CN108824442B - 一种裙边加固基坑被动土压力计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明针对基坑被动区裙边加固形式，基于极限平衡条件，提供了一种裙边加固基坑被动土压力计算方法及系统，通过获取到的计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，根据不同的情况，采用不同的计算公式，计算得到裙边加固基坑被动土压力。本发明的有益效果是：加强了计算得到裙边加固基坑被动土压力的理论性，提高了裙边加固基坑被动土压力结果的可靠性，帮助裙边加固基坑被动区的加固设计，有助于裙边加固基坑被动区的稳定。

Description

一种裙边加固基坑被动土压力计算方法及系统

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，尤其涉及一种裙边加固基坑被动土压力计算方法及系统。

背景技术

随着国民经济的快速发展，城市化建设步伐明显加快，为满足人们日常生活需要，地下空间的开发与利用成为必然，越来越多的基坑群林立于城市之中，由于地质条件的多变性，其中不乏许多基坑位于深厚软土地区，这无疑给基坑支护结构的选型带来困扰，往往存在围护结构嵌固深度越深、变形越大的情况发生，究其原因是由于软土的抗剪强度指标极低，无法提供足够的被动抗力，并且主动土压力也较其它类型的土大许多，因而出现上述情况。目前，对于该类型的基坑，进行被动区加固是一种行之有效的技术手段，被动区加固的形式是多种的，其中一种即为裙边加固，基坑被动区加固的目的不外乎满足支护结构整体稳定性要求和控制变形，目前的方法是采用弹性抗力法计算位移，用被动抗力安全系数控制嵌固深度，为此必须确定加固深度范围的c、

及m值，而这正是最大难点所在。其中加固体的m值通过经验关系式由加固体的抗剪强度参数c、

值计算获得，显然缺乏理论依据，并且该计算方法无法反应加固体宽度对m值的影响。现行基坑被动区裙边加固的稳定性计算工程经验性强，人为因素控制占据了很大比重，没有强有力的理论支撑，尽管相当多的基坑被动区加固工程取得了成功，但仅仅停留在工程经验积累的层面。因此，很有必要对这一问题进行深入的研究，提出一种得到理论性强和可靠性高的基坑被动土压力的方法对裙边加固基坑被动区的加固设计及其稳定性具有重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种裙边加固基坑被动土压力计算方法及系统。一种裙边加固基坑被动土压力计算方法，所述裙边加固基坑包括加固体、支护桩、桩顶冠梁、加固体前方原状土、加固体下方原状土；桩顶冠梁连接支护桩且位于支护桩的顶部，加固体和加固体下方原状土位于支护桩一侧，加固体和加固体前方原状土相邻，加固体和加固体前方原状土位于加固体下方原状土上方；所述方法包括以下步骤：

(1)当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，加固体底部至支护桩底部的高度h₂；

当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β，加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和G，加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度l；

(2)当

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

当

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

进一步地，在步骤(1)中，具体包括以下步骤：

a.根据基坑裙边加固设计参数，获取参数：支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β和加固体下方原状土内摩擦角

b.判断支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β与加固体下方原状土内摩擦角

的关系；

c.当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体高度h₁，加固体底部至支护桩底部的高度h₂；

当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体高度h₁，加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和G，加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度l。

进一步地，所述β的获取公式为：

其中，h₂为加固体底部至支护桩底部的高度，b₁为加固体宽度。

进一步地，所述裙边加固基坑被动土压力E_p数值上是由加固体高度h₁范围内的被动土压力和加固体底部至支护桩底部的高度h₂范围内的被动土压力相加得到。

一种裙边加固基坑被动土压力计算系统，包括：参数获取模块和计算模块；

参数获取模块：用于当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，加固体底部至支护桩底部的高度h₂；

当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β，加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和G，加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度l；

计算模块：用于当

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

当

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

进一步地，在参数获取模块中，包括子模块：第一参数获取子模块、判断子模块和第二参数获取子模块；

第一参数获取子模块：用于根据基坑裙边加固设计参数，获取参数：支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β和加固体下方原状土内摩擦角

判断子模块：用于判断支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β与加固体下方原状土内摩擦角

的关系；

第二参数获取子模块：用于当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体高度h₁，加固体底部至支护桩底部的高度h₂；

当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体高度h₁，加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和G，加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度l。

进一步地，在参数获取模块中，所述β的获取公式为：

其中，h₂为加固体底部至支护桩底部的高度，b₁为加固体宽度。

进一步地，在计算模块中，所述裙边加固基坑被动土压力E_p由加固体高度h₁范围内的被动土压力和加固体底部至支护桩底部的高度h₂范围内的被动土压力相加得到。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：加强了计算得到裙边加固基坑被动土压力的理论性，提高了裙边加固基坑被动土压力结果的可靠性，帮助裙边加固基坑被动区的加固设计，有助于裙边加固基坑被动区的稳定。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中裙边加固体基坑的示意图；

