滑坡整治中抗滑桩的优化设计方法
抗滑桩加固边坡的稳定性分析及最优桩位的确定
抗滑桩加固边坡的稳定性分析及最优桩位的确定随着城市化进程的加快和基础设施建设的不断推进，土地资源的开发利用面临着越来越大的挑战。
在实际工程中，地质灾害问题日益凸显，特别是在山区地区，边坡滑坡事故频发，给周边的居民和交通带来了严重的威胁。
为了减少和预防这些灾害的发生，抗滑桩加固边坡成为了一种有效的方式。
本文将对抗滑桩加固边坡的稳定性进行分析，并通过确定最优桩位进行优化设计，以期为工程实践提供一定的参考。
1. 抗滑桩加固边坡的原理抗滑桩是一种常见的边坡加固措施，其原理是通过桩的沉入和抵抗土体的推力，来增加边坡的稳定性。
当桩沉入地下后，可以改变土体的内聚力和摩擦力，使得土体的抗滑能力得到提高。
桩还可以将边坡的受力传递到更深的土层，减少边坡的滑动面积，从而增加边坡的稳定性。
在进行抗滑桩加固边坡设计前，首先需要对边坡的稳定性进行分析。
稳定性分析的目的是为了确定边坡在受到外力作用时是否会发生滑动或者倒塌的情况。
常见的稳定性分析方法包括平衡法、极限平衡法和有限元法等。
在进行抗滑桩加固边坡的稳定性分析时，需要考虑以下几个方面的因素：（1）边坡的地质条件：包括土层的性质、倾角和坡面的形状等。
地质条件对边坡的稳定性具有重要的影响，需要充分了解地质情况，确定土体的力学参数。
（2）外力作用：包括边坡上的荷载作用、地震作用、降雨等因素。
外力的大小和方向对边坡的稳定性有较大的影响，需要进行合理的计算和分析。
通过对以上几个方面因素的分析和计算，可以得到边坡的稳定性评价结果。
如果边坡的稳定性不够或者存在一定的隐患，就需要进行抗滑桩加固设计，以增加边坡的稳定性。
3. 最优桩位的确定在进行抗滑桩加固边坡设计时，桩的位置是一个非常重要的因素。
合理的桩位可以有效地增加边坡的稳定性，减少工程成本，提高工程效果。
最优桩位的确定需要考虑以下几个因素：（1）桩的数量和布置：需要根据边坡的实际情况和稳定性分析结果确定桩的数量和布置方式。
合理的桩位可以增加边坡的稳定性，减少工程成本。
滑坡处治抗滑桩专项施工技术方案2
目录一、工程概况及特点 (1)1、工程概况 (1)2、地质构造 (3)3、治理方案 (4)二、编制依据 (6)三、施工准备 (6)1、人员设备配置 (6)2、场地清理及安全围护 (8)四、施工方法 (8)1、桩基施工 (9)2、桩基不良地质施工工艺 (10)3、钢筋制作与安装 (12)4、桩基砼的灌注浇筑 (14)五、质量保证措施 (15)1、技术措施 (15)2、管理措施 (16)3、施工过程控制 (16)六、安全保证措施 (17)1、安全生产目标 (17)2、技术保障措施 (17)3、安全应急救援措施 (18)七、文明施工措施 (20)1、文明施工 (20)2、环境保护 (20)杭瑞高速贵州省毕节至都格（黔滇界）公路BD-T15合同段（K202+650~K209+730）抗滑桩专项施工方案一、工程概况及特点1、工程概况K208+000-K208+345段发生时间为 2014 年 6 月中旬至下旬，分布于法窝互通 C 匝道（CK1+060-CK1+405）北侧山体，地质灾害类型以堆积岩体滑坡为主，坡面出现多条地裂缝，高速公路开挖高边坡开裂，并有巨石坍塌，后缘下错形成 5-10m 陡坎；其次为潜在不稳定山体斜坡，位于坡体东侧山体，高速公路在此处进行边坡开挖，山体岩石裂隙发育，造成局部范围成为潜在不稳定斜坡。
