建筑工程职称论文深基坑水泥土墙支护结构的参数优化研究

　　摘 要：通过引入多个约束条件建立了深基坑水泥土墙支护结构参数优化模型，并采用自行开发的IHGA对深基坑水泥土墙支护结构的水泥土墙的置换率、水泥土墙组合宽度、水泥土墙插入基坑底以下的深度等重要参数进行优化设计。

　　关健词：建筑工程职称论文,论文发表期刊网,水泥土墙,支护结构,约束条件

　　一、 引言

　　水泥土墙支护结构是近年来发展起来的一项新技术，它是利用水泥土搅拌桩(厚墙)的整体性、水稳性和一定的强度来发挥其支护功能。这种支护结构因其施工操作简便、工期短、造价低、能隔水防渗等优点，近几年来被广泛用于5~7m的软土地区深基坑支护工程中。随着城市的发展，高层建筑日益增多，深基坑支护问题越发突出，引起了工程技术人员的广泛重视。选择既能满足深基坑开挖的需要，又能节约资金，且达到环保要求的方案，为设计人员所首选;同时随着人们对水泥搅拌桩研究的深入，以及施工工艺的不断成熟，水泥土墙技术在工程中得到广泛应用。我国的《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99 )已就其设计计算等问题做了有关规定，但在实际工程中，由于已有的设计方法多为试算校核法，因此设计计算中存在不同程度的盲目性和随意性。综上，对水泥土墙支护结构进行优化设计是很有必要的。本文对水泥土墙支护结构的优化设计作了进一步探讨，力求获得技术可靠、经济合理的设计方案。

　　二、优化设计模型的建立

　　1、 目标函数

　　水泥土墙支护结构优化设计的目的是在满足安全性条件下，获得比常规设计更经济的设计方案。对于水泥土墙支护结构，在给定地层和开挖深度条件下，工程上常根据水泥土体积计算成本，因此取单位长度水泥土墙的水泥土造价作为目标函数，则目标函数为为水泥土墙的置换率;B为水泥土墙组合宽度，即有效宽度; 为基坑开挖深度; 为水泥土墙插入基坑底以下的深度(即埋深); C为单位体积水泥土造价。

　　2、 优化设计变量

　　在进行水泥土墙支护结构的优化设计时，水泥土墙的断面尺寸和布置形式是关系到其体积的最直接因素，可将其断面尺寸(包括墙体埋置深度和有效宽度)以及影响其布置形式的置换率作为设计变量。因此，设计变量向量为 n为断面尺寸有效宽度可取值个数; 为墙体埋置深度可取值个数; 为置换率可取值个数。

　　三、 工程实例

　　浙江北仑港发电厂拟在厂区内新建3台60万千瓦火力发电机组，总投资122亿元，是国家级重点建设工程。其中3号机组主厂房基坑纵向由23轴线至33轴线，总长约100 m，北端紧靠已建成投产的2号机与3号机之间的隔离带，南端与4号机主厂房基坑相接，横向由A排外12 m至N。轴线，总宽度约150m，A排外按开口考虑[199]。

　　基坑总面积约3000 m2，总延长米约300 m。基坑开挖深度为1.25~5.8m不等。考虑到此基坑距离已投产使用的2号机仅十多m，且此工程已列人国家重点建设项目，故围护设计时应以安全可靠为首选目标，支护方案采用4~16排Φ700mm的格栅状双轴深层搅拌桩构成重力式挡土墙，共完成双轴搅拌桩1710对，总加固土体方量10829 m3，工程总费用155万元。

　　土层性质参照表1所示，桩顶地面堆载为15kN/m2，水泥土无侧限抗压强度大于1MPa墙底土地基承载力特征值为80kPa。要求基坑开挖深度分别为5.8m, 3.5m, 2.9m, 2.7m, 2.25m, 1.9m, 1.6m, 1.5m,1.25m不等。

　　设计采用格橱状双头深层水泥搅拌桩，桩径：Ф700×1200 mm;相邻桩体搭接200mm，采用425#普通硅酸盐水泥，水泥掺合量为湿土容重的13%，粉煤灰、石青粉的掺量分别为水泥量的5%、1%，浆液水灰比0.5:1，水泥土试块30 d龄期无侧限抗压强度大于1.0 MPa，抗拉强度150 kPa~250kPa。该工程自然地坪标高为-0.65 m，基坑开挖前整个区域先挖深至标高-3.30m，故在进行围护设计计算时，可以将杂层和1层剔除在外，基坑开挖主要在2层进行。考虑到基坑附近可能堆放砂石和其它建筑材料，取地面堆载为q=15kPa，按均布荷载考虑。水泥土挡墙基本参数选用见表5.3，考虑到围护桩深度范围内均为粘性土，地下水主要是薄膜水和毛细水，水压力与土压力合并计算。原设计选择开挖深度为5.8m的A区进行计算，取桩墙埋入深度为9.2m、墙宽为8.2m进行计算，置换率为0.7。

　　可见，IHGA的优化结果满足应力、地基承载力和各种稳定性等约束条件，表明强度、刚度和稳定性等多方面均达到设计要求，而工程材料成本降低18.52%，表明优化效果十分显著。

　　四、小结

　　水泥土墙支护结构是近来发展起来的一项新技术，它是利用水泥土搅拌桩(厚墙)的整体性、水稳性和一定的强度来发挥其支护功能。通过引入多个约束条件建立了深基坑水泥土墙支护结构参数优化模型，并采用自行开发的IHGA对深基坑水泥土墙支护结构的水泥土墙的置换率、水泥土墙组合宽度、水泥土墙插入基坑底以下的深度等重要参数进行优化设计。工程实例的结果表明这种IHGA的优化设计结果不仅保证了深基坑的稳定性，而且使其工程材料成本大大降低。

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