护方式,具有较强的抗压、抗拉、抗剪等性能。

其设计施工简便,成本相对较低,能够有效地提高基坑支护的整体稳定性和安全性。

针对目前地下工程中普遍存在的基坑支护难度大、成本高等问题,深基坑预应力锚杆复合土钉支护的研究具有重要的实际意义。

通过开展深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计的研究,可以有效提高地下工程的施工效率和质量,减少工程成本,降低施工难度,提高工程的安全性和稳定性。

同时,对于基坑工程的设计和施工具有一定的指导意义,为相关领域的研究和实践提供借鉴和参考。

因此,深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计的研究具有重要的理论和实践意义。

1.3 研究目的研究目的是为了探讨深基坑预应力锚杆复合土钉支护设计在工程实践中的应用效果,评估其在提高基坑支护稳定性和减少工程风险方面的作用。

通过分析其设计原理和方法,探讨其在不同工程环境下的适用性和可行性,为工程设计提供参考和指导。

通过对工程实例的分析和对风险及其控制措施的研究,进一步验证该支护设计的有效性,并为工程项目的实施和管理提供科学依据。

浅谈基坑支护优化设计

浅谈基坑支护优化设计

浅谈基坑支护优化设计基坑是指在土方开挖中,由于地质条件、深浅、容许变位附近建筑物的限制等因素,须采取措施保证开挖坑壁的稳定和周围建筑物的安全的一种工程措施。

基坑支护优化设计就是通过对基坑支护方案进行合理优化,以达到最佳的工程效果和经济效益。

在进行基坑支护优化设计时,首先要考虑的是基坑的周围环境和地质条件。

不同地质条件下的基坑支护方案会有所差异。

在软弱地质条件下,可以采用钢支撑或预应力锚杆进行支护,而在硬壁岩石地层中,则可以考虑采用爆破或喷射锚杆进行支护。

在进行基坑支护优化设计时,要充分了解和分析基坑周围的地质情况,选择合适的支护方案。

要考虑基坑支护的持久性和稳定性。

基坑支护的持久性是指基坑支护结构在使用寿命内能够保持稳定的能力。

而稳定性则是指基坑支护结构在施工和使用过程中不会发生破坏和变位的能力。

为了保证基坑支护的持久性和稳定性,可以采用增加地下连续墙的厚度和深度、加强边坡支护等措施,提高支护结构的稳定性。

基坑支护优化设计还要考虑施工的经济性。

施工成本是一个重要因素,因此在进行基坑支护优化设计时,要尽量选择经济合理的施工方案。

在选择支护材料时,可以根据实际情况选择性价比较高的材料,或者通过合理的设计减少材料的使用量,以降低施工成本。

基坑支护优化设计还要考虑施工的安全性。

基坑支护施工是一项复杂的工程,需要做好施工安全措施,确保施工过程中不会发生事故。

在基坑支护优化设计中,可采用一些安全措施,如设置防护栏、加强对施工人员的培训等,以确保施工的安全性。

基坑支护优化设计是一个综合考虑地质条件、支护持久性、施工经济性和施工安全性的过程。

通过合理的优化设计,可以提高工程的效果和经济效益,保证基坑支护工程的顺利进行。

浅谈基坑支护优化设计

浅谈基坑支护优化设计

浅谈基坑支护优化设计基坑支护是土木工程中常见的一项施工技术,主要用于保障基坑的稳定和安全。

在施工过程中,基坑支护优化设计是非常重要的环节,可以有效提高施工效率和质量。

本文将从设计参数的选择、支护结构的优化以及施工工艺的改进等方面进行浅谈。

在基坑支护优化设计中,设计参数的选择十分关键。

设计参数的合理选择可以保证支护结构的稳定和安全。

基坑深度、土壤的力学性质、地下水位等因素都会对基坑支护结构的设计产生影响。

在选择参数时,需要充分考虑这些因素,结合具体工程情况进行综合考虑,确保设计的合理性。

支护结构的优化也是基坑支护优化设计的重要内容。

常见的基坑支护结构有钢支撑、桩墙、挡土墙等。

在设计过程中,可以通过调整支撑的形式、布置方式和材料选择等措施来优化支护结构。

在设计过程中可以根据基坑深度和周围环境条件,选择合适的支撑形式,如采用钢架支撑或钢筋混凝土支撑,以提高整体的稳定性。

对于一些特殊情况下的基坑支护设计,也可以采用一些创新的支护结构。

在狭窄空间条件下,可以采用臂架式的支撑结构;在需要进行地下连续墙施工的情况下,可以采用锚杆与支墙结合的方式来优化支护结构。

通过这些创新的支护结构设计,可以提高基坑支护的稳定性和工作效率。

基坑支护的施工工艺也是影响整体效果的一个重要因素。

在施工工艺上的改进可以进一步提高基坑的支护效果。

在支撑结构的施工过程中,可以采用预制装配式支撑体系,通过提前制作好的模块进行安装,可以提高整个施工过程的效率和质量。

在施工过程中还应加强工地管理,合理调配施工人力和机械设备,保证整个支护施工过程的顺利进行。

常见基坑支护形式优劣及成本

常见基坑支护形式优劣及成本

常见基坑支护形式优劣及成本常见的基坑支护形式包含以下多种类型:放坡、土钉墙支护、锚杆、钢板桩、水泥搅拌桩、SMW 工法桩、钻孔灌注桩、钻孔灌注桩双排刚架、内支撑、松木桩、空心方桩、高压旋喷桩以及地下连续墙。

