基坑懸掛帷幕繞流計(jì)算

1、TYC基坑懸掛帷幕繞流計(jì)算1、引言 對(duì)于深基坑懸掛式止水帷幕滲流技術(shù)來講，當(dāng)止水帷幕插入坑底以下的弱透水土層時(shí)，基坑內(nèi)外水體被帷幕墻隔離，帷幕下端無滲流。只需疏干降水，地下水控制很容易成功。當(dāng)基坑有厚度很大的強(qiáng)透水土層如砂土層，帷幕沒有插入到下面的不透水層（或一定范圍內(nèi)根本沒有不透水層），帷幕下端的水體內(nèi)外是聯(lián)通的且有滲流壓力，此時(shí)控制不好，極易發(fā)生坑內(nèi)抽不干，坑外沉降大，甚者有垮塌的可能，所以有必要進(jìn)行針對(duì)深基坑懸掛式止水帷幕滲流技術(shù)開展相關(guān)的技術(shù)探討。關(guān)于懸掛止水帷幕底的繞流計(jì)算，現(xiàn)行基坑規(guī)范尚無完善公式，本文想要通過分析實(shí)例TYC基坑止水帷幕繞流量計(jì)算過程，來弄清繞流計(jì)算公式的定義。2、

2、工程概況：地點(diǎn)在昆明市北市區(qū)，土質(zhì)以圓礫為主，地勘報(bào)告涌水量100151m3/d，影響半徑平均300m，k=45m/d。基坑最深為8.63m（后改為10.13m）。大多數(shù)剖面前排采用長(zhǎng)螺旋鋼筋混凝土壓灌樁6001600另加錨索做樁錨結(jié)構(gòu)承受土壓力，后排采用長(zhǎng)螺旋水泥土置換樁600400做止水帷幕控制地下水。桃源村厚度重度壓縮模量?jī)?nèi)摩角黏聚力14基坑剖面hyEs12uuCuuZk9地勘孔mkN/m3MPakPakPa雜土0.417.22.2811.5粉黏5.617.831018.8圓礫夾漂石4.22113306圓礫夾漂石7.82215304圓礫17.822.5153052011年4月開工做支護(hù)樁

3、和止水帷幕樁，原基坑最深8.63m，至2011年10月，因業(yè)主及規(guī)劃原因，地下室深度改變，部分基坑加深1.5m，此時(shí)大部分止水帷幕已經(jīng)完工。設(shè)計(jì)單位提出止水帷幕更改方案，其中止水帷幕更改的基本思路按照同濟(jì)大學(xué)應(yīng)慧清教授止水帷幕繞流理論計(jì)算確定，方案主要計(jì)算過程如下：參照應(yīng)慧清2003版基坑支護(hù)工程圖集設(shè)計(jì)施工，有止水帷幕的基坑涌水量計(jì)算式：Q=kBH(M-h)/(b+M+T)。Q=基坑繞流涌水量（m3/d）；k=滲透系數(shù)（m/d）；B=帷幕長(zhǎng)度（m）；H=降水深度（m）；M=含水層厚度（m）；h（hw）=靜止水位到帷幕底深度（m）；b=帷幕厚度（m）；T=設(shè)計(jì)降水水位到帷幕底深度（m）。3、展

4、開分析：1）當(dāng)M-h小于0的時(shí)候，表示帷幕已經(jīng)插入弱透水層(插入深度可按報(bào)批版第7章)，地下水被徹底隔離，無滲流,很安全。2）當(dāng)M-h等于0的時(shí)候，帷幕底剛接觸弱透水層頂，地下水滲流處于臨界滲流，認(rèn)為是性價(jià)比較好。下面是應(yīng)慧清對(duì)此時(shí)的情況專門畫的計(jì)算簡(jiǎn)圖，圖中可以看出h（hw）與M默認(rèn)值等長(zhǎng)。如下圖時(shí)的情況專門畫的計(jì)算簡(jiǎn)圖，圖中可以看出h（hw）與M默認(rèn)值等長(zhǎng)。如下圖3）當(dāng)M-h大于0的時(shí)候，帷幕處于懸掛狀態(tài)，帷幕底容易產(chǎn)生地下水滲流。根據(jù)上述公式，含水層M越大，基坑滲透的涌水量越大。帷幕底的砂層有多深，含水層M就取多大，沒有限制，此處應(yīng)慧清教授也未說明，結(jié)果會(huì)發(fā)生有的帷幕計(jì)算涌水量偏大，導(dǎo)致

