深基坑工程中樁錨支護結構優化設計研究

姚顯瑞

摘要：在巖土工程施工中，基坑支護工程中的支護方案的設計和應用是非常關鍵的。基坑支護工程直接決定基坑工程施工的穩定性和安全性，樁錨支護結構優化設計可以提高基坑工程施工的質量，保證基坑工程施工穩定運行。本文對深基坑支護方案的選擇進行了分析，結合巖土工程中基坑支護工程施工的實際情況，對基坑工程中的樁錨支護結構設計進行了優化，提高了深基坑工程施工的安全性和可靠性。

關鍵詞：巖土工程;基坑工程;樁錨支護結構;優化設計

在巖土工程中，深基坑開挖工程的深度不斷加大，基坑工程周邊的環境影響著基坑工程施工質量。樁錨支護在深基坑工程中的設計和應用，可以有效對深基坑工程進行加固處理，提高深基坑施工的安全性。

1 深基坑支護方案選擇原則

在深基坑支護工程中，對支護方案的選擇要對基坑工程施工的影響因素進行綜合性分析。主要是對基坑工程穩定性的重要位置進行判斷，并綜合分析基坑支護采用的材料成本等因素。支護方案的選擇原則，要保證基坑工程邊坡的穩定性，以及基坑工程施工的安全性。在深基坑開挖工程中，完成基坑支護結構的設計，并保證基坑的穩定性，確保整個施工過程中不會對施工人員造成任何的安全影響，而且不會對整個基坑工程造成破壞的影響。深基坑支護方案的選擇要考慮深基坑工程施工中基坑變形控制的問題，對基坑變形的影響因素進行全面的分析，并且深基坑邊坡產生的位移，不會對整個建筑工程施工帶來安全隱患，也不會對建筑的使用性能造成任何影響。深基坑支護工程的施工周期進行合理控制，并對基坑工程的施工成本進行優化，在合理的時間內采用科學有效的支護工程技術，滿足深基坑支護工程施工中經濟要求。基坑深度為8m～11m范圍內的，屬于深基坑工程施工，對基坑施工的安全等級進行劃分，確定安全等級為一級后，對基坑施工的影響因素進行綜合分析，在滿足條件的情況下，選擇樁錨支護結構設計方案。

2 基坑工程中樁錨支護優化設計研究

根據基坑工程施工具體情況，以及對影響基坑工程施工的綜合性因素進行分析，確定樁錨支護工程并對其進行優化設計。對基坑工程周邊的地層條件和環境因素進行分析，采用模糊數學發對樁錨支護類型進行選擇。對樁錨支護進行細節優化，對樁錨支護結構中的樁直徑、錨固深度和錨點位置等詳細信息進行優化，主要的優化目的使降低采用的樁錨支護結構的經濟成本，并減少基坑支護工程施工的時間周期，以及降低基坑工程施工對周邊環境造成的影響。其中最方便的優化設計方法是彈性抗力法，彈性抗力法中的參數主要是樁錨支護結構的位移，以及支護結構的最大限度的彎曲力矩等。通過科學合理的分析和優化設計，對樁錨支護結構的設計計算方法進行確定。

采用相應的數學模型應用到樁錨支護結構的設計和分析計算中，并對樁錨支護設計中的變量進行合理的設計，并計算出目標函數，這樣可以根據結果來對樁錨支護結構模型進行優化而確定設計方案。通過很多種算法對樁錨支護結構模型進行求解，通過構架過程中產生的信息對模型進行構建，并在實際的設計以及應用過程中，以檢測的信息作為數據依據對樁錨支護結構進行優化設計。本文對樁錨支護結構的優化設計，不但要考慮到基坑工程施工的穩定性，而且要對工程施工的成本進行充分考慮。通過MIDAS GTS NX有限元分析軟件和數學模型對樁長、樁徑以及錨索位置進行計算和優化，獲取參數值作為樁錨支護結構優化的主要依據。

對樁錨支護中的樁長進行優化設計，在方案設計中基坑工程施工中原樁長為24m，在保證其他因素不變的情況下，設定樁長為21m和22m兩個值，對樁長進行優化和計算。樁錨支護結構整體的穩定安全系數大于1.2值，那么樁錨支護結構才可以保證整個基坑工程的穩定性，在基坑底部安全系數大于2的情況下，才可以有效地滿足整體穩定性的需要，通過計算得出，樁長在21m的時候，安全系數在2和2.3之間，支護結構的抗傾覆作用，以及穩定性方面不符合制定的要求，樁長21m的設計方案不符合優化設計的要求。那么樁長設計為22m的安全系數經過計算和分析，符合支護結構穩定性的設計要求。經過數學模型計算分析得出，21m樁長的水平位移最大值25m，22m樁長的最大水平位移是23m，經過對數據分析，支護結構水平位移變化小，對基坑整體位移影響小，因此22m樁長的設計是科學合理的。

樁徑優化設計，在其他參數不變的情況下，對樁徑的數據進行設計。在樁長的設計中，22m樁長是合理的，因此在22m樁長的基礎上，按照基坑工程現場施工的方案對樁徑的取值分別為0.5m和0.7m，再通過MIDAS GTS NX有限元分析軟件把參數代入后進行計算和分析，得出結果顯示0.5m和0.7m都符合基坑支護穩定性的要求。這樣本文基于樁徑的基礎上，對其水平位移分別進行計算分析，結果顯示樁徑值大，水平位移小，樁徑為0.5m時水平位移的最大值要大于樁徑為0.7m的水平位移最大值，因此樁徑0.5m不符合本文的設計要求。在基坑開挖工程中0.7m的水平位移較小，因此本文的樁徑取值為07m是符合優化設計要求的。

錨索位置優化設計，在支護結構其他參數不變的情況下，對錨索位置變化進行計算。錨索位置上移600m和下移600m，兩種方案中的基坑穩定性滿足工程施工的要求，經過數學模型計算分析得出，錨索位置的變化對水平位移的影響較小，對整個支護結構具有較小的影響，因此在設計中采用原方案就可以。

3 結語

在巖土工程的深基坑工程施工中，根據實際的基坑施工情況，選擇有效合理的樁錨支護結構，并對樁錨支護結構進行優化設計，可以保證基坑工程施工的穩定性以及安全性。

參考文獻：

[1]杜秀忠，楊光華，孫昌利，等.雙排樁支護在某水利基坑中的應用[[J].巖土工程學報，2012，34（S）：490494.

[2]申永江，楊明，項正良.雙排長短組合樁與常見雙排樁的對比研究[J].巖土工程學報，201510（S）：96100.

[3]張洪，易發成.基坑支護形式及支護技術發展分析與研究[J].山西建筑，2010，36（31）：7576.

[4]余穎慧，劉明玉.粉煤灰基坑支護結構的反演分析與實測研究[J].地下空間與工程學報，2012，5（S1）：13361339.

[5]張尚根，陳燦壽，等.深基坑支護方案的模糊優選模型及其應用[J].巖土工程學報，2014，23（12）：20462048.