TYC基坑悬挂帷幕绕流计算.doc

TYC基坑悬挂帷幕绕流计算1、引言 对于深基坑悬挂式止水帷幕渗流技术来讲，当止水帷幕插入坑底以下的弱透水土层时，基坑内外水体被帷幕墙隔离，帷幕下端无渗流。只需疏干降水，地下水控制很容易成功。当基坑有厚度很大的强透水土层如砂土层，帷幕没有插入到下面的不透水层（或一定范围内根本没有不透水层），帷幕下端的水体内外是联通的且有渗流压力，此时控制不好，极易发生坑内抽不干，坑外沉降大，甚者有垮塌的可能，所以有必要进行针对深基坑悬挂式止水帷幕渗流技术开展相关的技术探讨。关于悬挂止水帷幕底的绕流计算，现行基坑规范尚无完善公式，本文想要通过分析实例TYC基坑止水帷幕绕流量计算过程，来弄清绕流计算公式的定义。2、工程概况：地点在昆明市北市区，土质以圆砾为主，地勘报告涌水量100151m3/d，影响半径平均300m，k=45m/d。基坑最深为8.63m（后改为10.13m）。大多数剖面前排采用长螺旋钢筋混凝土压灌桩6001600另加锚索做桩锚结构承受土压力，后排采用长螺旋水泥土置换桩600400做止水帷幕控制地下水。桃源村厚度重度压缩模量内摩角黏聚力14基坑剖面hyEs12uuCuuZk9地勘孔mkN/m3MPakPakPa杂土0.417.22.2811.5粉黏5.617.831018.8圆砾夹漂石4.22113306圆砾夹漂石7.82215304圆砾17.822.5153052011年4月开工做支护桩和止水帷幕桩，原基坑最深8.63m，至2011年10月，因业主及规划原因，地下室深度改变，部分基坑加深1.5m，此时大部分止水帷幕已经完工。设计单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济大学应慧清教授止水帷幕绕流理论计算确定，方案主要计算过程如下：参照应慧清2003版基坑支护工程图集设计施工，有止水帷幕的基坑涌水量计算式：Q=kBH(M-h)/(b+M+T)。Q=基坑绕流涌水量（m3/d）；k=渗透系数（m/d）；B=帷幕长度（m）；H=降水深度（m）；M=含水层厚度（m）；h（hw）=静止水位到帷幕底深度（m）；b=帷幕厚度（m）；T=设计降水水位到帷幕底深度（m）。3、展开分析：1）当M-h小于0的时候，表示帷幕已经插入弱透水层(插入深度可按报批版第7章)，地下水被彻底隔离，无渗流,很安全。2）当M-h等于0的时候，帷幕底刚接触弱透水层顶，地下水渗流处于临界渗流，认为是性价比较好。下面是应慧清对此时的情况专门画的计算简图，图中可以看出h（hw）与M默认值等长。如下图时的情况专门画的计算简图，图中可以看出h（hw）与M默认值等长。如下图3）当M-h大于0的时候，帷幕处于悬挂状态，帷幕底容易产生地下水渗流。根据上述公式，含水层M越大，基坑渗透的涌水量越大。帷幕底的砂层有多深，含水层M就取多大，没有限制，此处应慧清教授也未说明，结果会发生有的帷幕计算涌水量偏大，导致帷幕加长，浪费经济，甚者会发生帷幕计算涌水量会大于无帷幕时（勘察报告涌水量），实为昆明基坑界第一笑话。如基坑14剖原深度8.63m，到帷幕底总深度=放坡2+桩长13=15m（嵌入=15-9.63+2=7.87m）。后基坑变更加深1.5m，基坑深度变为10.13m。设计院重新设计止水帷幕，帷幕总深度为放坡2+桩长19=21m（嵌入=19-10.13+2=10.87m），采用应慧清帷幕涌水计算式：Q=kBH(M-h)/(b+M+T)。设计院14剖数据：Q=基坑绕流涌水量（m3/d）；k=渗透系数，取自地勘报告45m/d；B=基坑周长约1340m；H=降水水头差9.53m；M=含水层厚度32m；h（hw）=静止水位到帷幕底深度15.4m；b=帷幕厚度0.6m；T=设计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远远大于原地勘报告100151m3/d，设计院这个结果显示，有止水帷幕的基坑比无止水帷幕基坑的涌水量更多，那么还做止水帷幕干嘛，这就是昆明基坑界第一笑话的实例。