王宏貴 赫曉光

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán) 中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410014）

0 引言

抗滑樁在分析計(jì)算時(shí),需要對(duì)滑坡推力、樁身內(nèi)力、樁側(cè)壓力等逐個(gè)分析其受力情況，計(jì)算任務(wù)繁重。為簡(jiǎn)化計(jì)算，工程設(shè)計(jì)人員通常根據(jù)自身的設(shè)計(jì)習(xí)慣與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)錨拉抗滑樁系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了不同的假定條件。因此針對(duì)同一工程，可能存在多種滿足結(jié)構(gòu)安全的設(shè)計(jì)方案。而理論上最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案只有一種，但依靠常規(guī)的設(shè)計(jì)手段，這則是難以實(shí)現(xiàn)的。這使得許多抗滑樁工程的安全儲(chǔ)備過(guò)大，造成巨大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文進(jìn)行了錨拉抗滑樁優(yōu)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究，針對(duì)錨拉抗滑樁設(shè)計(jì)中起控制作用的多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，編制了基于交互技術(shù)和隨機(jī)搜索、遺傳算法的錨拉抗滑樁優(yōu)化分析的程序。應(yīng)用該優(yōu)化系統(tǒng)可顯著減輕工作人員的計(jì)算工作量，提高設(shè)計(jì)效率，并獲得更為經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案。

1 錨拉抗滑樁設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)

本文選取每延米錨拉抗滑樁工程造價(jià)作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。一般來(lái)講抗滑樁的工程造價(jià)總共由六部分構(gòu)成，即挖方造價(jià)、混凝土造價(jià)、受力鋼筋造價(jià)、箍筋造價(jià)、錨索造價(jià)及錨孔灌漿造價(jià)。從簡(jiǎn)化計(jì)算和降低問(wèn)題復(fù)雜性方面來(lái)考慮，本文程序開(kāi)發(fā)中僅考慮了材料費(fèi)用，其它一些諸如挖孔地質(zhì)情況、人工，場(chǎng)地復(fù)雜性、運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用在此沒(méi)有進(jìn)行考慮?？够瑯睹垦用自靸r(jià)可簡(jiǎn)化為如下表達(dá)式：

式中：C1——混凝土單位體積造價(jià)；

C2——鋼筋每延米重量；

C3——鋼筋每噸價(jià)格；

C4——挖方單位體積造價(jià)；

b——樁截面寬度；

a——樁截面高度；

h1——錨固段長(zhǎng)度；

h2——受荷段長(zhǎng)度；

L——錨索總長(zhǎng)度；

As——抗彎縱筋面積，雙面配筋時(shí)為正反面配筋之和；

S——樁間距。

1.2 約束條件

抗滑樁優(yōu)化過(guò)程中的約束條件主要需對(duì)如下因素進(jìn)行考慮：①樁身具有足夠的抗彎、抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性；②錨固段樁側(cè)壓力滿足樁周巖土抗力要求；③滿足必要的構(gòu)造要求。

1.3 適應(yīng)值函數(shù)的選擇

適應(yīng)值函數(shù)必須是一個(gè)能夠反映個(gè)體的優(yōu)劣，評(píng)價(jià)其好壞的函數(shù)，一般情況下都根據(jù)問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行一種合理的變換。本文要解決的問(wèn)題是在滿足各種約束條件要求的基礎(chǔ)之上，通過(guò)改變抗滑樁幾何尺寸的方法，力求達(dá)到工程費(fèi)用總額最節(jié)省的目標(biāo)。因此，本文采用抗滑樁的工程費(fèi)用為適應(yīng)值函數(shù)。

1.4 程序功能模塊

本程序針對(duì)抗滑樁分析計(jì)算的一般過(guò)程，設(shè)置了幾大部分，包括：前處理部分、核心計(jì)算分析部分和后處理部分。

1.5 程序的技術(shù)特點(diǎn)

本系統(tǒng)基于WINDOWS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了程序分析的自動(dòng)化，并具有交互式的分析過(guò)程，程序能夠即時(shí)反饋有關(guān)信息，進(jìn)而使分析人員能夠控制工程計(jì)算過(guò)程，具有良好的交互性，用戶可方便直觀的調(diào)整設(shè)計(jì)方案和輸入條件。程序簡(jiǎn)單易用，用戶只需輸入或選擇相關(guān)計(jì)算參數(shù)，其余操作優(yōu)化系統(tǒng)均自動(dòng)完成。程序可以將計(jì)算分析的幾何數(shù)據(jù)和內(nèi)力數(shù)據(jù)結(jié)果輸出，同時(shí)也可以輸出相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)文檔，便于使用者進(jìn)行結(jié)果的分析和校驗(yàn)，簡(jiǎn)化工程人員的后處理工作量。

2 工程案例

已知某滑體厚度約10～4m，滑床為全～強(qiáng)風(fēng)化片巖?；w在工程狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)該滑坡的治理采取削坡減載、抗滑錨固，輔以排水護(hù)坡的治理方案?？够^固采用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁。根據(jù)詳細(xì)工程地質(zhì)勘察報(bào)告及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合反演計(jì)算，設(shè)計(jì)參數(shù)取值如下：巖土重度 20.6kN／m3；抗剪強(qiáng)度 C＝57.6kPa， φ＝14.36°；滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)＝1.10；滑坡推力為E＝11547 kN／m，推力和抗力分布為三角形；樁前剩余抗滑力9703 kN／m；錨固段土層數(shù)為1層；初始彈性系數(shù)為120000kN／m ；地基比例系數(shù) m＝10000kN／m4；樁底支撐條件： 自由；錨固地層重度22.5kN／m3；內(nèi)摩擦角14.36°；凝聚力57.6 kPa；坡寬85 m。

采用本文錨拉抗滑樁優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)上述邊坡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，參數(shù)輸入界面及優(yōu)化結(jié)果如圖1所示。

圖1 錨拉抗滑樁設(shè)計(jì)方案優(yōu)化結(jié)果

3 結(jié)論

本文根據(jù)抗滑樁設(shè)計(jì)計(jì)算理論，基于遺傳算法優(yōu)化方法開(kāi)發(fā)了抗滑樁優(yōu)化系統(tǒng)。經(jīng)采用不同的算例驗(yàn)證，該優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)抗滑樁內(nèi)力計(jì)算具有較高的精度，計(jì)算速度較快。其結(jié)果處理部分簡(jiǎn)潔直觀，易于工程實(shí)際應(yīng)用。

［1］李海光，新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程實(shí)例[M].人民交通出版社，2011.

［2］夏元友，謝佐強(qiáng)，李梅，等.滑坡錨拉抗滑樁的非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].巖土力學(xué)，2008.