该挖方段原地形较平缓，后部至灰岩陡壁逐渐变陡，坡面上部为后壁灰岩陡壁崩塌错落体，主要物质为较大直径的灰岩块体及其风化填充物。
其下伏基岩为砂岩泥灰岩互层夹炭质泥岩（煤线），该滑坡在前部开挖后，形成较大的临空面，削弱了前缘抗力，从而在后缘的重压推挤下发生滑动，为推移式滑坡。
滑坡前缘位于高速路开挖后形成的高边坡上部，滑坡体北高南低，前缘宽 250m，高程约为 1815m，后缘宽约 370m （后缘大裂缝桩号 K207+600~K208+345），高程约为 1880m，滑坡体纵向长 150m，主滑方向 192°，滑坡面积为 4.65×104m2 ，滑体平均厚度为 30m，估算体积 1.39×106 m 3 ，含滑坡两侧影响范围及未开挖潜在滑坡体总体积约 1.60×106 m 3。
滑坡治理中的抗滑桩设计
２ ． １抗滑桩 的类型
（ ３ ） 单桩是抗滑桩的基本形式 ，简单且受力与作用明确 ，但有 承受限制。排桩有抗弯能力 ， 桩壁阻力小等优点 ，特别适用 于软弱地 层 。而桩与． 锚杆或锚 索共同作用，可改善抗滑桩应力状态等 ，是十分 经济 的结构。不过对于锚杆或锚索 ，需要较好 的岩层 。在特殊滑坡治 理 中，一般应用抗滑桩群 。 桩群一般 由横向两排 以上 ，纵向两列 以上 组合而成 ， 它能够承受较大的推力作用 。 ３ 滑坡治理中抗滑桩的设计 １ ． 确定桩群平 面布置 ， 确定桩距桩位 ：桩群平面布 置和桩距按一 中提到 的一般规 定通过计算而得 。桩位的确定有悬臂 梁法 、地基梁 法、 有 限单元法 、 地质工程法 、经验法 。不同桩位将影响滑坡 的稳定 安全系数 ，和滑动面的形状等。这里 主要谈谈有限单元法。有限元折 减法把滑带和滑体的强度参数进行折减 ，从而得到相应安全系数。把 桩看作是埋入滑坡体 中的梁单元 ， 利用有限单 元法计算其推力等，从 而确定桩位 。通过设计滑坡推力大小 、地形 、地层性质及理论计算 ， 选定定桩长、锚固深度 、 桩截面尺寸和桩间距 。 ２ ． 选定桩型，确定桩长等，根据地质条件和一般规定选择。 ３ ． 力的分析 ：作用早抗 滑桩 的力系分为作用于桩上部的滑坡推 力 和桩周 围地层对桩的反力也可以说是 内力 。一般采用地基梁法测定 内 力确定 变形 。而对于滑坡推力 的，其在桩背上的作用点 和大小分布与 滑坡的类 型、部位 、变形情况 、地基反力等有关。可以用不平衡推力 传递系数法去计算滑坡推力的大小。处 于弹性阶段时 ， 地基反力按 弹 性抗力计算 ，而在塑形阶段时 ，计算反力较复杂 ， 但反力大小不能超 过锚固段 的许用承载能力 。由于抗滑桩 主要是承受水平荷载作用而某 些引起竖向压力的力 ，如摩阻里 、粘着力 、桩变形等对抗滑桩的稳定 安全有力 ，可忽略不去计算 。 ４ ． 抗滑桩的布置摆设 ：在滑坡 治理 中，抗滑桩一般选择布置在厚 度较 薄 ，滑动面较平缓 的滑体下部 ，和锚 固段 的地质条件较好 的地 方 。对形式简单 的中小型滑坡 ，一般在它的前缘设置一排抗滑桩 ，方 向尽量与滑体垂直。对于多级滑动且陡度大 即推力大的滑坡 ，可设两 排或者多排 ， 利用分级布设 ， 分级承担的方式 。而对于具有 复合滑动 面的滑体 ，分段分级布设 ，或者可用抗滑桩与其他结构组合布置 。
滑坡治理中的抗滑桩设计
