探究深基坑工程中桩锚支护结构优化设计--中国期刊网

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探究深基坑工程中桩锚支护结构优化设计

发表时间：2020/12/28 来源：《基层建设》2020年第24期作者：曾林东

[导读] 摘要：在岩土工程中，深基坑开挖工程的深度在不断加大，因此，对于基坑开挖技术的要求就变得十分严格，同时，由于基坑工程周边的环境也会影响到基坑工程施工质量，所以，加强对深基坑工程的研究就变得十分重要。

        广东省地质建设工程集团公司广东省广州市 510080
        摘要：在岩土工程中，深基坑开挖工程的深度在不断加大，因此，对于基坑开挖技术的要求就变得十分严格，同时，由于基坑工程周边的环境也会影响到基坑工程施工质量，所以，加强对深基坑工程的研究就变得十分重要。而桩锚支护结构在深基坑工程中的设计和应用，可以有效对深基坑工程进行加固处理，提高深基坑施工的安全性。基于此，本文就深基坑工程中桩锚支护结构优化设计展开分析。
        关键词：深基坑工程；桩锚支护；结构设计
        引言：在岩土工程施工中，基坑支护工程中的支护方案的设计和应用是非常关键的。基坑支护工程直接决定基坑工程施工的稳定性和安全性，而桩锚支护结构优化设计可以提高基坑工程施工的质量，保证基坑工程施工稳定运行。所以，本文分析了深基坑支护方案的选择，并结合岩土工程中基坑支护工程施工的实际情况，对基坑工程中的桩锚支护结构设计进行了优化，以提高深基坑工程施工的安全性和可靠性。
        1、基坑支护结构的选型
        目前深基坑工程中常用的支护形式种类繁多，根据支护原理和结构形式的不同可大致分为以下几种常见形式：自然放坡、土钉墙、复合土钉墙、悬臂桩、桩锚、地下连续墙、钢筋混凝土（或钢）内支撑等，那么，面对如此繁杂的支护类型，面对具体工程，我们该如何取舍？笔者认为工程地质和水文地质条件；基坑相邻建筑物的位置、基础形式；基坑周边地下管线的位置、深度、抵御变形的能力等都与深基坑支护选型息息相关，那么工程支护结构选型时的前期工作就显得至关重要，一旦前期踏勘不详细，施工过程中将会大概率出现无法按图施工的重大失误，甚至引起安全隐患，而后期重大设计变更也会拖延项目进度和提高工程造价。
        2、深基坑支护方案选择原则
        在深基坑支护工程中，在选择支护方案的时候要先对基坑工程施工的影响因素进行综合性分析，主要是对基坑工程稳定性的重要位置进行判断，并综合分析基坑支护采用的材料成本等因素，支护方案的选择原则之一是要保证基坑工程边坡的稳定性、安全性，在深基坑开挖工程中，完成基坑支护结构的设计，并保证基坑的稳定性，确保整个施工过程中不会对施工人员造成任何的安全影响，而且不会对整个基坑工程造成破坏的影响。深基坑支护方案的选择要考虑深基坑工程施工中基坑变形控制问题，对基坑变形的影响因素进行全面的分析。同时，在分析的过程中，要确保深基坑边坡产生的位移不会给整个建筑工程的施工带来安全隐患，也不会对建筑的使用性能造成任何影响。另外，要合理控制深基坑支护工程的施工周期，并对基坑工程的施工成本进行优化，以使其能够在合理的时间内采用科学有效的支护技术，满足深基坑支护工程施工的经济要求。
        3、基坑工程中桩锚支护优化设计研究
        根据基坑工程施工具体情况，以及对影响基坑工程施工的综合性因素进行分析，确定桩锚支护工程并对其进行优化设计。对基坑工程周边的地层条件和环境因素进行分析。对桩锚支护进行细节优化，对桩锚支护结构中的桩直径、锚固深度和锚点位置等详细信息进行优化，主要的优化目的是降低采用的桩锚支护结构的经济成本，并减少基坑支护工程施工的时间周期，以及降低基坑工程施工对周边环境造成的影响。其中最方便的优化设计方法是弹性抗力法，弹性抗力法中的参数主要是桩锚支护结构的位移，以及支护结构的最大限度的弯曲力矩等。通过科学合理的分析和优化设计，对桩锚支护结构的设计计算方法进行确定。
        3.1钻孔灌注桩的施工要求
        （1）钻机就位，调整钻杆与地面的垂直度，垂直度偏差不大于1%；钻头对准桩位，启动钻机入钻，观察钻机电机电流表，根据电流大小控制下钻进尺。（2）钻孔至设计深度后，略提钻杆20～50cm，以便混凝土料将活门冲开，一边泵送混凝土一边提钻。（3）钻杆拔出孔口前，先关混凝土泵，注意保证钻杆内存料量，满足桩顶高度要求。（4）将振动用钢管在地面水平穿入钢筋笼内，同时将钢筋笼与振动装置用钢丝绳柔性连接。