现从适用条件、不适用条件、注意事项、具备的优势、存在的劣势、参考造价以及参考工期等多个角度,对上述所提及的这些常见基坑支护形式展开全面且详细的阐述。

一、放坡(一)适用条件1、基坑周边较为开阔,足以满足放坡条件;2、土层状况良好,且周边不存在重要建筑物以及地下管线的工程;3、基坑周边允许出现较大位移情况;4、开挖面以上的一定范围内不存在地下水,或者已进行降水处理。

(二)不适用条件1、存在于淤泥和流塑土层;2、地下水高于开挖面,或者未实施降水处理;3、基坑周边有对位移严格控制要求的建筑物、构筑物和地下管线等。

(三)注意事项1、在软土底层中采用单级放坡的基坑,其开挖深度不宜超过 4m,采用多级放坡开挖的基坑,开挖深度不宜大于 7m;2、在周边条件允许的情况下,应尽量增大放坡程度,尽量增加放坡脚的反压;3、要做好降水、截水、泄水等措施。

由于地下水会不断渗入基坑,在基础施工过程中需要持续抽水;4、坡面土体处于裸露状态,受雨水冲刷会影响边坡的稳定。

(四)优势1、造价最为低廉;2、支护施工的进度较快。

(五)劣势1、坑边变形较大;2、占用场地较多,回填土方量较大,在雨季或被地下水浸泡时容易坍塌;3、大放坡的土方开挖及回填工程量较大,在土方价格昂贵的地方造价较高。

(六)参考造价各地土方价格差异较大,单价可按150元/m3或1560元/延长米。

(七)参考工期按照 16 小时工作制,1 台 220 挖机 1 天可完成 1500m³土方,可完成 160 延长米边坡土方的平整。

二、土钉墙支护(一)适用条件1、主要用于岩土条件较好,基坑周边土体允许有较大位移,开挖深度不大于12m的基坑;2、适用于地下水位以上为粘土、粉质粘土、粉土和砂土,或已经降水处理、止水处理的岩土。

一种土钉与锚杆复合式双排桩基坑支护结构

一种土钉与锚杆复合式双排桩基坑支护结构

一种土钉与锚杆复合式双排桩基坑支护结构摘要:本文首先对土钉支护与复合锚杆支护做出概述,总结并分析了土钉与锚杆复合支护的作用机理,设计了一种土钉与锚杆复合式双排桩基坑支护,两种支护技术的联合使用,能够充分地发挥各自的优势,既能表现出较好的工作性能又具有经济效益,在众多基坑支护工程中得到了广泛应用并取得了很好的支护效果,值得更深入的研究与分析。

关键词:土钉;锚杆;双排桩基坑支护;结构1 概述双排桩支护结构是近年来出现的一种围护结构形式,在工程上得到了越来越广泛的应用,它是由两排平行的钢筋混凝土桩以及桩顶的连梁形成的空间门架式结构体系。

由于普通的双排桩支护结构具有整体刚度大、施工简便快速等优点,在基坑开挖深度不大时适合使用。

当基坑开挖深度较大或地质条件较差时,如需采用一般的双排桩基坑支护结构不能满足设计要求且没有足够的空间施工的情况下,如何满足保持支护结构的稳定而又施工方便是普通的双排桩支护结构遇到的最大问题。

基坑支护设计是当前建筑设计施工中存在的难题,设计方案是否科学合理,直接关系到工程的质量、进度、经济效益和安全,它也是个复杂的综合性工程问题,涉及到工程周边环境、场地地层特性和力学参数,同时还有土与支护结构之间的共同作用。

2 土钉与锚杆复合支护的作用机理虽然土钉与锚杆复合支护能够提高支护效果,但是两者却有着本质不同的作用机理。

土钉是被动支护结构,即只有当止体与土钉发生相对位移时,土钉才会被动受力,发挥其支护效果;锚杆被施加预应力后变为主动支护结构,即能够主动限制±体变形。

因此,两者组成复合支护结构也会出现相互削弱作用,或多或少影响对方支护性能的充分发挥。

另外,土钉与锚杆的长度、水文地质条件、基坑放坡情况等因素都会使得复合支护结构表现出不同的作用机理,影响到支护效果。

总而言之,土钉与锚杆复合支护的作用机理比较复杂,到目前为止其部分理论仍不成熟,只有笼统的解释。

3 土钉与锚杆复合式双排桩基坑支护的设计图1为土钉与锚杆复合式双排桩基坑支护结构图,本土钉与锚杆复合式双排桩基坑支护结构兼具土钉与锚杆支护体系和双排桩支护体系的优点,同时土钉可重复利用,该支护结构包括前排桩1、后排桩2、连接于前排桩1顶端的前排桩圈梁3、连接于后排桩2顶端的后排桩圈梁5、连接于前排桩圈梁3和后排桩圈梁5之间的连系梁4,其中:前排桩1和后排桩2按矩形布置,前排桩1和后排桩2的高度不同以便于节省材料,前排桩1和后排桩2的直径相同,前排桩1和后排桩2均为900mm-1200mm的混凝土灌注桩,前排桩1和后排桩2之间有一定间距,一般为(2-4)倍桩径,连系梁4为钢筋混凝土梁。

建筑基坑锚杆复合支护施工技术

建筑基坑锚杆复合支护施工技术

建筑基坑锚杆复合支护施工技术摘要:本基坑支护工程在确定采用深层水泥搅拌桩结合锚杆喷锚支护的方法前,曾尝试论证其它支护结构的方法,如深层水泥搅拌桩结合排桩支护的方法,方法对比可节约35%的工程成本。