那么，错在什么地方呢，是应慧清公式不对，还是设计院计算错误，审查时做如下分析：1）算数审查，手工验算和软件验算均为24968，说明算数正确。2）公式审查，应慧清公式，是同济大学审查过，应无大的的原则问题。经过上面的分析，只可能有的参数取值不确定，而取值者是模糊取值，如M取值便是，到底是否如此，下面会继续深入分析。3）参数审查，k是地勘报告数据经查地勘报告原件无误；B为基坑周长实量无误；H为降水水头，到场地实测无误；h=15.4m经复核图纸无误；b是0.6m，经检查施工记录无误；T为嵌入深度有点误差但不大；M为含水层厚度，取值从静水位到帷幕底下不透水土层，在地勘图查看确为32m。但此处有个疑点，地勘图上有多少就取多少吗？从上面分析应慧清公式来看，M是决定涌水量和嵌入深度的关键参数，另外从应慧清的图形可以看出M的默认值是与h等值，计算结果为零。M到底可以取值多少没有说明，在此，引入基坑规程，JGJ120-99里并相关无公式，而JGJ120-201x报批版里有帷幕嵌入深度限制公式(原理是大于临界水力梯度)： (2D+0.8D1)y/hywKst本公式阐明，在已知坑深，土质情况下，嵌入深度与水头差是一对主要矛盾，在此的数学结果必须大于Kse。此公式也可以从理正软件管涌公式引出（1.5为2级K的默认值） 1.5y0hyw(h+2D)y。在此可以推出常用的悬挂帷幕嵌入长度计算公式：帷幕嵌入D0.5（hywKse/y)-0.8D1悬挂帷幕嵌入深度满足要求时，通过帷幕底的绕流量很少，满足基坑地下水控制要求。在昆明地区试验的基坑也证明基本如此。回到应慧清公式Q=kBH(M-h)/(b+M+T)，我们认为M取值不应该按照地勘报告有多少取多少，而是验算嵌入深度后再决定。当嵌入深度满足规程时，按应慧清默认值M=h，绕流量Q=0。当不满足规程时，设不满足值为d=0.5（hywKse/y)-0.8D1-D，那么，M=h+d。在此验算上例的嵌入深度：D0.5（hywKse/y)-0.8D1D=帷幕嵌入深度（m）；D1=静止水位或承压水面到坑底深度（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=基坑内外水头差（坑深-静水位8.63-1.1=7.53m）；Kse=安全系数，1级基坑取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。实际施工嵌入深度大于5.87m，大于计算深度2.78m，满足JGJ120-2011报批版规程要求。也就是说原帷幕不必加长，也能满足规程要求。这时应慧清公式的M值取值可以等于h，帷幕绕流量计算值等于零，原计算涌水量247968 m3/d计算有误，主要是M值取值没有弄明白，才造成计算涌水量大于地勘涌水量。当然，绕流量等于零，并不能说基坑没水。一般基坑总的水量由帷幕绕流量、坑底涌水量、幕面和锚孔漏水量、其他水量组成，经过计算（过程略）和经验估算，基坑总水量约为7600m3，约需8台抽水机。4、实施：最后四方讨论止水帷幕方案，我们按上原则阐述了审查结果，取得了与会四方一致意见，帷幕加长6m的更改取消（只作局部调整），节约投资约500万。基坑经开挖后，基坑实际采用抽水机6台，每天抽水量约6500m3，还小于计算量，证明公式基本符合现场情况，不必加长帷幕。5、小结：从上面TYC止水帷幕实例可以得出以下结论：1）可以采用应慧清公式作为绕流量基本公式；2）参数需要重新定义，如应惠清公式中