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吊起振动装置、钢管及钢筋笼，将钢筋笼下端插入混凝土桩体中，先依靠钢筋笼及导管的自重缓慢插入，当依靠自重不能继续插入时，开启振动装置，将钢筋笼下沉到设计深度。断开钢筋笼与振动装置的连接，缓慢连续振动拔出钢管。钢筋笼应连续下放，不宜停顿，下放时禁止采用直接脱钩的方法。（5）提振动管时应先静拔2.0m左右再进行振动，以免钢筋笼被带出或下沉。
        3.2建立相应的数学模型
        采用相应的数学模型应用到桩锚支护结构的设计和分析计算中，对桩锚支护设计中的变量进行合理的设计，并计算岀目标函数，这样可以根据结果来对桩锚支护结构模型进行优化而确定设计方案。通过多种算法对桩锚支护结构模型进行求解，通过构架过程中产生的信息对模型进行构建，并在实际的设计以及应用过程中，以检测的信息作为数据依据对桩锚支护结构进行优化设计。本文对桩锚支护结构的优化设计，不但要考虑到基坑工程施工的稳定性，而且要对工程施工的成本进行充分考虑。通过MIDASGTSNX有限元分析软件和数学模型对桩长、桩径以及锚索位置进行计算和优化，获取参数值来作为桩锚支护结构优化的主要依据。
        3.3桩长的优化设计
        对桩锚支护中的桩长进行优化设计，在方案设计中基坑工程施工中原桩长为24m。同时，在保证其他因素不变的情况下，设定桩长为21m和22m两个值，对桩长进行优化和计算。桩锚支护结构整体的稳定安全系数大于1.2时，那么桩锚支护结构才可以保证整个基坑工程的稳定性，在基坑底部安全系数大于2的情况下，才可以有效地满足整体稳定性的需要，通过计算得岀，桩长在21m的时候，安全系数在2和2.3之间，支护结构的抗倾覆作用，以及稳定性方面不符合制定的要求，桩长21m的设计方案不符合优化设计的要求。那么桩长设计为22m的安全系数经过计算和分析，符合支护结构稳定性的设计要求。经过数学模型计算分析得出，21m桩长的水平位移最大值25m，22m桩长的最大水平位移是23m。经过对数据分析，支护结构水平位移变化小，对基坑整体位移影响小，因此22m桩长的设计是科学合理的。
        3.4桩径的优化设计
        在其他参数不变的情况下，对桩径的数据进行设计。在桩长的设计中，22m桩长是合理的，因此在22m桩长的基础上，按照基坑工程现场施工的方案对桩径的取值分别为0.5m和0.7时，再通过MIDASGTSNX有限元分析软件把参数代入后进行计算和分析，得出结果显示0.5m和0.7m都符合基坑支护稳定性的要求。这样本文基于桩径的基础上，对其水平位移分别进行计算分析，结果显示桩径值大，水平位移小，桩径为0.5m时水平位移的最大值要大于桩径为0.7m的水平位移最大值，因此桩径0.5m不符合本文的设计要求。在基坑开挖工程中0.7m的水平位移较小，因此本文的桩径取值为0.7m是符合优化设计要求的。
        3.5锚索位置的优化设计
        在支护结构其他参数不变的情况下，对锚索位置变化进行计算。锚索位置上移600mm和下移600mm，两种方案中的基坑稳定性满足工程施工的要求，经过数学模型计算分析得岀，锚索位置的变化对水平位移的影响较小，对整个支护结构具有较小的影响，因此在设计中采用原方案就可以。
        结束语：
        综上所述，深基坑桩锚支护结构的受力和变形会受到很多因素影响，要对其影响因素进行深入的分析和研究，这样才能够有效地减少由于受力和变形造成对支护结构的影响，使桩锚支护能够更加稳定，使深基坑工程质量得到有效的保证，同时也能让工作更加平稳安全地运行。
        参考文献：
        [1]邱朗，深基坑工程中桩锚支护结构优化设计研究[J].写真地理，2020.
        [2]姚显瑞，深基坑工程中桩锚支护结构优化设计研究[J].科技风，2020.
        [3]钟安德，谷雪冰，深基坑支护技术研究与实践——以沈阳局调度所改扩建工程为例[J].铁道勘察，2020.