关键词:建筑基坑;水泥搅拌桩;锚杆;喷锚;监测1工程概况南宁市公安局新址综合技术楼位于南宁市大学路66号。

地上28层,建筑面积为44213.7m2,地下2层(局部1层),建筑面积为39974m2,总建筑面积为84187.7m2。

建筑高度为99.6m。

裙楼为框架结构,主楼为框架剪力墙结构。

本工程±0.00相当于绝对标高78.4m。

根据岩土工程勘察报告,场区地形平坦,场地土、岩层分别为填土、粘土层、圆砾层和强风化泥岩,具体见表1。

表1 土层地质情况场地地下水水位埋深约1.50m,地下含水量丰富,地下水主要是上层滞水、承压水。

2、施工难点分析及支护方案设计2.1 施工难点分析本工程场地狭窄,三侧有建筑物,其中东侧为天然地基3~4 层的居民楼,西侧为市政道路,北面为四层的临建设施(见图1);基坑边坡只有南面可以放坡超过1:1,其余基坑边放坡接近于垂直,施工时还必须确保邻近建筑物、市政道路、市政管线的安全。

图1基坑总平面图由于地下水位较高,且土质相对较差,降水止水措施、基坑支护的好坏成为工程施工的关键。

施工期正好是南方的多雨季节,因此,基坑开挖的止水、土体边坡的稳定是安全施工的保证,故采用深层水泥搅拌桩+ 锚杆喷锚复合支护技术。

锚杆支护是土钉墙支护结构的一种方法,它的基本原理是借助于加固材料在主动区(滑动区)所产生的拉力传到阻抗区以增加滑动面上的垂直应力,进而提高土层的抗剪强度,且在滑动面上加固材料可借助于土层提供的被动土压力,产生剪力和弯矩以抵抗主动区的滑动,达到稳定开挖面的目的,锚杆采用钢花管。

锚固支护结构由两部分组成,即锚杆锚固和喷射钢筋混凝土面层。

锚杆采用一定管径的钢管,制作成滤管,入土端加工成桩尖状,滤水孔对向,孔眼前端(造管尖端)焊接钢筋或角钢板,构成孔前倒刺及保护块,然后采用冲击锤或土钉将锚杆按设计角度及位置击入土中再进行高压注浆。

浅谈基坑支护优化设计

浅谈基坑支护优化设计

浅谈基坑支护优化设计基坑支护设计是指在工程施工中针对基坑边坡或基坑支护结构进行优化设计的工作。

基坑支护优化设计的目的是提高支护结构的稳定性和安全性,减少施工过程中的风险和变化,并降低施工成本。

基坑支护优化设计需要充分考虑工程的实际情况和施工需求,综合分析和评估各种支护方式的优缺点,选择适合的支护方案。

通常,基坑支护设计可以分为静力分析方法和动力分析方法两种。

在静力分析中,可以采用杨氏切割法、手算法、有限元法等方法进行分析和优化设计。

有限元法是一种较为常用的分析方法,能够更准确地模拟支护结构的行为和变形,为设计者提供更多的信息。

在动力分析中,可以采用数值模拟方法对基坑支护结构进行动力响应分析和振动影响评估。

这些分析可以为设计者提供支护结构的稳定性和安全性的信息,避免共振和破坏等问题的发生。

基坑支护优化设计还需要考虑土壤的力学性质和水文地质条件,选择合适的材料和施工方法。

在土壤稳定性差、地下水位高的情况下,可以采用深层墙和钢支撑等支护方式来增加支护结构的稳定性。

基坑支护优化设计还需要考虑施工中可能遇到的问题和风险,并进行合理的设计和施工措施。

在地质条件复杂、施工过程中可能遇到地下水、地下管线等问题的情况下,需要采取相应的措施来应对和处理。

基坑支护优化设计是工程施工中必不可少的一项工作,它能够提高支护结构的稳定性和安全性,减少施工风险和变化,并降低施工成本。

设计者需要充分考虑工程的实际情况和需要,选择合适的支护方案,并采用适当的分析方法和施工措施。

基坑支护优化设计的实施需要多学科的交叉和合作,才能取得良好的效果。

深基坑支护桩和预应力锚杆复合支护方式探讨

深基坑支护桩和预应力锚杆复合支护方式探讨

| 工程技术与应用 | Engineering Technology and Application ·32·2019年第15期深基坑支护桩和预应力锚杆复合支护方式探讨沈科元(中铁城建集团有限公司总承包分公司,湖南 长沙 410006)摘 要:深基坑支护桩和预应力锚杆复合支护方式作为当前建筑工程行业正在兴起的工程支护方式,其在保护建筑物的沉降、支持支护结构的整体稳定以及提高建筑物的美观程度等方面具有极其重要的作用,在当前部分建筑工程的建筑过程中,出现了在支护方式实施之前监控量测不够严密以及支护方式施工时相关标准不够严格等问题,文章对深基坑支护桩和预应力锚杆复合支护方式施工过程中所出现的相关问题进行简单的研究,就如何更好地进行深基坑支护桩和预应力锚杆复合支护方式提一些意见和建议。

关键词:深基坑支护桩;预应力锚杆;复合支护方式中图分类号:TU753 文献标志码:A 文章编号:2096-2789(2019)15-0032-02作者简介:沈科元(1988—),男,本科,工程师,研究方向:土木工程。

深基坑支护桩和预应力锚杆复合支护方式相较于传统单一的支护方式来说具有施工工期短、施工标准简便以及支护效果好等特点。

虽然其具有以上较多优点,但在实际的施工过程中,由于相关施工人员的监控量测失误等问题,深基坑支护桩和预应力锚杆复合支护方式未能在当前快速发展的建筑行业中发挥出真正的作用。

