TYC基坑懸掛帷幕繞流計算

摘要：關于懸掛止水帷幕底的繞流計算，現行基坑規范尚無完善公式，本文想要通過分析實例TYC基坑止水帷幕繞流量計算過程，來弄清繞流計算公式的定義及參數邊界限制。

關鍵詞：深基坑； 止水帷幕 ；懸掛式 ；滲流技術

中圖分類號：U44 文獻標識碼：A

1、引言

對于深基坑懸掛式止水帷幕滲流技術來講，當止水帷幕插入坑底以下的弱透水土層時，基坑內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。當基坑有厚度很大的強透水土層如砂土層，帷幕沒有插入到下面的不透水層（或一定范圍內根本沒有不透水層），帷幕下端的水體內外是聯通的且有滲流壓力，此時控制不好，極易發生坑內抽不干，坑外沉降大，甚者有垮塌的可能，所以有必要進行針對深基坑懸掛式止水帷幕滲流技術開展相關的技術探討。

關于懸掛止水帷幕底的繞流計算，現行基坑規范尚無完善公式，本文想要通過分析實例TYC基坑止水帷幕繞流量計算過程，來弄清繞流計算公式的定義。

2、工程概況：

地點在昆明市北市區，土質以圓礫為主，地勘報告涌水量100151m3/d，影響半徑平均300m，k=45m/d。基坑最深為8.63m（后改為10.13m）。大多數剖面前排采用長螺旋鋼筋混凝土壓灌樁φ600@1600另加錨索做樁錨結構承受土壓力，后排采用長螺旋水泥土置換樁φ600@400做止水帷幕控制地下水。

2011年4月開工做支護樁和止水帷幕樁，原基坑最深8.63m，至2011年10月，因業主及規劃原因，地下室深度改變，部分基坑加深1.5m，此時大部分止水帷幕已經完工。設計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大學應慧清教授止水帷幕繞流理論計算確定，方案主要計算過程如下：

參照應慧清2003版《基坑支護工程圖集設計施工》，有止水帷幕的基坑涌水量計算式：Q=kBH(M-h)/(b+M+T)。

Q=基坑繞流涌水量（m3/d）；k=滲透系數（m/d）；B=帷幕長度（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=設計降水水位到帷幕底深度（m）。

3、展開分析：

1）當M-h小于0的時候，帷幕已經插入弱透水層，地下水被徹底隔離，無滲流。

2）當M-h等于0的時候，帷幕底剛接觸弱透水層頂，地下水滲流處于臨界滲流，認為是性價比最佳。下面是應慧清對此時的情況專門畫的計算簡圖，圖中可以看出h（hw）與M默認值等長。

3）當M-h大于0的時候，帷幕處于懸掛狀態，帷幕底容易產生地下水滲流。

根據上述公式，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，此處應慧清教授也未說明，結果會發生有的帷幕計算涌水量偏大，導致帷幕加長，浪費經濟，甚者會發生帷幕計算涌水量會大于無帷幕時（勘察報告涌水量），實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13=15m（嵌入=15-9.63+2=7.87m）。后基坑變更加深1.5m，基坑深度變為10.13m。設計院重新設計止水帷幕，帷幕總深度為放坡2+樁長19=21m（嵌入=19-10.13+2=10.87m），采用應慧清帷幕涌水計算式：Q=kBH(M-h)/(b+M+T)。

設計院14剖數據：Q=基坑繞流涌水量（m3/d）；k=滲透系數，取自地勘報告45m/d；B=基坑周長約1340m；H=降水水頭差9.53m；M=含水層厚度32m；h（hw）=靜止水位到帷幕底深度15.4m；b=帷幕厚度0.6m；T=設計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。

247968m3/d遠遠大于原地勘報告100151m3/d，設計院這個結果顯示，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例。那么，錯在什么地方呢，是應慧清公式不對，還是設計院計算錯誤，審查時做如下分析：

1）算數審查，手工驗算和軟件驗算均為24968，說明算數正確。

2）公式審查，應慧清公式，是同濟大學審查過，應無大的的原則問題。經過上面的分析，只可能有的參數取值不確定，而取值者是模糊取值，如M取值便是，到底是否如此，下面會繼續深入分析。

3）參數審查，k是地勘報告數據經查地勘報告原件無誤；B為基坑周長實量無誤；H為降水水頭，到場地實測無誤；h=15.4m經復核圖紙無誤；b是0.6m，經檢查施工記錄無誤；T為嵌入深度有點誤差但不大；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。但此處有個疑點，地勘圖上有多少就取多少嗎？從上面分析應慧清公式來看，M是決定涌水量和嵌入深度的關鍵參數，另外從應慧清的圖形可以看出M的默認值是與h等值，計算結果為零。M到底可以取值多少沒有說明，在此，引入基坑規程，JGJ120-99里并相關無公式，而JGJ120-201x報批版里有帷幕嵌入深度限制公式：

本公式闡明，在已知坑深，土質情況下，嵌入深度與水頭差是一對主要矛盾，在此的數學結果必須大于Kse。此公式也可以從理正軟件管涌公式引出（1.5為2級K的默認值）1.5y0h'yw≤(h'+2D)y'。

在此可以推出常用的懸掛帷幕嵌入長度計算公式：

帷幕嵌入D≥0.5[（△hyw·Kse/y')-0.8D1]

懸掛帷幕嵌入深度滿足要求時，通過帷幕底的繞流量很少，滿足基坑地下水控制要求。在昆明地區試驗的基坑也證明基本如此。

回到應慧清公式Q=kBH(M-h)/(b+M+T)，我們認為M取值不應該按照地勘報告有多少取多少，而是驗算嵌入深度后再決定。當嵌入深度滿足規程時，按應慧清默認值M=h，繞流量Q=0。當不滿足規程時，設不滿足值為△d=0.5[（△hyw·Kse/y')-0.8D1]--D，那么，M=h+△d。

在此驗算上例的嵌入深度：

D≥0.5[（△hyw·Kse/y')-0.8D1]

D=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=基坑內外水頭差（坑深-靜水位8.63-1.1=7.53m）；

Kse=安全系數，1級基坑取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。

實際施工嵌入深度大于5.87m，大于計算深度2.78m，滿足JGJ120-2011報批版規程要求。也就是說原帷幕不必加長，也能滿足規程要求。這時應慧清公式的M值取值可以等于h，帷幕繞流量計算值等于零，原計算涌水量247968m3/d計算有誤，主要是M值取值沒有弄明白，才造成計算涌水量大于地勘涌水量。

當然，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，經過計算（過程略）和經驗估算，基坑總水量約為7600m3，約需8臺抽水機。

4、實施：

最后四方討論止水帷幕方案，我們按上原則闡述了審查結果，取得了與會四方一致意見，帷幕加長6m的更改取消（只作局部調整），節約投資約500萬。

基坑經開挖后，基坑實際采用抽水機6