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关于现行基坑抗渗流稳定计算方法及相关讨论_卫丹

第32卷第4期 2015年8月

Vol.32No.4 Aug.2015

基坑抗渗流稳定计算方法及相关

DB37／ 2376-2019 区域性大气污染物综合排放标准上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司

unicipal Engineering Design Institute (Group)

1现行基坑抗渗流稳定计算方法及其比较

本节针对不同的基坑抗渗流稳定计算公式进 行分析，并进行同等外部条件下的计算，得到在 透水性土层中止水惟幕插入深度与基坑开挖深度 的大致关系，从而直观地进行比较。

SPECIALSTRUCTURES No.4 2015

1.1上海规程抗渗流稳定计算方法

本方法要求坑底土的渗流水力梯度小于坑底 土体的临界水力梯度，渗流水力梯度和坑外水头高 度以及止水惟幕的深度有关，图1为计算简图，具 体计算公式如下：

1+e i= hw/L, L=ZL+m,ZL

，一渗流作用分项系数，取1.0； 一坑底土的渗流水力梯度； hw一基坑内外土体的渗流水头（m），取坑内 外地下水位差，见图1； L一最短渗流路径流线总长度（m）； ZL一渗流路径水平段总长度（m）； ZL一渗流路径垂直段总长度（m）； m一渗流路径垂直段换算成水平段的换算系 数，单排惟幕墙时，取ms=1.50；多排 惟幕墙时，取m,=2.0； 一坑底土体的临界水力梯度，根据坑底土 的特性计算； G一坑底土颗粒比重； e一坑底土的天然孔隙比； YRs一抗渗流分项系数，取1.5~2.0，基坑开挖 面以下土为砂土、砂质粉土或黏性土与粉

性土中有明显薄层粉砂夹层时取大值

为了便于进行直观的比较，下面对以上公式 进行特定条件下的计算，求得开挖深度与止水惟 幕插人深度的关系。 对于常规的土体而言，i一般为0.8~1.0，本 次取值为0.8，为简化计算，便于比较，忽略止水 惟幕水平段对基坑渗流计算的影响，h取为基坑开 挖深度h，止水惟幕的插人深度为hz,ms取为1.5， 抗渗流分项系数取为1.5，则L=1.5（h，+2h，） 由此可知：

ni 1.5(hi +2h2)

由上可见， 挖深度的1/3，如果一个基坑开挖深度为12m，止 水惟幕的插人深度应为4m

1.2手册中抗渗流稳定计算方法

本方法直观地采用安全系数的评价方式，公 式的本质是土体临界水力梯度与渗流出口处水利坡 降进行比较，使得安全系数K满足不小于2.0的 要求，图2为计算简图，具体计算方法如下：

式中K一流土稳定安全系数，要求K不小于2.0 H一坑内外水头差； {一止水惟幕坑内水位以下深度 %一土的浮重度； w一水重度。 下面对以上公式进行计算，求得开挖深度与 止水惟幕插人深度的关系，安全系数取为2.0。

(h+21) ≥2) wh (h+21) ≥2.5 h t≥0.75h

正水唯器的人深度为基坑开深度的0， 如果一个基坑开挖深度为12m，止水幕的插人深 度应为9m

1.3全国规程中抗渗流稳定计算方法

本方法与手册中的方法比较接近，区别在于： 1)变量名称不同；（2)对于内外水位差有折减；（3） 安全系数的取值不同。图3为计算简图，具体计 算方法如下。

K,一流土稳定安全系数，安全等级为一、二、三 级的支护结构，K,分别不小于1.6、15、14； l一止水惟幕在坑底以下的插人深度； D一潜水面至基坑底面的土层厚度： △h一坑内外水头差。