滑坡治理中的抗滑桩设计文章主要分析了滑坡治理中的抗滑桩设计问题，阐述了抗滑桩的性能优点针对设计应用中存在的一些问题进行深入研究，结合作者实践或者本次研究，最终提出了从滑坡推力计算至桩结构设计的一系列应用体系的措施。
最终希望通过文章的分析研究，实现抗滑桩性能进一步提升的目标。
标签：滑坡；抗滑桩；内力；变形在我国的滑坡治理工作中抗滑桩，大多被使用在铁道滑坡的治理过程中，而且起到了十分明显的抗滑效果。
目前，抗滑桩已经在其发展的前二十年内在技术和设计上，都取得了相当长足的进步和完善，但是由于当时计算能力和手段的限制，对于抗滑桩的研究和设计都具有一定程度影响，尤其是其数据参数等内容不够精确，误差较大。
由于计算机技术的不断迅猛发展，极大的促进了抗滑桩的相关设计参数的精确程度，为抗滑桩的设计提供了有力的技术支持，据此作者将在下文展开详细的设计论述。
1 滑坡机理与防治1.1 滑坡机理分析滑坡这种自然地质灾害是由于一些突变的天气因素如短时间内大量的降雨降水、地质地壳运动或是一些人为的次生灾害所造成的，致使位于地表层倾斜岩体之上的自然土质的滑动流失与位置移动。
滑坡这种自然灾害的衍生机制主要表现在，其一般产生于特定的自然环境和地质构造之中，主要表现出土质沿斜坡下滑所产生的，滑动性能同倾斜面的摩擦阻滑性能两者之间的互相作用及此消彼长的经过历程，这其中还牵涉到了一些关于滑坡形成、产生之中的基本因素，即对于滑坡滑动速度的影响因素、加速度的变化影响因素以及滑坡结束时的实际滑动距离影响因素。
一旦滑坡过程结束之后，在滑坡面上地表土质一般就会趋于相对平稳的状态，然而随着时间的推移，原本趋于稳定的滑坡面土质将会逐渐随着不稳定因素的持续堆积，而再次产生位置移动，土质滑动的问题，往往由于此过程的循环往复，而造成地表土质的不断流失。
1.2 滑坡的形成过程在研究滑坡形成的过程中，首先应当搞清楚最初滑坡地带究竟是如何形成的，其形成的主要条件、因素是什么，其对于滑坡这种自然灾害的最终形成起到的什么样的作用，以及其发展变化的具体规律是什么，以便为我们日后的研究、防治工作提供详细、可靠的数据资料支持。
抗滑桩加固边坡的稳定性分析及最优桩位的确定
抗滑桩加固边坡的稳定性分析及最优桩位的确定抗滑桩是一种常用的边坡加固措施，可以有效提高边坡的稳定性和抗滑能力。
对于抗滑桩的加固效果和最优桩位的确定，需要进行稳定性分析和桩位设计。
下面将对其进行详细介绍。
首先是抗滑桩加固边坡的稳定性分析。
稳定性分析是确定边坡的稳定性状况，包括判断边坡的抗滑安全系数和确定抗滑桩的设计参数等。
常用的稳定性分析方法包括平衡法和极限平衡法。
平衡法是通过比较边坡的抗滑力和滑动力的大小来判断边坡的稳定性。
抗滑力是指由于抗滑桩作用而提供的抗滑阻力，滑动力是指边坡产生的滑移力。
如果抗滑力大于滑动力，则边坡稳定，反之则不稳定。
极限平衡法是一种更精确的稳定性分析方法。
它基于边坡的平衡状态推导边坡的极限稳定状态，确定边坡的抗滑安全系数。
通过比较边坡的强度和荷载大小，以及滑动因子、稳定系数等参数，可以计算得到边坡的抗滑安全系数。
当抗滑安全系数大于1时，边坡稳定。
其次是最优桩位的确定。
最优桩位的选择可以通过稳定性分析和经验总结来确定。
一般可按照以下步骤进行最优桩位的确定：1. 确定工程地质条件，包括边坡的土层类型、坡度、坡高等参数。
2. 进行稳定性分析，确定边坡的抗滑安全系数。
3. 根据边坡的稳定性要求，确定最低的抗滑安全系数值。
4. 考虑桩位的布置方案，包括桩间距、桩长等参数。