图2是本发明实施例中基坑被动区破裂面的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明的实施例提供了一种裙边加固基坑被动土压力计算方法及系统。一种裙边加固基坑被动土压力计算方法，所述裙边加固基坑包括裙边加固体、支护桩、桩顶冠梁、加固体前方原状土、加固体下方原状土；桩顶冠梁连接支护桩且位于支护桩的顶部，加固体和加固体下方原状土位于支护桩一侧，加固体和加固体前方原状土相邻，加固体和加固体前方原状土位于加固体下方原状土上方；所述方法包括以下步骤：

(1)根据基坑裙边加固设计参数，获取参数：支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β和加固体下方原状土内摩擦角

所述β的获取公式为：

其中，h₂为加固体底部至支护桩底部的高度，b₁为加固体宽度；

(2)判断支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β与加固体下方原状土内摩擦角

的关系；

(3)当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，加固体底部至支护桩底部的高度h₂；

当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β，加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和G，加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度l；

(4)当加固体宽度较小，即

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

其中，γ₁为加固体前方原状土的重度，c₁和

分别为加固体前方原状土粘聚力和内摩擦角，γ₂为加固体下方原状土的重度，c₂和

分别为加固体下方原状土粘聚力和内摩擦角，h₁为加固体高度，h₂为加固体底部至支护桩底部的高度；

当加固体宽度较大或者桩底平齐加固体底部，即

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

其中，γ₁为加固体前方原状土的重度，c₁和

分别为加固体前方原状土粘聚力和内摩擦角，γ₂为加固体下方原状土的重度，c₂和

分别为加固体下方原状土粘聚力和内摩擦角，β为支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角，h₁为加固体高度，G为加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和，l为加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度。

请参考图1，图1是本发明实施例中裙边加固体基坑的示意图，包括加固体1、支护桩2、桩顶冠梁3、加固体前方原状土4、加固体下方原状土5；桩顶冠梁3连接支护桩2且位于支护桩2的顶部，加固体1和加固体下方原状土5位于支护桩2一侧，加固体1和加固体前方原状土4相邻，加固体1和加固体前方原状土4位于加固体下方原状土5上方。

请参考图2，图2是本发明实施例中基坑被动区破裂面的示意图，包括加固体1、支护桩2、冠梁3、加固体高度范围内破裂面6、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面7；桩顶冠梁3连接支护桩2，加固体1位于支护桩2左侧；加固体1与加固体高度范围内破裂面6的夹角为

支护桩2与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面7的夹角为β。

所述裙边加固基坑被动土压力E_p由加固体高度h₁范围内的被动土压力和加固体底部至支护桩底部的高度h₂范围内的被动土压力相加得到；基坑被动土压力E_p的计算公式的推导过程如下：

(1)计算加固体高度h₁范围内的被动土压力

加固体高度h₁范围内的被动土压力可按照经典的朗肯土压力理论使用加固体前方原状土的物理力学指标计算，由加固体高度h₁，加固体前方原状土重度γ₁，加固体前方原状土黏聚力c₁和加固体前方原状土内摩擦角

得到加固体高度h₁范围内的被动土压力E_p1为：

(2)计算加固体底部至支护桩底部的高度h₂范围内的被动土压力

由加固体宽度b₁，加固体底部至支护桩底部的高度h₂，得到支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β：

①第一种情况

当加固体宽度较小，即满足

时，加固体底部至支护桩底部的高度h₂范围内的被动土压力E_pβ可按照经典的朗肯土压力理论进行计算，根据加固体下方原状土重度γ₂，加固体下方原状土黏聚力c₂和加固体下方原状土内摩擦角

得到加固体底部至支护桩底部的高度h₂范围内的被动土压力E_pβ1为：

②第二种情况

当加固体宽度较大或者桩底平齐加固体底部，即满足

时，由加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和G，加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度l，则根据静力平衡条件建立如下方程：

求解方程(4)即可得到加固体底部至支护桩底部的高度h₂范围内的被动土压力E_pβ2：

(3)计算裙边加固基坑被动土压力

①第一种情况

当加固体宽度较小，即满足

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

E_p＝E_p1+E_pβ1 (6)

即

其中，γ₁为加固体前方原状土的重度，c₁和

分别为加固体前方原状土粘聚力和内摩擦角，γ₂为加固体下方原状土的重度，c₂和

分别为加固体下方原状土粘聚力和内摩擦角，h₁为加固体高度，h₂为加固体底部至支护桩底部的高度。

②第二种情况

当加固体宽度较大或者桩底平齐加固体底部，即满足

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

E_p＝E_p1+E_pβ2 (7)

