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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

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。

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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2.0，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

QCR 9205-2015 铁路工程试验表格图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m，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。

算方法，这可能会导致止水惟幕的计算结果 偏不安全，应当引起工程人员的注意。

本文对目前三种主流的基坑抗渗流稳定计算 公式进行同等条件的比较，分析了三种方法的本 质及其计算结果差异的原因，得到以下结论： 1.三个公式的核心思想是基本一致的，都是 通过士体临界水力梯度与渗流出口处水力梯度（坡 降）进行比较QSJC 0001S-2015 桂林世界村功能农业有限公司 真空脱水罗汉果，得到一个安全系数； 2.上海市标准《基坑工程技术规程》抗渗流稳 定计算的公式中，竖向渗流路径的长度须准确理 解，这样才可能得到与《建筑基坑支护技术规程》 比较一致的结果：

3.工程技术人员应当对计算软件中抗渗流稳 定计算的结果认真复核，避免计算结果不安全。 当然，本文的理解不尽准确，欢迎批评指 正，同时希望通过本文引起工程技术人员对抗 渗流计算的重视，加强基坑工程设计施工的可 靠度

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