接下来将就复合支护方式具体施工过程中所出现的相关问题进行分析,并介绍几种可以加强深基坑支护桩和预应力锚杆复合支护方式的支护效果的相关方法。

1 在深基坑支护桩和预应力锚杆复合支护方式施工过程中出现的问题1.1 施工进行之前的地质预报环节不够及时与精确在复合支护方式施工之前,相关部门要进行施工区域的地质预报,使得施工部门能够及时并且准确地了解施工区域掌子面前方的地质特点和条件,以便根据掌子面前方的地质特点和条件,及时地调整施工路线与区域,对于在前方施工区域中出现的不良地质进行仔细的研究,并找到相应的解决办法。

建筑基坑工程水泥搅拌桩-锚杆复合支护的设计与施工

建筑基坑工程水泥搅拌桩-锚杆复合支护的设计与施工

建筑基坑工程水泥搅拌桩-锚杆复合支护的设计与施工。

txt51自信是永不枯竭的源泉,自信是奔腾不息的波涛,自信是急流奋进的渠道,自信是真正的成功之母。

建筑基坑工程水泥搅拌桩-锚杆复合支护的设计与施工来源:中国论文下载中心 [ 10-01—15 15:30:00 ]作者:易文涛刘玥镶编辑:studa20-摘要:本文结合工程实例和工程地质状况,详细分析了基坑工程水泥搅拌桩—锚杆复合支护技术方案设计,并分别对桩-锚复合支护施工技术要点及施工效果检测进行了详细阐述和总结。

关键词:基坑工程;水泥搅拌桩,锚杆,复合支护;设计与施工1引言由于水泥搅拌桩构成的重力式挡墙布置方式灵活,基坑内无需设置内支撑,施工过程中无振动、无噪音、无污染,同时搅拌桩具有止水功能,这些优点使得该支护形式在基坑工程中得到广泛应用。

但水泥搅拌桩自身抗拉、抗剪强度很低,当基坑开挖深度较大时挡墙宽度明显增大,造价和挡墙侧向变形也随之增长,其应用范围受到一定限制。

为了充分发挥搅拌桩的优点,克服其抗拉、抗剪强度低等缺点,同时结合其他结构形式或材料的长处,水泥搅拌桩复合支护结构在工程中逐渐受到重视和发展,如加筋水泥搅拌桩重力式挡墙、SM工法、搅拌桩重力式挡墙与锚杆复合支护等。

水泥搅拌桩-土层锚杆这种复合支护结构,充分发挥和利用水泥搅拌桩的挡土和止水双重功能,以及砂层中锚杆具有良好锚固性能的特点。

2工程概况湖南株州某基坑支护与降水工程,基坑开挖深度约为5。

0m,支护周长约300m,基坑面积约为6500m2。

地下水位降深约为4.5m,场地总平面图见图1所示.根据钻探揭示,基坑开挖影响深度内场地岩土体依据其成因类型及工程性能,自上而下可分为:①杂填土:灰、灰黄等杂色,稍湿,松散,主要为建筑渣土新近回填。

含碎石、碎砖、块石等硬杂物20~30%,块石、粘性土、中砂等70~ 80%,本层在场地内均有分布,层厚2.40~5。

60m。

②中砂:灰、浅黄色、深灰色,饱和,松散~中密,主要成分为石英、长石,其中砂含16。

郑州东区某深基坑桩锚支护结构的优化设计及监测反分析

郑州东区某深基坑桩锚支护结构的优化设计及监测反分析

郑州东区某深基坑桩锚支护结构的优化设计及监测反分析摘要:桩锚支护方案是郑州东区深基坑中常见到的支护方案,本文通过工程实例,探讨在特定条件下对桩锚支护方案进行优化,从而做到在保证基坑安全的前提下符合经济的原则,通过对基坑的变形监测结果表明,支护效果较好。

对邻近地区类似基坑工程有一定的借鉴作用。

关键词郑州东区深基坑桩锚支护优化设计监测反分析中图分类号:u455.7+1文献标识码: a 文章编号:引言拟建工程位于郑州东区,总建筑面积约为175万m2。

一期工程主楼11栋,各建筑物为23~30层,裙楼2~8层,地下车库均为2层且相互连通,基底深度为自然地坪向下约11.00~11.50m。

基坑开挖边线南侧距路边线9.00m,西侧距路边线约9.00m,东侧距大道绿化带边线约25.00m,北侧为拟建二期场地,其中尤以西侧和南侧环境条件较复杂。

拟建基坑周边环境条件见表1。

具体情况详见图1。

基坑场地周边临建距基坑边线距离一览表表1图1郑州东区某深基坑环境及支护平面布置图1.场地工程地质条件及水文地质条件场区位于冲积、冲洪积平原,地层岩性主要为粉土、粉质粘土,按其成因类型、岩性及工程地质特性现将在基坑支护影响范围内的工程地质单元层描述如下:第⑴1层 (q4ml):杂填土,以建筑垃圾为主,大部分已经挖除。