5、帷幕加長(zhǎng)，浪費(fèi)經(jīng)濟(jì)，甚者會(huì)發(fā)生帷幕計(jì)算涌水量會(huì)大于無帷幕時(shí)（勘察報(bào)告涌水量），實(shí)為昆明基坑界第一笑話。如基坑14剖原深度8.63m，到帷幕底總深度=放坡2+樁長(zhǎng)13=15m（嵌入=15-9.63+2=7.87m）。后基坑變更加深1.5m，基坑深度變?yōu)?0.13m。設(shè)計(jì)院重新設(shè)計(jì)止水帷幕，帷幕總深度為放坡2+樁長(zhǎng)19=21m（嵌入=19-10.13+2=10.87m），采用應(yīng)慧清帷幕涌水計(jì)算式：Q=kBH(M-h)/(b+M+T)。設(shè)計(jì)院14剖數(shù)據(jù)：Q=基坑繞流涌水量（m3/d）；k=滲透系數(shù)，取自地勘報(bào)告45m/d；B=基坑周長(zhǎng)約1340m；H=降水水頭差9.53m；M=含水層厚度32m；h（

6、hw）=靜止水位到帷幕底深度15.4m；b=帷幕厚度0.6m；T=設(shè)計(jì)降水水位到帷幕底深度=嵌入深度=5.87m。代入原深度（8.63m）涌水量：Q=45*1340*9.53(32-15.4)/(0.6+32+5.87)=247968m3。247968 m3/d遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原地勘報(bào)告100151m3/d，設(shè)計(jì)院這個(gè)結(jié)果顯示，有止水帷幕的基坑比無止水帷幕基坑的涌水量更多，那么還做止水帷幕干嘛，這就是昆明基坑界第一笑話的實(shí)例。那么，錯(cuò)在什么地方呢，是應(yīng)慧清公式不對(duì)，還是設(shè)計(jì)院計(jì)算錯(cuò)誤，審查時(shí)做如下分析：1）算數(shù)審查，手工驗(yàn)算和軟件驗(yàn)算均為24968，說明算數(shù)正確。2）公式審查，應(yīng)慧清公式，是同濟(jì)大學(xué)審

7、查過，應(yīng)無大的的原則問題。經(jīng)過上面的分析，只可能有的參數(shù)取值不確定，而取值者是模糊取值，如M取值便是，到底是否如此，下面會(huì)繼續(xù)深入分析。3）參數(shù)審查，k是地勘報(bào)告數(shù)據(jù)經(jīng)查地勘報(bào)告原件無誤；B為基坑周長(zhǎng)實(shí)量無誤；H為降水水頭，到場(chǎng)地實(shí)測(cè)無誤；h=15.4m經(jīng)復(fù)核圖紙無誤；b是0.6m，經(jīng)檢查施工記錄無誤；T為嵌入深度有點(diǎn)誤差但不大；M為含水層厚度，取值從靜水位到帷幕底下不透水土層，在地勘圖查看確為32m。但此處有個(gè)疑點(diǎn)，地勘圖上有多少就取多少嗎？從上面分析應(yīng)慧清公式來看，M是決定涌水量和嵌入深度的關(guān)鍵參數(shù)，另外從應(yīng)慧清的圖形可以看出M的默認(rèn)值是與h等值，計(jì)算結(jié)果為零。M到底可以取值多少?zèng)]有說明，

