單建式地下車庫的底板及抗拔樁優(yōu)化設(shè)計(jì)

呂穎

摘要：在水位變化的幅度相對(duì)比較大或者是水位相對(duì)比較高的地區(qū)，抗拔樁筏基礎(chǔ)在單建式地下車庫中得到了非常廣泛的應(yīng)用，但是現(xiàn)階段有關(guān)抗撥樁對(duì)底板變形的影響以及抗拔樁實(shí)際分布的研究并不是很多，因此如何對(duì)抗撥樁～_-fS-布置從而使底板變形能夠變得足夠均勻是非常至關(guān)重要的。本文主要對(duì)單建式地下車庫的底板以及抗撥樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，從而給工程建設(shè)提供一定的建議。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)谓ㄊ降叵萝噹?；底板；抗拔樁?yōu)化設(shè)計(jì)

引言

現(xiàn)階段不論是在國(guó)外還是在國(guó)內(nèi)，對(duì)優(yōu)化布樁問題都沒有形成一個(gè)共同的認(rèn)識(shí)，在具體的工程設(shè)計(jì)中也沒有形成一個(gè)相同的計(jì)算方法，尤其是抗撥樁。因此，有關(guān)樁筏基礎(chǔ)的樁頂反力分布，筏板內(nèi)力，筏板變形以及變形特性是現(xiàn)階段需要人們給予重視的一個(gè)課題。從抗撥樁筏基礎(chǔ)來講，其發(fā)生變形可以分為差異上浮變形和平均上浮變形這兩種方式，如果出現(xiàn)差異上浮變形很有可能導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)也會(huì)遭到破壞，因此需要人們?cè)黾訉?duì)抗撥樁優(yōu)化設(shè)計(jì)的重視。

1研究?jī)?nèi)容

可以將抗撥樁樁筏作為基礎(chǔ)，采用有限元分析的方法，對(duì)單建式地下車庫的底板及抗撥樁優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。①保持筏板的樁間距以及相對(duì)剛度都不發(fā)生改變，只將地下水進(jìn)行改變，觀看抗撥樁基礎(chǔ)的筏板變形，筏板內(nèi)力，樁頂反力分布，沉降特性等。②將等間距分布樁的某些特定范圍樁或者是加密的范圍樁抽去，分析并且比較這兩者對(duì)筏板內(nèi)力，差異變形以及平均變形的影響。③對(duì)抗撥樁的具體優(yōu)化布置方法進(jìn)行分析論證，比較在相同樁數(shù)時(shí)，均勻分布樁和非均勻分布樁的筏板內(nèi)力，變形差異的影響。④獲得一個(gè)優(yōu)化抗撥樁的設(shè)計(jì)方法。

2優(yōu)化原理以及目標(biāo)

2.1抗撥樁優(yōu)化原理

在對(duì)抗撥樁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)用到的數(shù)學(xué)模型一般情況下是由約束條件，目標(biāo)函數(shù)以及設(shè)計(jì)變量這三個(gè)關(guān)鍵要素組成。

（1）對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要求解的對(duì)象即參與優(yōu)化設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)，這些參數(shù)被稱作是設(shè)計(jì)變量。在對(duì)抗撥樁筏基礎(chǔ)進(jìn)行具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)樁基，一般會(huì)選擇樁數(shù)，樁間距，樁徑以及樁長(zhǎng)作為設(shè)計(jì)變量，有些時(shí)候，選擇樁的具體布置方式也可以當(dāng)做是設(shè)計(jì)變量。

（2）本文的抗撥樁筏優(yōu)化設(shè)計(jì)中，優(yōu)化的目的是在可以滿足多種約束條件的基礎(chǔ)上將造價(jià)有效的降低。一般情況下，筏板厚度是依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)來確定的，而樁徑以及樁長(zhǎng)則是以地質(zhì)條件作為依據(jù)來進(jìn)行具體的確定的，在這些基礎(chǔ)上，本文對(duì)抗撥樁基礎(chǔ)的實(shí)際布樁方式進(jìn)行優(yōu)化，將總樁數(shù)最小化作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)。