5. 利用数值模型或经验法进行桩土相互作用分析，计算不同桩位下的边坡的抗滑安全系数。
6. 比较不同桩位下的抗滑安全系数，选择抗滑安全系数最高的桩位作为最优桩位。
7. 进一步优化桩位，考虑施工和经济性因素，确定最终的最优桩位。
还需要考虑抗滑桩的选材和施工要求。
抗滑桩一般选择钢筋混凝土桩或钢管桩，施工时需要注意桩身的垂直度和水平度，确保桩身的垂直和水平度满足设计要求。
抗滑桩加固边坡的稳定性分析及最优桩位的确定
抗滑桩加固边坡的稳定性分析及最优桩位的确定抗滑桩加固边坡是一种常见的边坡加固措施，能够大大提高边坡的稳定性，减少滑坡的风险。
本文将对抗滑桩加固边坡的稳定性分析以及最优桩位的确定进行详细的阐述。
一、抗滑桩加固边坡的原理抗滑桩是通过在边坡内部布置一定数量的钢筋混凝土桩来增加边坡的抗滑能力。
桩与土体之间存在桩土摩擦力，桩体的摩阻力可以抵抗边坡的滑动力，从而提高边坡的稳定性。
1. 边坡稳定分析在进行抗滑桩加固前，首先需要对边坡的稳定性进行分析。
可以采用古典土力学方法或数值模拟方法对边坡的稳定性进行评估。
通过分析边坡的稳定性指标，如平衡剪切力、抗滑安全系数等，确定边坡是否需要进行抗滑桩加固。
2. 桩土相互作用分析抗滑桩加固边坡主要依靠桩与土体之间的相互作用来增加边坡的抗滑能力。
需要对桩土相互作用进行分析。
可以采用经验公式或试验数据来计算桩与土体之间的摩阻力。
还需要考虑土体的强度参数、桩的直径和深度等因素对桩土相互作用的影响。
3. 抗滑桩的设计根据边坡的稳定性分析和桩土相互作用分析的结果，确定抗滑桩的设计参数，包括桩的数量、直径和深度等。
通常情况下，桩的间距应根据土体的强度和边坡的坡度来确定，桩的直径和深度应根据桩土相互作用的要求进行设计。
三、最优桩位的确定最优桩位的确定是指确定抗滑桩的最佳布置位置，以最大限度地提高边坡的稳定性。
确定最优桩位有几个常用的方法：1. 桩位试探法通过在边坡上进行多个桩位的试探，观察桩的变位情况和边坡的稳定性变化，确定最佳桩位。
这种方法比较直观，但需要较长时间进行试探工作。
2. 数值模拟法利用数值模拟软件（如FLAC、PLAXIS等）对边坡进行有限元分析，通过改变桩的位置和数量，观察边坡的稳定性变化，确定最优桩位。
这种方法能够快速有效地确定最优桩位，但需要进行较为复杂的计算。
3. 经验法根据过去的工程经验，结合边坡的地质条件和工程要求，选择适当的桩位。
这种方法简单快捷，但需要有一定的实际经验和借鉴资料。
抗滑桩施工方案
三、施工准备
1.技术准备：组织专业团队，进行图纸会审，明确施工标准及要求。
2.现场准备：实地踏勘，了解地质条件，制定针对性的施工方案。
3.材料设备：提前采购合格的原材料、设备，保证施工顺利进行。
4.人员培训：加强施工人员的技术培训和安全教育，提高施工水平。
d.做好施工人员的技术培训和安全教育
2.抗滑桩施工
a.定位：根据设计图纸，使用全站仪进行桩位放样，确保桩位准确无误
b.钻孔：采用旋挖钻机进行钻孔，控制孔径、孔深及垂直度，确保成孔质量
c.钢筋笼制作与安装：根据设计要求，制作钢筋笼，并进行验收；采用吊车将钢筋笼安装至孔内，确保位置准确
d.混凝土浇筑：采用泵送混凝土浇筑，控制混凝土强度、坍落度等参数，确保桩身质量
5.桩顶处理：桩顶露出地面后，进行切割、校正等处理，保证桩顶质量。
五、质量控制
1.施工过程中，严格遵循设计规范及质量标准，确保施工质量。
