呂穎

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

關鍵詞：單建式地下車庫；底板；抗拔樁優(yōu)化設計

引言

現(xiàn)階段不論是在國外還是在國內，對優(yōu)化布樁問題都沒有形成一個共同的認識，在具體的工程設計中也沒有形成一個相同的計算方法，尤其是抗撥樁。因此，有關樁筏基礎的樁頂反力分布，筏板內力，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課題。從抗撥樁筏基礎來講，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致上部結構也會遭到破壞，因此需要人們增加對抗撥樁優(yōu)化設計的重視。

1研究內容

可以將抗撥樁樁筏作為基礎，采用有限元分析的方法，對單建式地下車庫的底板及抗撥樁優(yōu)化設計進行分析，提出優(yōu)化設計方法。①保持筏板的樁間距以及相對剛度都不發(fā)生改變，只將地下水進行改變，觀看抗撥樁基礎的筏板變形，筏板內力，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筏板內力，差異變形以及平均變形的影響。③對抗撥樁的具體優(yōu)化布置方法進行分析論證，比較在相同樁數(shù)時，均勻分布樁和非均勻分布樁的筏板內力，變形差異的影響。④獲得一個優(yōu)化抗撥樁的設計方法。

2優(yōu)化原理以及目標

2.1抗撥樁優(yōu)化原理

在對抗撥樁進行優(yōu)化設計時會用到的數(shù)學模型一般情況下是由約束條件，目標函數(shù)以及設計變量這三個關鍵要素組成。

（1）對結構進行優(yōu)化設計時需要求解的對象即參與優(yōu)化設計的各項參數(shù)，這些參數(shù)被稱作是設計變量。在對抗撥樁筏基礎進行具體的優(yōu)化設計時，針對樁基，一般會選擇樁數(shù)，樁間距，樁徑以及樁長作為設計變量，有些時候，選擇樁的具體布置方式也可以當做是設計變量。

（2）本文的抗撥樁筏優(yōu)化設計中，優(yōu)化的目的是在可以滿足多種約束條件的基礎上將造價有效的降低。一般情況下，筏板厚度是依據(jù)工程經驗來確定的，而樁徑以及樁長則是以地質條件作為依據(jù)來進行具體的確定的，在這些基礎上，本文對抗撥樁基礎的實際布樁方式進行優(yōu)化，將總樁數(shù)最小化作為優(yōu)化設計的目標函數(shù)。

（3）在進行優(yōu)化設計時，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)化設計具有一定的實際意義。在抗撥樁優(yōu)化設計中，具體的約束條件包括有，其一，強度約束，即需要保證優(yōu)化設計的基礎能夠具備一定的承載力。其二，變形約束，即需要保證優(yōu)化設計出來的基礎不能出現(xiàn)過量的差異變形。其三，構造約束，該約束由施工經驗以及現(xiàn)行規(guī)范來進行具體確定。強度約束一般情況下通過樁徑，樁長以及樁數(shù)的上下限來進行具體的確定。

2.2優(yōu)化目標

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

3優(yōu)化分析

3.1樁筏的基礎模型

（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，土體內的聚力是0.5X104MPa，內摩擦角的選取值是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對不同布樁型式進行基礎特性的分析

（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影響建筑的使用，但是如果差異上浮太大，就會導致上部結構出現(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，則會出現(xiàn)上浮變形，而如果是處在最低水位，則會出現(xiàn)沉降變形。

（2）筏板彎矩

樁筏基礎中，筏板彎矩以及筏板內力是非常重要的設計參數(shù)。在筏樁的基礎處在抗壓或者是抗浮狀態(tài)時，柱位置以下的筏板彎矩會出現(xiàn)非常大的突變，產生這種突變的原因是因為柱底反力傳到筏板上，但是在集中力作用擴散范圍內，并沒有其他的樁反力可以和該力進行平衡，這就需要依靠筏板來將這些沒有與之平衡的力進行調解以及傳遞，因此就產生了彎矩突變現(xiàn)象。和均勻布樁的方式進行比較，優(yōu)化后的布樁方式在柱底的反作用范圍之內，增加了樁反力的設置，這樣依靠筏板來調解的力便會減少，因此筏板彎矩也會呈現(xiàn)一種減緩的趨勢。

4結語

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