即

其中，γ₁为加固体前方原状土的重度，c₁和

分别为加固体前方原状土粘聚力和内摩擦角，γ₂为加固体下方原状土的重度，c₂和

分别为加固体下方原状土粘聚力和内摩擦角，β为支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角，h₁为加固体高度，G为加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和，l为加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度。

一种裙边加固基坑被动土压力计算系统，包括：参数获取模块和计算模块；

参数获取模块：用于当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，加固体底部至支护桩底部的高度h₂；

当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β，加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和G，加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度l；所述β的获取公式为：

其中，h₂为加固体底部至支护桩底部的高度，b₁为加固体宽度；

在参数获取模块中，包括子模块：第一参数获取子模块、判断子模块和第二参数获取子模块；

第一参数获取子模块：用于根据基坑裙边加固设计参数，获取参数：支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β和加固体下方原状土内摩擦角

判断子模块：用于判断支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β与加固体下方原状土内摩擦角

的关系；

第二参数获取子模块：用于当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，加固体底部至支护桩底部的高度h₂；

当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β，加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和G，加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度l。

计算模块：用于当

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

其中，γ₁为加固体前方原状土的重度，c₁和

分别为加固体前方原状土粘聚力和内摩擦角，γ₂为加固体下方原状土的重度，c₂和

分别为加固体下方原状土粘聚力和内摩擦角，h₁为加固体高度，h₂为加固体底部至支护桩底部的高度；

当

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

其中，γ₁为加固体前方原状土的重度，c₁和

分别为加固体前方原状土粘聚力和内摩擦角，γ₂为加固体下方原状土的重度，c₂和

分别为加固体下方原状土粘聚力和内摩擦角，β为支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角，h₁为加固体高度，G为加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和，l为加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度。

在计算模块中，所述裙边加固基坑被动土压力E_p由加固体高度h₁范围内的被动土压力和加固体底部至支护桩底部的高度h₂范围内的被动土压力相加得到。

本发明的有益效果是：加强了计算得到裙边加固基坑被动土压力的理论性，提高了裙边加固基坑被动土压力结果的可靠性，帮助裙边加固基坑被动区的加固设计，有助于裙边加固基坑被动区的稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种裙边加固基坑被动土压力计算方法，所述裙边加固基坑包括加固体、支护桩、桩顶冠梁、加固体前方原状土、加固体下方原状土；桩顶冠梁连接支护桩且位于支护桩的顶部，加固体和加固体下方原状土位于支护桩一侧，加固体和加固体前方原状土相邻，加固体和加固体前方原状土位于加固体下方原状土上方；其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，加固体底部至支护桩底部的高度h₂；

当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β，加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和G，加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度l；

(2)当

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

当

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

2.如权利要求1所述的一种裙边加固基坑被动土压力计算方法，其特征在于：所述β的获取公式为：

其中，h₂为加固体底部至支护桩底部的高度，b₁为加固体宽度。

3.一种裙边加固基坑被动土压力计算系统，所述裙边加固基坑包括加固体、支护桩、桩顶冠梁、加固体前方原状土、加固体下方原状土；桩顶冠梁连接支护桩且位于支护桩的顶部，加固体和加固体下方原状土位于支护桩一侧，加固体和加固体前方原状土相邻，加固体和加固体前方原状土位于加固体下方原状土上方；其特征在于：包括：参数获取模块、和计算模块；

参数获取模块：用于当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，加固体底部至支护桩底部的高度h₂；

当

时，根据基坑裙边加固设计参数，获取计算裙边加固基坑被动土压力所需参数，所述所需参数包括：加固体前方原状土的重度γ₁，加固体前方原状土粘聚力c₁，加固体前方原状土内摩擦角

加固体下方原状土的重度γ₂，加固体下方原状土粘聚力c₂，加固体下方原状土内摩擦角

加固体高度h₁，支护桩与加固体底部至支护桩底部范围内破裂面的夹角β，加固体底面、加固体底部至支护桩底部范围内破裂面以及加固体底部至支护桩底部作用面所组成的三角形土体自重与加固体自重之和G，加固体底部至支护桩底部范围内破裂面长度l；

计算模块：用于当

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

当

时，根据公式计算出裙边加固基坑被动土压力E_p：

4.如权利要求3所述的一种裙边加固基坑被动土压力计算系统，其特征在于：在参数获取模块中，所述β的获取公式为：

其中，h₂为加固体底部至支护桩底部的高度，b₁为加固体宽度。

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