2.加强原材料、成品、半成品的质量检测，禁止使用不合格产品。
3.做好施工记录，及时发现问题，确保工程质量。
六、施工安全措施
1.设置安全警示标志，加强现场安全巡查，预防安全事故发生。
抗滑桩施工方案
第1篇
抗滑桩施工方案
一、项目背景
随着我国基础设施建设的不断推进，山区及地质复杂地区的工程建设日益增多，滑坡等地质灾害频发，对工程安全构成严重威胁。抗滑桩作为一种有效的滑坡防治手段，已在多个工程中得到广泛应用。本方案针对某滑坡治理项目，制定抗滑桩施工方案，旨在确保工程安全、提高工程质量、降低施工成本。
2.材料费：XX万元
3.机械费：XX万元
4.管理费：XX万元
边坡工程中抗滑桩的效果评价与优化设计
边坡工程中抗滑桩的效果评价与优化设计一、概述随着边坡工程技术的不断发展，抗滑桩的设计理论、施工技术和效果评价方法也在不断完善。
在实际工程中，由于地质条件、荷载状况、施工环境等多种因素的影响，抗滑桩的效果往往难以达到预期。
对抗滑桩的效果进行科学评价，并基于评价结果进行优化设计，对于提高边坡工程的稳定性、降低工程风险具有重要意义。
本文旨在深入探讨边坡工程中抗滑桩的效果评价与优化设计问题。
通过梳理相关文献和工程实例，对抗滑桩的作用机理、设计原理及施工技术进行概述基于现场监测数据和数值模拟方法，对抗滑桩的支护效果进行定量评价结合工程实际，提出抗滑桩的优化设计方案，并探讨其在实际工程中的应用前景。
通过本文的研究，旨在为边坡工程中抗滑桩的设计与实践提供理论支撑和实践指导。
1. 边坡工程的重要性及挑战边坡工程是土木工程领域的重要分支，其重要性在于维护地质环境的稳定，确保人类生命财产的安全，以及促进经济社会的可持续发展。
边坡作为自然地形的一部分，其稳定性直接关系到地质灾害的发生与否，如滑坡、泥石流等，这些地质灾害对人们的生产生活造成巨大的威胁。
通过边坡工程进行有效的边坡治理和防护，是防止地质灾害发生、减轻其影响的关键手段。
边坡工程也面临着诸多挑战。
边坡的地质条件复杂多变，不同地区的边坡具有不同的地质构造、岩土体性质和地形地貌，这要求工程师在进行边坡工程设计和施工时，必须充分考虑地质条件的差异性和复杂性。
边坡工程还受到气象、水文等多种自然因素的影响，如降雨、地震等自然灾害都可能对边坡的稳定性产生不利影响。
随着城市化进程的加快和人类活动的增加，边坡工程还面临着更多的挑战，如工程成本的控制、施工技术的创新、环境保护的要求等。
为了应对这些挑战，边坡工程中广泛采用抗滑桩等工程措施进行加固和防护。
抗滑桩作为一种有效的边坡治理手段，通过其独特的结构形式和力学特性，能够显著提高边坡的稳定性，减少地质灾害的发生。
抗滑桩的设计和施工也存在着诸多不确定性，需要进行效果评价和优化设计，以确保其在实际工程中的有效性和安全性。
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第27卷,第6期 中国铁道科学Vol 127No 16 2006年11月 C HINA RA IL WA Y SCIENCENovember ,2006 文章编号:100124632(2006)0620007205滑坡整治中抗滑桩的优化设计方法肖武权,阮 波(中南大学土木建筑学院,湖南长沙 410075) 摘 要:以既经济合理又安全可靠为目的,对中、大型滑坡整治中广泛应用的抗滑桩进行优化设计。
