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深基坑支护技术方案的选择及其优化设计

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  摘要:随着城市高楼的日益增多,深基坑支护技术的应用也越来越广泛,但是随之而来的问题也是非常多。因此在进行深基坑支护技术方案的选择必须要结合本工程的实践信息,要不断进行检验、修改与优化,从而提高每个基坑的安全性。本文主要是介绍常见的深基坑支护方案与其优化设计的原则。
中国论文网 http://www.xzbu.com/6/view-4544572.htm
  关键词:深基坑支护技术;方案;选择;
  近些年来,我国的公路、桥梁、高层建筑与地下建筑的发展速度非常快,从而导致了大量深基坑支护工程的出现。深基坑支护技术是一项实践性要求非常高的新技术,主要研究的是岩土与支护结构的强度,以及两者之间共同作用机理等问题。因此在深基坑支护工程施工过程中,对其的技术要求是非常严格的。在工程施工过程中不仅要保证支护结构体系的安全,还要保证周围环境与建筑物的安全。而在开展深基坑支护工程前的首要任务就是进行深基坑支护技术方案的选择。因为同一个基坑选择不同支护技术方案,其受到造价也是不同的,并且如果在深基坑施工过程中采用不适合的支护技术方案,可能会造成危险。所以在深基坑工程中,其支护技术方案的选择与优化设计是非常重要的。
  1深基坑支护技术方的类型
  在进行深基坑支护设计时,首先要考虑支护结构类型的选择,然后在通过计算分析,从而确定好深基坑支护设计。在施工过程中,合理选择合适的支护结构类型是非常重要的,因此要求在选择支护类型时,不仅要考虑其结构的受力特点与空间效应,还要考虑周边的环境、工程的地质与水文地质等等。常见的深基坑支护技术方案的类型要以下几种类型,分别为放坡开挖和简易支护、重力式支护结构、土钉式支护结构、排桩式支护结构、地下连续墙支护结构、拉锚式支护结构、内撑式支护结构,桩锚组合式支护。
  2深基坑支护技术方案优化设计的内容
  按照深基坑支护方案优化阶段的区别,可以把方案的优化分为三级。第一级是采用定性的方法,根据基坑周围的环境、土质与水质,然后在结和各种支护类型的特点,对深基坑支护技术方案进行优选。第二级是在选择深基坑支护技术方案后,对其进行优化,如对支撑点的位置、支护桩的桩距、直径、插入深度等进行优化。第三级,根据工程的施工信息对支护方案的设计进行优化。可以用图来表示,如:
  3深基坑支护技术方案优化设计的重要性
  深基坑支护技术方案优化设计具有以下的重要性,分别为:从众多方案中选择出最优的支护方案,有助于保证基坑的稳定与安全;可以节省成本,合理分配投资资金;降低工程施工事故的发生概率,即保证了经济效益,也保证了社会效益;对周围的环境起到一定的保护作用,从而达到了环境效益。
  4深基坑支护技术方案优化设计的原则与方法
  深基坑支护方案的优化选择就是在分析该工程的土质与水质等环境上,结合该地区基坑工程的经验与数据,确定好工程的设计条件,然后拟定支护技术方案,对所拟定的支护方案进行优化,最后得出最优支护方案。然而通常会很难判断哪个方案才是最优方案,因为每一种方案都有各自的特点,有造价低的、施工速度快的、对环境影响最小的、安全性相对比较高的等等,很难对这些问题进行量化的比较,必须要采用优化的方法对其进行比较。
  4.1方案优选的步骤
  4.1.1建立深基坑支护技术方案评价的目标特值的矩阵
  如果有n个可以选择的支护方案,而在对方案进行评价时用m个指标来评价,如可靠性、成本、安全性等,那么该目标特值的矩阵可以设为
  上式中的xij是第j个支护方案的第i个个指标值,除此之外,我们还可以指标值分量化用数字来表示,而定性指标则可以通过打分的方式来表达。
  4.1.2对指标值进行归一化处理
  为了能够对各种方案进行比较与计算,必须要把上述中各个目标指标值进行归一化处理。进行归一化处理后得到的指标或者目标优属度的矩阵如下:
  同样上式中的rij(i=1....m;j=1....n)是方案j中i的相对优属度,因此其的计算分效益模型与成本型指标时,可以分别用r1ij与r2ij来表示。
  效益型指标,也就是越大越优指标,例如可靠性,可以按照下面的公式求其的值:
  而成本型指标,也就是越小越优指标,例如造价,可以按照以下的公式求其的值:
  4.1.3多目标模糊综合评判确定最优方案
  可以根据支护方案最优隶属度uj来判断最优方案。uj的目标模糊综合评判的计算公式为:
  上述公式中p为距离参数,当p取1或者2时,分别代表海明距离与欧式距离;qi是目标i的权重,并且满足
  4.2采用层次分析方法来确定权重uj值的步骤
  4.2.1层次结构模型的建立
  根据工程施工过程中的特点,分别从安全可行、经济合理、保护环境、施工方便这四个方面来构建评价支护方案的层次结构模型。
  4.2.2层次单排序与一致性检验
  层次单排序是指采用方根法来计算同一层次各因素相对于上一层次某元素相对重要性的排序权重,并且求出判断矩阵的特征向量解的解。如果设判断矩阵阶数为N,而平均随机一致性为RI,则一致性指标CL与一致性比率CR的计算方法如下:
  ,
  如果CR小于0.1时,就可以认为层次单排序一致性具是良好的,否则就要对判断矩阵元素取值矩形调整。
  结束语
  深基坑支护设计方案的选择与优化,不仅关符着工程经济效益,还关符着社会效益,因此必须要对其给予极大的重视。在进行支护方案选择时,必须要因地制宜,从具体情况出发,使选择的支护方案达到最优化。
  参考文献:
  [1]康伟.超深基坑工程支护及开挖方案优化设计研究[J].城市建设理论研究, 2012年第26期.
  [2]黄勇博.青岛近海地区深基坑支护方案优化选择[J].工程地质计算机应用,2012年01期.
  [3]张俊东.高层建筑深基坑支护与降水方案设计施工实例[J].中华建设,2011年06期.

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