层底深度0.40~3.00m,平均厚度1.40m。

第⑴层 (q4al):新近沉积粉土,浅黄色,稍湿,稍密,层底深度1.10~4.20m,层厚0.30~2.60m,平均厚度1.9m。

第⑵层 (q4al):新近沉积粉土,浅黄色,湿,稍密,层底深度3.50~6.70m,层厚1.70~4.00m,平均厚度2.5m。

第⑶层(q4al):新近沉积粉土,褐黄色,湿,稍密,层底深度5.10~9.80m,层厚1.00~4.50m,平均厚度2.89m。

第⑷层 (q4al):粉土,褐黄色,湿,中密,层底深度7.40~11.80m,层厚0.70~4.50m,平均厚度2.2m。

水泥土桩-锚杆复合式基坑支护结构优化设计

水泥土桩-锚杆复合式基坑支护结构优化设计

水泥土桩-锚杆复合式基坑支护结构优化设计摘要:将遗传算法引入到水泥土桩-锚杆支护结构的优化设计中,建立了以综合总造价为目标函数,以嵌固深度、锚杆支点位置、锚杆长度、水泥土墙宽度为设计变量的优化设计数学模型。

结合工程实例验证该方法的有效性,通过有限元数值模拟,分析优化设计取得的成果。

关键词:基坑;水泥土桩-锚杆支护结构;遗传算法;优化设计水泥土搅拌桩作为一种常见基坑支护型式,具有施工操作简便、工期短、造价低、能隔水防渗等优点,但水泥土桩侧向位移不易控制,且其材料属于脆性材料,抗弯性能较差,这些缺点限制了水泥土搅拌桩在变形要求严格、深度大的基坑工程中的应用[1]。

锚杆技术具有对边坡扰动小、可有效控制结构变形的优点。

但锚杆受土体性质制约较大,当土质较差时,锚杆不能提供有效抗拔力。

因此,将水泥土搅拌桩和锚杆技术联合应用,能扬长避短,充分发挥它们各自的优点。

目前对该支护型式的设计计算方法大多采用传统的试算法,此方法不仅过程繁琐,且难以得到理想的结果。

遗传算法[3](genetic algorithm,简称ga)作为一种新型的优化算法,为基坑支护优化方法上开辟了新思路。

肖专文和龚晓楠等[4](1999)利用遗传算法对土钉支护结构进行优化设计;冯仲仁[5](2003), 陈昌富和吴子儒[6](2005)利用遗传算法对水泥土搅拌桩进行优化设计,其建立的优化设计数学模型都没有考虑锚杆因素。

本文在深入地分析现有设计理论和方法的基础上,着重研究了水泥土桩-锚杆支护结构的优化设计数学模型的建立,并利用遗传算法对此优化设计模型求解,力求获得最优的设计方案。

1 优化设计数学模型1.1 设计变量设计变量的选取原则是选取那些对目标函数值影响较大的,而且是一般设计者不易掌握的设计参数,作为优化设计过程中的设计变量 [4]。

根据以上原则,确定下列变量为设计变量:嵌固深度、锚杆支点位置、锚杆长度、水泥土墙宽度。

设计计算模型见图1。

图1 水泥土桩加锚杆支护结构设计计算模型1.2 目标函数设支护方案的解种群空间为{chrom},求方案个体chrom′∈{chrom},使chrom′对应的方案综合总造价最小,即:(1)式中:costi表示方案空间中某一个方案个体第i个子工程的造价。

深基坑排桩锚杆复合支护结构的应用

深基坑排桩锚杆复合支护结构的应用

深基坑排桩锚杆复合支护结构的应用以某基坑工程为例,笔者介绍了排桩锚杆复合支护结构的应用,通过计算分析,该设计完全符合规范要求。

实践证明,工程结构安全可靠,取得了良好的社会经济效益。

标签:深基坑排桩锚杆联合支护结构设计1工程概况及地质情况各土(岩)层主要物理力学参数见表1。

2基坑支护方案选型2.1设计标准本基坑工程两边邻路,另两边临近有建筑物,因此基坑安全等级为一级,基坑重要性系数为1.1,围护结构允许的最大水平位移30mm,且≤0.00250H(H为基坑深度)取二者的较少值。

2.2基坑支护选型本工程基坑周边为市政路和已建建筑物,根据安全、科学、经济、合理的原则,综合分析后最终决定,本工程采用钻孔桩加两道锚杆(局部采用两道内撑)相结合的支护体系。

①排桩:为尽可能地减轻对相邻建筑基础的扰动,排桩采用泥浆护壁混凝土灌注桩,水平间距1.0m,桩径0.8m,桩长16.3m。

②锚杆:直径150mm,倾角40°,第一层锚杆位于桩顶标高下1.0m,长度9.5m;第二层锚杆位于桩顶标高下6.5m,倾角25°,长度10.0m。

锚索采用2根1860级钢绞线,锚杆轴向抗拉承载力设计值分别为400kN、380kN。

③冠梁:其作用是提高基坑支护结构的整体性,冠梁的截面为800(宽)×500(高)mm,配筋为:两侧各配置主筋4Φ20,上下面各配置主筋2Φ16,箍筋为Φ8@200(双肢箍),混凝土强度等级C25。

3基坑支护计算3.1计算软件本工程基坑支护设计主要采用理正深基坑支护设计软件F-SPW(5.04版)进行计算,可进行支护结构的内力、强度、变形(水平位移与地表沉降)的计算以及整体稳定、抗隆起等方面的验算,其可靠性已被大量工程实践所验证。

3.2设计荷载3.2.1永久荷载土压力:对于砂土采用水土分算,其他位于地下水位以下采用水土合算。

水压力:基坑外侧为钻孔初见水位,内侧坑底以下0.5米。

3.2.2可变荷载地面超载:距离基坑外边缘1m范围内禁止堆载,1m范围以外,按20 KPa 超载来计算。

桩-锚复合支护技术在建筑深基坑工程中的应用

桩-锚复合支护技术在建筑深基坑工程中的应用

桩-锚复合支护技术在建筑深基坑工程中的应用1引言建筑基坑桩-锚支护构造是将受拉杆件的一端固定在开挖基坑的稳定地层中,另一端与围护桩相联的基坑支护体系,它是在岩石锚杆理论研究比较成熟的根底上发展起来的一种挡土构造,安全经济的特点使它广泛应用于边坡和基坑支护工程中。