下面按照稳定安全系数1.6对上述公式进行 计算。

(2ld +0.8D)% ≥1.6 Ahyw Ah (2la) ≥1.2 h la = 0.6△h

根据上述计算，止水雄幕的插入深度为开挖 深度的0.6倍，基坑开挖深度为12m，止水惟幕的 人土深度为7.2m

根据以上三个公式的比较，可以发现三种抗 渗流稳定的计算公式得到的止水幕插人深度是 不同的，而且差异较大，以开挖深度12m的基坑 为例，上海规程的计算结果为4m，全国规范的计 算结果为9m，基坑工程手册的计算结果为7.2m。 其实这三个公式的核心思想是基本一致的， 都是通过土体临界水力梯度与渗流出口处水力梯度 坡降）进行比较，得到一个安全系数（上海规程中 是YRs，手册中是K，全国规程中是K，)。 土体临界水力梯度i的计算在三个方法中是 完全一样的，都是土体有效容重和水容重的比值 上海规程的公式经过推导也是同样的结论），但 是在渗流出口处水力梯度的计算中三个方法是不一 样的，其中手册和全国规程的方法形式比较一致， 计算结果的差别主要是由于水位差的折减以及安 全系数的不同取值导致的。

2上海市规程公式的分析及其正确运用

上海规程中渗流出口处水力梯度的计算和其 他公式明显不同，主要是出现了m，这个参数，规 范要求m，取为1.5或2.0GTCC-049-2018 机车车辆制动夹钳单元-铁路专用产品质量监督抽查检验实施细则，使得最短渗流路径流线 总长度明显长于其他公式，计算结果明显不同，同 等条件下止水惟幕深度明显小于其他方法。 如果令上海市基坑工程计算公式中m,=1，则 三种计算方法的计算公式和结果较为接近，而这 个参数的存在是否合理，应该怎么理解，是需要 追溯和分析的。

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上海规程中考虑渗流水压力的计算公式中 已经出现了1.5这个参数，目的是准确计算渗流 条件下水压力的衰减，这种水压力的衰减可以 从某种程度上反映水力梯度的变化趋势，图4 为上海规程考虑地下水渗流作用时的水压力计 算简图。 上海规程没有考虑坑底地下水位以上的土体 对水头压力的削弱作用，认为坑内水位以上的土体 中的水压力为静水压力（A点到B点），该范围的 水压力没有削弱，按照静水压力计算，在这样的 前提下，规程引人了1.5这样一个系数，可用于加 强坑内地下水位以下土体对水头的影响，得到一个 相对合理的数值

图4 上海规程考虑地下水渗流作用时的水压力计算模 Fig.4Water pressure calculation considering underground water seepage (regulation in Shanghai)

由此可见，在上海规程的体系中，坑内地下水 位以上的土体对水头压力没有削弱作用，因此在抗 参流稳定计算公式中同样应该不考虑坑内地下水位 以上止水惟幕的作用，即公式中竖向渗流路径L， 应该取为2h2，hz为止水惟幕在坑内地下水位以下 的深度，这样可以和渗流作用时水压力计算的思 路一致。 通过令L,=2h²修正竖向渗流路径，对上海规 程公式进行计算，得到如下结论：m。取为2.0，止 水惟幕插人深度为开挖深度的0.84倍（基坑开挖 深度12m，止水惟幕深度10.08m）；当mGB／T50113-2019 滑动模板工程技术标准及条文说明，取为1.5时， 止水惟幕插人深度为开挖深度的0.63倍（基坑开 挖深度12m，止水惟幕深度为7.56m)，这样三种 计算公式的计算结果相对一致。 值得注意的是，部分设计人员在运用上海规程 抗渗流稳定计算公式时，仍然采用本文1.1节的计

改提供参考，具体如下： 1.对高耸规范附录C进行了扩展，增加了脱 开面积达到40%时的计算系数和内环半径较小时 环形基础的计算系数； 2.给出基础脱开时用于抗冲切验算公式 (7）~(9)和内力计算时基础外悬挑中点处的基底压 力计算公式(4)，并且给出计算底板上部配筋时的 有效自重压力计算公式（式(5)、(6))。 3.对带环壁的圆（环)形基础和带台柱的圆 环)基础进行区分，分析其计算原理的差异。参 考带环壁的圆（环)形基础内力计算公式推导过程， 根据极限平衡法，得出带台柱的圆（环）形基础内 力计算公式。