运用多目标决策模糊集理论,建立用于抗滑桩整治方案评价的目标(指标)特征值矩阵,并进行指标值归一化处理;运用层次分析法,建立层次结构模型,构造判断矩阵。
优选出具有多种属性和模糊特性的抗滑桩滑坡整治方案。
通过确定决策变量、目标函数、约束条件(如强度、尺寸、配筋等)和优化算法,优选所选定抗滑桩细部结构,达到成本最低的目的。
利用软件Matlab 615求解非线性有约束多元函数的最小值。
工程实例优化设计表明:通过优化抗滑桩整治滑坡方案和抗滑桩的细部结构,有效降低成本约16%。
关键词:滑坡整治;抗滑桩;方案;细部结构;优化设计 中图分类号:U213115211;U216141911 文献标识码:A 收稿日期:2005210216 基金项目:湖南省交通厅科技发展项目(200113) 作者简介:肖武权(1962—),男,湖南浏阳人,副教授。
抗滑桩是一种整治边坡滑动、提高边坡稳定性的有力措施,在中、大型滑坡整治中得到广泛应用。
但抗滑桩的设计原理和方法仍处于探索发展阶段[1,2]。
目前,抗滑桩的桩长、桩距、截面尺寸、配筋、桩的排数等参数的选择是通过初选、计算调整、对比多个方案,从中选择造价最低的作为抗滑桩整治方案。
这样得到的设计只是一个可行解,而不一定是最优解。
本文运用模糊数学理论进行抗滑桩的优化设计。
通过寻找一组最佳设计参数,使抗滑桩整治方案既经济合理又安全可靠。
抗滑桩的优化设计包括设计方案的优化和在方案确定后结构细部的设计计算优化。
1 抗滑桩支挡结构方案的优化 抗滑桩整治滑坡方案优化是根据某一滑坡特征和整治所要达到的目标,从众多可行方案中选出一个最佳方案。
由于滑坡整治工程是一个相当复杂的系统工程,其抗滑桩整治方案的优选受许多确定和不确定即模糊的因素制约,很难用费用最低的单目标优化准则做出最佳决策[3]。
抗滑桩整治方案包括可靠性、造价、施工难度、工期、环境影响等诸多属性,其中有些属性是模糊的。
运用多目标决策模糊集理论,能够较好地优选出具有多种属性和模糊特性的抗滑桩整治方案。
111 方案优选步骤1)建立用于抗滑桩整治方案评价的目标(指标)特征值矩阵设有n 个可供选择的方案,每一个方案用m 个指标来评价(如可靠性、造价、工期等),则目标特征值矩阵(决策矩阵)为 X m ×n =x 11x 12 (x)1n x 21x 22…x 2n x m 1x m 2…x mn(1) 式中:x ij 为第j 个支护方案第i 个指标值。
式(1)中的指标值分量化指标(如造价)和定性指标(如可靠度)。
前者可直接用数字来表示,后者采用直接评分,用数值2,115,1,015,0分别表示最高、较高、中、较低和最低。
2)指标值归一化处理为了比较和计算,须把式(1)各目标值进行归一化处理,得指标(目标)优属度矩阵: R m ×n =r 11r 12…r 1n r 21r 22…r 2n r m 1r m 2…r mn(2) r ij (i =1,…,m ;j =1,…,n )为方案j 中指标i 的相对优属度,其计算分2类。
一类是效益型指标,即越大越优指标,如可靠性,按下式求解: r ij =x ij -min (x ij )max (x ij )-min (x ij )(3) 另一类是成本型指标,即越小越优指标,如造价,按下式求解: r ij =max (x ij )-x ijmax (x ij )-min (x ij )(4)3)多目标模糊综合评判确定最优方案根据抗滑桩整治方案对优的隶属度u j 大小来确定最优方案。