另外,在基坑内部施工时,开挖土方与桩锚支护体系互不干扰,能有效的缩短工期,在砂层和淤泥层中锚杆施工可采取压水钻进成孔法结合跟管钻进工艺,可有效防止孔口涌水和孔口流砂出现。

在水压力较大时,在周边环境允许的情况下,可采取局部降水,将坑外地下水位移降至成孔孔口以下,以防止孔口涌水和孔口流砂,尤其适用于复杂施工场地及对工期要求严格的基坑工程,因此对桩-锚支护构造设计与施工技术开展分析探讨具有较强的现实意义。

2工程概况场地地基土上覆土层由人工填土,淤泥质土粉质粘土、粉质粘土、圆砾及残积粉质粘土层组成,场地下伏基岩为第三系泥质粉砂岩,埋深较深。

地下水有赋存于人工填土中的上层滞水及下伏圆砾层中的潜水,含水量丰富,渗透性强,部分地段的地下水属于承压水。

周边均为道路与建筑物,场地内地下水位较高,地下水丰富,开挖范围内土层为杂填土、淤泥质土以及粉细砂层,本工程砂##某商住综合楼工程,剪构造,主楼18层,地下2 9. 20m,电梯井位置开挖深度达 建筑面积为26380m2,框-层,基坑总体开挖深度为 11. 5m,平面布置见图Io层厚,埋深大,而且砂层较密实,基坑开挖与支护存在一定难度。

3基坑支护构造方案设计3.1基坑支护方案的选择根据本工程特点,可以选用的基坑支护型式有:钻孔支护桩加设混凝土内支撑、桩锚式支护构造、逆作法、复合土钉墙支方案等。

钻孔支护桩加设混凝土内支撑方案能确基坑构造安全,位移小,对周边环境影响小,但内支撑装拆工序多,增加工程工期和工程造价,且内支撑影响地下室施工和土方开挖,工期很长;而逆作法造价高工艺复杂,工期长;复合型锚喷墙支护方案,砂层中施工采用钢管作为锚杆,设置预应力锚杆控制基坑位移,止水帷幕可以考虑采用上部深层搅拌桩下部摆喷桩作为止水帷幕,该方案造价与其他方案比较较低,但本工程周边均为重要建筑物与道路、管线,对支护构造的变形要求严格,而复合式土钉墙的支护构造变形一般较大,且土钉施工过程中会造成大量地下水流失,对周边环境造成极不利影响。

桩-锚复合基坑支护设计与施工工艺

桩-锚复合基坑支护设计与施工工艺

桩-锚复合基坑支护设计与施工工艺摘要:当前,我国经济处于高速发展时期,特别是基础建设进入到一个空前高涨的阶段,房地产业迅猛发展,大量的高层建筑拔地而起。

但同时,这些高层、超高层建筑对基础埋置深度提出了新的要求,地下建筑开挖的深基坑支护成为一个重要的、必要的施工过程。

因此,作为独立于业主和施工方的第三方的监理工程师而言,就应当高度重视深基坑支护的质量安全,并对工程质量控制点进行重点监控与管理,做好监理本职工作。

文以某基坑工程为例,介绍了桩-锚复合基坑支护设计与施工工艺。

关键词:基坑支护设计施工工艺工程概况现场自然地坪为-0.700m,由设计图纸、现场情况及XXX岩土工程勘察报告,确定基坑深度为1-1剖面为自然地坪下-11.35m,2-2剖面为自然地坪下-9.65m。

对基坑周围已查明的地下管线,考虑施工对管线的影响,根据具体情况采取相应的措施,对废弃污水管线必须从源头堵死。

未查明的地下管线施工时遇到具体情况及时采取加固措施。

开挖基坑北边距马路10m,距建筑红线即广告牌位置5m。

防止由于基坑变形影响城市交通采用桩-锚复合支护施工技术。

基坑支护设计2.1.上部基坑深度为3.5m,放坡系数为0.3,台宽1.05m,坡高3.5m,面层采用喷射混凝土,厚度50mm,强度为C20,内设一层钢筋网采用一级6钢筋,网格尺寸为300mmX300mm,斜拉加强筋为一级10钢筋。

2.2.水泥搅拌桩主要是以水泥浆做为固化剂通过灰浆泵及搅拌头压入土中强制将地基土和水泥浆拌合在一起,经过一系列的物理化学反应,使土硬结具有整体性、稳定性和一定强度的基坑支护结构。

水泥搅拌桩桩径为Φ500mm,桩距为350mm,搭接长度为150mm,搅拌桩的桩长详见各剖面图。

水泥采用P.O32.5级普通硅酸盐水泥,水灰比0.55~0.6:1,根据气候条件,可适当掺入适量的外加剂以增强浆体的流动性,保证送浆过程不堵管。

水泥搅拌桩的水泥掺合量为15%。

深基坑工程的三级优化设计和优化设计流程介绍

深基坑工程的三级优化设计和优化设计流程介绍

深基坑工程的三级优化设计和优化设计流程介绍一个正确的深基坑工程设计,既要保证整个支护结构在施工过程中的安全,又要控制结构和周围土体的变形,以维护周围环境的安全。

在安全的前提下设计一般性可以达到节约造价、方便施工、缩短工期的目的。

深基坑工程的优化设计主要从以下四个方面进行:(1)技术的可靠性、先进性钢结构以及施工工艺的可行性。

(2)经济效益。

(3)环境影响。

(4)工期。

深基坑土建的湿处优化设计按其阶段不同,可分为三级优化:系统优化、设计计算优化和动态对易分析优化(包括信息化施工)。

1、系统优化,也即方案优化,是指根据某一深基坑工程所要达到的目标而优选出一个最佳方案。

2、设计计算优化是在支护系统确定后,对开展具体方案的细部进行优化排序,如锚杆或支撑点的位置和层数、支护桩的桩径和桩距等优选,优化目标是使深基坑工程总体造价为最小,设计优化问题是有约束极小化问题,目标函数为整个支护结构的陶瓷材料总价值函数,约束包括支撑点位置的限定、桩顶端或坑壁长条最大位移的限制等等。

