深基坑工程中桩锚支护结构优化设计研究

姚显瑞

摘要：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，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。本文对深基坑支护方案的选择进行了分析，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，提高了深基坑工程施工的安全性和可靠性。

关键词：岩土工程;基坑工程;桩锚支护结构;优化设计

在岩土工程中，深基坑开挖工程的深度不断加大，基坑工程周边的环境影响着基坑工程施工质量。桩锚支护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。

1 深基坑支护方案选择原则

在深基坑支护工程中，对支护方案的选择要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，要保证基坑工程边坡的稳定性，以及基坑工程施工的安全性。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的问题，对基坑变形的影响因素进行全面的分析，并且深基坑边坡产生的位移，不会对整个建筑工程施工带来安全隐患，也不会对建筑的使用性能造成任何影响。深基坑支护工程的施工周期进行合理控制，并对基坑工程的施工成本进行优化，在合理的时间内采用科学有效的支护工程技术，满足深基坑支护工程施工中经济要求。基坑深度为8m～11m范围内的，属于深基坑工程施工，对基坑施工的安全等级进行划分，确定安全等级为一级后，对基坑施工的影响因素进行综合分析，在满足条件的情况下，选择桩锚支护结构设计方案。

2 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，采用模糊数学发对桩锚支护类型进行选择。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，主要的优化目的使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。

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，并对桩锚支护设计中的变量进行合理的设计，并计算出目标函数，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。通过很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MIDAS GTS NX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，获取参数值作为桩锚支护结构优化的主要依据。

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，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值，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，通过计算得出，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。

桩径优化设计，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0.7m，再通过MIDAS GTS NX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，对其水平位移分別进行计算分析，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07m是符合优化设计要求的。

锚索位置优化设计，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600m和下移600m，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出，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。

3 结语

在岩土工程的深基坑工程施工中，根据实际的基坑施工情况，选择有效合理的桩锚支护结构，并对桩锚支护结构进行优化设计，可以保证基坑工程施工的稳定性以及安全性。

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