选择最大的u j 值为最优方案。
u j 的多目标模糊综合评判计算公式如式(5)。
u j =11+∑m i =1(w i r ij -1)p∑mi =1(w irij)p2/p(5)式中:p 为距离参数,p 取1或2,分别代表海明距离和欧式距离。
w i 为目标(指标)i 的权重,满足∑mi =1wi=1。
w i 确定方法分主观赋权法和客观赋权法[4],在诸多方法中,层次分析法是主观赋权法的一种[5],该方法能反映决策者的意向、工程经验和专家判断等。
本文采用层次分析法确定w i 。
112 层次分析法计算权重w i 的步骤1)建立层次结构模型按安全可行、经济合理、保护环境、施工便捷4个基本准则,建立评价整治滑坡抗滑桩方案的层次结构模型,如图1所示。
2)构造判断矩阵判断矩阵元素值反映了人们对各因素相对重要性的认识,一般采用1～9及其标度方法。
相对于最佳方案(A ),准则层中的4个因素,即安全可行(B 1)、经济合理(B 2)、保护环境(B 3)和施工便捷(B 4)的相对重要性判断矩阵如表1所示。
图1 抗滑桩整治方案层次模型表1 判断矩阵及一致性检验AB 1B 2B 3B 4w B k(k =1,…,4)B 1112301351B 2112301351B 31/21/21201189B 41/31/31/2101109λmax =41012CI =01004R I =019CR =010044<011 其他层次中的因素相对上一层次某个因素的判断矩阵可按上述方法依次求得。
3)层次单排序及一致性检验。
运用方根法计算同一层次各因素相对于上一层次某元素相对重要性的排序权重[6],同时求出判断矩阵特征向量λmax 的解,这一过程称层次单排序,按公式(6)计算一致性指标CI 和一致性比率CR 。
CI =λmax -n n -1, CR =CI R I(6)式中:n 为判断矩阵阶数,R I 为平均随机一致性指标,可直接查得[5]。
当CR <011时,认为层次单排序结果具有满意一致性,否则需调整判断矩阵元素取值。
由A 到B 的判断矩阵的λmax ,W ,CI ,CR 如表1所示。
其他各层次中的因素相对上一层次某个因素的判断矩阵和相对权重及一致性检验均按上述步骤和方法进行,层次单排序计算结果见表2所示。
表2 层次单排序及方案总排序C 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C 8C 9C 10C 11C 12B 1013510139101198012150112010760000000B 201351000001000000B 30118900000001740116701094000B 40110900000000001740116701094指标总权重w i01137010690107501042010270135101140103201018010810101801018中 国 铁 道 科 学 第27卷4)层次总排序及一致性检验计算指标层中的各指标因素相对于最高层的相对重要性权重,即指标因素总权重,该过程称层次总排序,如表2所示。
W=(w1 w2 … w n) (n=12)(7)由表2得抗滑桩整治方案评价指标体系的指标因素总权重向量: W=(011370106901075010420102701351 0114010320101801081010180101)2 抗滑桩结构细部优化 在抗滑桩整治方案优选后,需进一步对所选方案的抗滑桩细部结构进行优化,在满足支护功能前提下使支护结构工程造价最低。