3、动态量子化反演分析优化是在相同工程及地层约束条件下,通过利用当前施工阶段量测到的全量或增量信息,来反求地层性态参数和初始应力状态,进而达到准确预测相继恰当施工阶段的岩土介质和结构的力学状态响应",为施工过程的实时模拟、设计验证和修改提供可靠依据,其中包含了目前常用的工程施工信息化施工数学方法。

深基坑支护工程系统优化包括深基坑支护的概念设计、支护结构和地下水处理以及周边环境保护等方案的优选。

它是整个深基坑二期工程支护工程优化设计的第一步,也是最重要的一步。

基坑支护系统设计首先应着眼于概念设计,着眼于可行方案的筛选与优化。

深基坑支护工程的概念设计是深基坑支护工程的一种整体设计思想,也是面向问题的方案设计方法。

具体来说,这种方法包含两个方面的意义∶(1)从需要解决的关键问题入手,气割针对具体深基坑支护二期工程的几何特征、土层特征、地热特征和环境特征,进行方案的优选。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

水泥土桩-锚杆复合式基坑支护结构优化设计
摘要:将遗传算法引入到水泥土桩-锚杆支护结构的优化设计中,建立了以综合总造价为目标函数,以嵌固深度、锚杆支点位置、锚杆长度、水泥土墙宽度为设计变量的优化设计数学模型。

结合工程实例验证该方法的有效性,通过有限元数值模拟,分析优化设计取得的成果。

关键词:基坑;水泥土桩-锚杆支护结构;遗传算法;优化设计
水泥土搅拌桩作为一种常见基坑支护型式,具有施工操作简便、工期短、造价低、能隔水防渗等优点,但水泥土桩侧向位移不易控制,且其材料属于脆性材料,抗弯性能较差,这些缺点限制了水泥土搅拌桩在变形要求严格、深度大的基坑工程中的应用[1]。

锚杆技术具有对边坡扰动小、可有效控制结构变形的优点。

但锚杆受土体性质制约较大,当土质较差时,锚杆不能提供有效抗拔力。

因此,将水泥土搅拌桩和锚杆技术联合应用,能扬长避短,充分发挥它们各自的优点。

目前对该支护型式的设计计算方法大多采用传统的试算法,此方法不仅过程繁琐,且难以得到理想的结果。

遗传算法[3](Genetic Algorithm,简称GA)作为一种新型的优化算法,为基坑支护优化方法上开辟了新思路。

肖专文和龚晓楠等[4](1999)利用遗传算法对土钉支护结构进行优化设计;冯仲仁[5](2003), 陈昌富和吴子儒[6](2005)利用遗传算法对水泥土搅拌桩进行优化设计,其建立的优化设计数学模型都没有考虑锚杆因素。

本文在深入地分析现有设计理论和方法的基础上,着重研究了水泥土桩-锚杆支护结构的优化设计数学模型的建立,并利用遗传算法对此优化设计模型求解,力求获得最优的设计方案。

1 优化设计数学模型
1.1 设计变量
设计变量的选取原则是选取那些对目标函数值影响较大的,而且是一般设计者不易掌握的设计参数,作为优化设计过程中的设计变量[4]。

根据以上原则,确定下列变量为设计变量:嵌固深度、锚杆支点位置、锚杆长度、水泥土墙宽度。

设计计算模型见图1。

图1 水泥土桩加锚杆支护结构设计计算模型
1.2 目标函数
设支护方案的解种群空间为{chrom},求方案个体chrom′∈{chrom},使chrom′对应的方案综合总造价最小,即:
(1)
式中:Costi表示方案空间中某一个方案个体第i个子工程的造价。

由于总的支护方案由水泥土搅拌桩和锚杆两部分组成,因此,i的取值为1和2;feasible{}表示在方案种群空间中求得满足约束条件的可行个体;cf、cm分别为水泥土搅拌桩单价(元/m)和锚杆单价(元/m),L为水泥土桩的总长度,L=x2L1(h+x4)n,L1为基坑周长,n为m2水泥土桩的桩数,x1为锚杆锚固点到基坑顶部的距离,x2为水泥土墙宽度,x3为锚杆长度,x4为水泥土桩的嵌固深度。

方案优化的目标是使方案综合总造价在满足约束条件的情况下取得最小值。

1.3 约束条件
水泥土桩-锚杆支护结构优化设计约束变量分为设计变量约束和设计准则约束。

1.3.1 设计变量约束
设计变量约束即对设计变量的取值范围的约束。

根据相关技术规范[7],确定上述设计变量取值范围如下:
(1) 锚点位置x1:锚杆锚固点到基坑顶部的距离x1∈(0,h);
(2) 水泥土墙宽度x2:水泥土墙的宽度x2∈(0.3h,0.5h);
(3) 锚杆长度x3:锚杆的长度由自由段和锚固段两部分组成,x3∈(8m,15m);
(4) 嵌固深度x4:水泥土桩的嵌固深度x4∈(0.5h,1.1h)。

