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深基坑工程涉及土力学中稳定、变形和渗流三个基本课题,三者需同时考虑,综合处理。一个成功的基坑优化设计,需要工程勘察、支护设计、施工管理、现场监测、动态分析等各项工作紧密结合才能实现。这使得本来就起步较晚的基坑工程,设计理论落后于工程实践,或造成不必要的经济浪费或酿成工程事故。桩锚与土钉联合支护又是深基坑支护的最常用的方案,因此,对桩锚与土钉联合支护方案的优化设计研究具有较强迫切性和必要性。
本文在总结有关文献的基础上,以深基坑桩锚与土钉联合支护结构的优化设计为主线,对深基坑支护结构的优化设计从计算理论到优化过程进行全面分析和对比优选,总结出一条切实可行的优化途径。主要成果如下:
(1)结合现行国家及行业规范,对土压力模型进行分析,确定出郑州中东部地区适宜采用的土压力模型---弹性法中矩形分布的土压力模型;针对基坑坡顶经常出现的附加荷载的类型,分别给出相应的计算模式与方法;拟定出支护方案的优选依据及变形控制标准。
(2)根据文献资料及施工经验,对桩锚与土钉联合支护的变形进行力学分析:在桩锚与土钉联合支护结构的优化设计中,桩锚是主要受力结构,上部土钉墙的参数选取满足上部土体稳定性要求即可;确定维护桩的刚度及嵌固深度对支护结构的整体稳定性及结构强度影响显著;预应力锚杆的位置直接影响支护结构的内力,增大锚杆的预应力值是控制变形的最有效方法。因此,优化桩锚结构参数是优化桩锚与土钉联合支护结构的关键,从而指导和简化桩锚与土钉联合支护结构的优化设计过程与方法。
(3)以理正深基坑支护结构设计软件为手段对支护结构进行优化计算,简化了结构优化过程,简化了以工程造价为目标函数优化模型;针对优化后的模型用VisualBasic 6.0编制方案优选程序,使优选过程简便可行。
(4)阐述了现场监测与动态反演分析的方法和依据;讨论了深基坑支护结构设计与地下水控制方案的优选配合;并结合具体工程实例运用优化理论和方法对深基坑支护结构设计方案进行优选和优化设计;应用FLAC3D对优化后的方案进行数值模拟,全面显示支护区域的位移场和应力场。
总之,本文本着将变形控制和强度控制有机的结合,设计理论与施工实践互为条件的原则,给深基坑支护的优化设计提出了行之有效的合理路径。