（3）在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，離不開一定的邊界約束條件，只有通過一定的約束條件才能使優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)際意義。在抗撥樁優(yōu)化設(shè)計(jì)中，具體的約束條件包括有，其一，強(qiáng)度約束，即需要保證優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)能夠具備一定的承載力。其二，變形約束，即需要保證優(yōu)化設(shè)計(jì)出來的基礎(chǔ)不能出現(xiàn)過量的差異變形。其三，構(gòu)造約束，該約束由施工經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)行規(guī)范來進(jìn)行具體確定。強(qiáng)度約束一般情況下通過樁徑，樁長(zhǎng)以及樁數(shù)的上下限來進(jìn)行具體的確定。

2.2優(yōu)化目標(biāo)

本文選擇的是有限元分析的方法來進(jìn)行抗撥樁優(yōu)化，為的是可以在將筏板彎矩以及差異變形減少的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)，從而提出具體的優(yōu)化方案。在實(shí)際的工程中，地下水位有可能發(fā)生非常大幅度的變化，本文對(duì)最低水位以及最高水位進(jìn)行假設(shè)，從而得到詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

3優(yōu)化分析

3.1樁筏的基礎(chǔ)模型

（1）基本的一些尺寸，其中樁型是50mmX500mm，筏板的厚度是700mm，柱距是9mX9m。圖左為均勻布樁的模型平面圖，圖右是優(yōu)化后的布樁模型圖。

（2）參數(shù)的選取，其中樁身的豎向剛度是4.0X103KN/m，樁身的彎曲剛度是1.0X103KN/m，土體內(nèi)的聚力是0.5X104MPa，內(nèi)摩擦角的選取值是140.

（3）荷載的選取

其中最低水位的上浮力選取10KN/㎡，最高水位的上浮力選取50KN/㎡，筏板的自重是17KN/㎡。

3.2對(duì)不同布樁型式進(jìn)行基礎(chǔ)特性的分析

（1）筏板的變形特征

在單建式地下車庫中，抗撥樁基礎(chǔ)發(fā)生的變形可以分為差異上浮和平均上浮，平均上浮如果過大不會(huì)影響建筑的使用，但是如果差異上浮太大，就會(huì)導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損害，建筑無法正常使用。

單建式地下車庫如果位于最高水位，則會(huì)出現(xiàn)上浮變形，而如果是處在最低水位，則會(huì)出現(xiàn)沉降變形。

（2）筏板彎矩

樁筏基礎(chǔ)中，筏板彎矩以及筏板內(nèi)力是非常重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。在筏樁的基礎(chǔ)處在抗壓或者是抗浮狀態(tài)時(shí)，柱位置以下的筏板彎矩會(huì)出現(xiàn)非常大的突變，產(chǎn)生這種突變的原因是因?yàn)橹追戳鞯椒ぐ迳?，但是在集中力作用擴(kuò)散范圍內(nèi)，并沒有其他的樁反力可以和該力進(jìn)行平衡，這就需要依靠筏板來將這些沒有與之平衡的力進(jìn)行調(diào)解以及傳遞，因此就產(chǎn)生了彎矩突變現(xiàn)象。和均勻布樁的方式進(jìn)行比較，優(yōu)化后的布樁方式在柱底的反作用范圍之內(nèi)，增加了樁反力的設(shè)置，這樣依靠筏板來調(diào)解的力便會(huì)減少，因此筏板彎矩也會(huì)呈現(xiàn)一種減緩的趨勢(shì)。

4結(jié)語

綜上所述，本文提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是在柱底進(jìn)行密布樁的設(shè)置，在沿筏板周邊則進(jìn)行稀布樁的設(shè)置，這樣可以一定程度上減少平均變形，同時(shí)還減少了差異變形。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的布樁使筏板彎矩減小，所用總樁數(shù)也減少，同時(shí)也可以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范提出的要求，因此該設(shè)計(jì)方法是非?？扇〉?。