1.3.2设计准则约束
以桩身强度约束条件、抗倾覆条件、嵌固深度、水泥土墙宽度约束条件、锚点位置约束条件及锚杆长度约束条件。

(1) 桩身强度约束条件
式中为基坑重要性系数,一般取 1.10~0.90;为水泥土墙平均重度;z 为桩顶至计算截面的深度;为水泥土开挖龄期抗压强度设计值;M为水泥土桩截面弯矩设计值,为截面弯矩设计值;W为水泥土桩截面抗弯模量。

(2)抗倾覆条件
式中[Kp]为抗倾覆安全系数容许值,可取为1.3;
(3) 嵌固深度
式中为按极限平衡状态下计算的水泥土墙嵌固深度;为地面超载;为土层平均重度;h为基坑开挖深度;c为嵌固端下部土层土的黏聚力;为嵌固端下部土层土的内摩擦角。

(4) 水泥土墙宽度约束条件
式中为基坑外侧主动土压力合力;为基坑内侧被动土压力合力;
(5) 水泥土墙水平位移约束条件
水泥土挡墙墙顶位移可采用经验公式进行计算:
式中为墙顶水平位移计算值;L为基坑最大边长;为施工质量系数,取0.8~1.5;h为基坑开挖深度;D为墙体插入基坑底以下的深度;B为水泥土挡墙宽度。

(6)锚杆锚固点位置约束条件
锚固位置对支护桩桩身设计、嵌入深度及锚杆拉力都有影响。

随着锚支点距离桩顶距离增大,锚杆拉力及桩身最大弯矩点离桩顶距离也越来越大,而桩的嵌固深度D和最大弯矩Mmax则越来越小。

显然,选择MB≈Mmax来设计支护桩截面对桩身设计本身来说是最经济的[8]。

(7)锚杆长度约束条件
式中为分别为锚杆总长度、自由段长度、锚固段长度(不大于10m);K为安全系数,一般取5;d为锚固体直径;为土层与锚固体间粘结强度值。

根据以上分析,确定优化设计的数学模型可表示为:
遗传算法的本质是一种高效、并行、全局搜索的方法,它能在搜索过程中自动获取和积累有关搜索空间的知识,并自适应地控制搜索过程以求得最优解。

遗传算法模拟自然选择和遗传中发生的复制、交叉和变异等现象,从任一初始种群出发,通过随机选择、交叉和变异操作,产生一群更适应环境的个体,使种群进化到搜索空间中越来越好的区域,这样一代一代的不断繁衍进化,最后收到一群最适应环境的个体,求得问题最优解。

3 工程算例
某18层职工住宅楼高度为60米,地下层数一层,建筑结构为框架剪力墙结构。

基坑长79.5m,宽35.7m,开挖深度6.5m。

基坑支护方案为水泥土搅拌桩加一层锚杆复合支护结构。

地面堆积荷载15kN/m2。

各层土的性质见表1。

根据上述方法建立优化设计数学模型,并用matlab中的遗传算法工具箱进行优化设计。

各代最佳适应度值和平均适应度值在迭代数50左右时,优化可取的较好的收敛效果。

各设计变量最终优化结果:锚点位置x1=2.3m,水泥土墙宽度x2=2.7m,锚杆长度x3=12m,嵌固深度x4=2.5m。

本文优化设计与原设计对比见表2。

由表2的对比可以发现,通过对锚固点位置、水泥土墙宽度、锚杆长度及水泥土桩嵌固深度的优化调整,不仅可以达到节省综合造价,还可以有效控制桩的侧向位移。

相对于原设计来说,遗传算法选择了更加合理的锚固点位置,使桩身侧向位移改善。

优化设计后的支护结构综合造价与常规设计方案相比大约节省了9%。

通过遗传算法优化后的各设计变量,在能够满足支护结构受力和位移的条件下,节省了造价,取得客观的经济和社会效益。

4 有限元程序分析优化结果
分别以优化后的设计参数和原设计参数为依据,建立二维有限元模型,分析对比优化前后桩身受力和位移的差别。

模拟实际施工,分三步对基坑进行开挖,二维有限元模型如下:
从图5、图6可以看出,优化设计整体桩身弯矩比原设计要小,最大正弯矩出现在4.5m处,最大负弯矩出现在基坑底;对于桩身侧向位移,由于原设计桩的嵌固深度较大,所以从桩底到基坑底面附近,原设计桩身侧向位移要比优化设计小,而从桩顶到基坑底面附近,优化设计桩身侧向位移要比原设计小。

这主要因为优化设计对锚杆长度和锚固点位置进行了优化调整,对桩整体受力更加合理,由此可以看出,合理的选择锚杆长度及锚固点位置对单支点支护结构的优化设计有着至关重要的影响。

由以上对比分析可以
看出,利用遗传算法对水泥土桩加锚杆支护的优化设计是成功的。

5 结论
水泥土搅拌桩和锚杆技术联合应用组成复合式支护,可以有效控制水泥土桩的侧向位移,扩大水泥土桩的应用范围。

传统的设计方法过程繁琐,而且大多数情况下只能取得一个合理设计,很难取得最优设计。

本文将遗传算法引入到这一支护型式的优化设计中,克服了传统试算法的缺点,取得较为理想的结果。

通过优化设计与原设计的对比可以看出,对于只有一层锚杆的基坑支护结构来说,合理的选择锚杆长度及锚固点位置对单支点支护结构的优化设计结果有着重要的影响。

注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

相关文档
最新文档