例如锚索桩的优化主要包括桩的截面尺寸、设锚位置、配筋等参数的优化。
211 锚点位置的优选锚点位置的优选就是选择锚点距桩顶距离,优选的目标是使桩所受最大弯矩最小,这样可减少桩配筋数,降低造价。
计算发现,随着锚点位置降低,锚点处弯矩增大,而桩最大弯矩减小,桩所需锚固深度减小,而锚索所需拉力增大;当锚点处弯矩为桩所受最大弯矩时,桩所受最大弯矩最小,价格比最小[7]。
因此,当锚点处弯矩为桩体所受最大弯矩时的锚点位置为最优锚点位置。
在选择最优锚点位置时,还需考虑锚索机具、工艺、场地土层所能达到的最大设计拉力等条件,优化选择锚点位置,使得桩体所受最大弯矩尽量靠近锚点,这样设计出的抗滑桩最经济。
212 抗滑桩截面尺寸和配筋的优化在方案优化确定了桩数、桩的形式、桩的平面位置以及最优锚点后,则每根桩所承担的下滑力、桩长、内力分布、锚索设计拉力与长度也相应地确定。
在此基础上,进行桩的截面尺寸(抗滑桩一般为矩形)和配筋优化,使每根桩的造价最低。
其优化设计大致包括4部分内容:决策(设计)变量、目标函数、约束条件和优化算法。
21211 决定变量决策变量X={x1,x2,x3}T,x1,x2,x3分别代表截面高度、截面宽度和纵向受拉钢筋截面积。
21212 目标函数单根抗滑桩结构成本为目标函数f(X)。
f(X)=f(x1,x2,x3)=Z c+Z As+Z′As+Z g =C c x1x2L+γL x3(C As+C′Asβ)+ γC g(4x1+2x2-8a0+e)A g L/S y →min(8) 其中:Z c,Z As,Z′As,Z g分别为混凝土、纵向受拉钢筋、架立钢筋(受压)、箍筋的成本;C c, C As,C′As,C g分别为混凝土、纵向钢筋、架立钢筋(受压)和箍筋的单价,元・kg-1;L为桩长, m;γ为钢筋重度,kN・m-3;β为架立(受压)钢筋截面积与纵向受拉钢筋截面积比值;a0为混凝土保护层厚度,m;e为钢筋弯钩长度,m;A g 为单根箍筋截面积;S y为箍筋间距。
21213 约束条件1)强度约束[8]①正截面强度约束 M≤f y x3(1+β)(x1-a0)γs(9)其中γs=1-015f y x3(1+β)f cm x2(x1-a0) ②斜截面强度约束 V≤0107f c x2(x1-a0)+ 115f y g nA gS y(x1-a0)(10)式中:M,M u分别为抗滑桩设计截面弯矩和极限弯矩,N・m;V为抗滑桩设计剪力,N;f y为纵向钢筋抗拉强度设计值,M Pa;f c为混凝土轴心抗压强度设计值,M Pa;f cm为混凝土弯曲抗压强度设计值,M Pa;f y g为箍筋抗拉强度设计值, M Pa;n为箍筋数。
2)配筋约束[7]①纵向钢筋 010015≤(1+β)x3x2(x1-a0)≤01544f cmf y(11) ②箍筋 0102f cf y g≤nA gx2S y≤0112f cf y g(12)(3)尺寸约束 115≤x1≤5 112≤x2≤315 x1≤115x2 x2≤x121214 优化算法抗滑桩细部结构的优化在数学上属于具有不等式约束的非线性规划问题,可采用动态规划法编程进行计算,本文直接利用软件Matlab615优化工具箱进行计算。