8、在此，引入基坑規(guī)程，JGJ120-99里并相關(guān)無公式，而JGJ120-201x報(bào)批版里有帷幕嵌入深度限制公式(原理是大于臨界水力梯度)： (2D+0.8D1)y/hywKst本公式闡明，在已知坑深，土質(zhì)情況下，嵌入深度與水頭差是一對(duì)主要矛盾，在此的數(shù)學(xué)結(jié)果必須大于Kse。此公式也可以從理正軟件管涌公式引出（1.5為2級(jí)K的默認(rèn)值） 1.5y0hyw(h+2D)y。在此可以推出常用的懸掛帷幕嵌入長(zhǎng)度計(jì)算公式：帷幕嵌入D0.5（hyw·Kse/y')-0.8D1懸掛帷幕嵌入深度滿足要求時(shí)，通過帷幕底的繞流量很少，滿足基坑地下水控制要求。在昆明地區(qū)試驗(yàn)的基坑也證明基本如此。回到應(yīng)慧

9、清公式Q=kBH(M-h)/(b+M+T)，我們認(rèn)為M取值不應(yīng)該按照地勘報(bào)告有多少取多少，而是驗(yàn)算嵌入深度后再?zèng)Q定。當(dāng)嵌入深度滿足規(guī)程時(shí)，按應(yīng)慧清默認(rèn)值M=h，繞流量Q=0。當(dāng)不滿足規(guī)程時(shí)，設(shè)不滿足值為d=0.5（hyw·Kse/y')-0.8D1-D，那么，M=h+d。在此驗(yàn)算上例的嵌入深度：D0.5（hyw·Kse/y')-0.8D1D=帷幕嵌入深度（m）；D1=靜止水位或承壓水面到坑底深度（坑深-水位8.63-1.1=7.53m）；y=土浮重（平均取10.2kN/m3）；yw =水重（9.8kN/m3）；h=基坑內(nèi)外水頭差（坑深-靜水位8.63-1.1

10、=7.53m）；Kse=安全系數(shù)，1級(jí)基坑取1.6。代入公式得：嵌入深度D=0.5*(7.53*9.8*1.6/10.2)-0.8*7.53=2.78m。實(shí)際施工嵌入深度大于5.87m，大于計(jì)算深度2.78m，滿足JGJ120-2011報(bào)批版規(guī)程要求。也就是說原帷幕不必加長(zhǎng)，也能滿足規(guī)程要求。這時(shí)應(yīng)慧清公式的M值取值可以等于h，帷幕繞流量計(jì)算值等于零，原計(jì)算涌水量247968 m3/d計(jì)算有誤，主要是M值取值沒有弄明白，才造成計(jì)算涌水量大于地勘涌水量。當(dāng)然，繞流量等于零，并不能說基坑沒水。一般基坑總的水量由帷幕繞流量、坑底涌水量、幕面和錨孔漏水量、其他水量組成，經(jīng)過計(jì)算（過程略）和經(jīng)驗(yàn)估算，基坑總水量約為7600m3，約需8臺(tái)抽水機(jī)。4、實(shí)施：最后四方討論止水帷幕方案，我們按上原則闡述了審查結(jié)果，取得了與會(huì)四方一致意見，帷幕加長(zhǎng)6m的更改取消（只作局部調(diào)整），節(jié)約投資約500萬?；咏?jīng)開挖后，基坑實(shí)際采用抽水機(jī)6臺(tái)，每天抽水量約6500m3，還小于計(jì)算量，證明公式基本符合現(xiàn)場(chǎng)情況，不必加長(zhǎng)帷幕。5、小結(jié)：從上面TYC止水帷幕實(shí)例可以得出以下結(jié)論：1）可以采用應(yīng)慧清公式作為繞流量基本公式；2）參數(shù)需要重新定義，如應(yīng)惠清公式中B原為基坑邊長(zhǎng)，建