经验公式流量计算表

1.各案例流量计算值

参数说明

通过以下图说明参数意义：S为半基坑宽度；d为基坑基底与地表土层面高差；H为基坑内外高度差；K为渗透系数；L为止水帷幕自坑底嵌入土层的深度；T总土层厚度；Δ=T-d；m 和Q n为计算过程的参数；Q T为基坑单宽渗流量，Q T=2HKQ n.

计算步骤

1.确定参数

取参数S、d、L、T、H、K，计算L/d、s/d、Δ/d。

2.查表

根据上述计算结果查以下表得m 和Q n

3.计算渗流量

通过Q T=2HKQ n，求得基坑单宽渗流量，由于上述提供的计算图表有限，只能计算Δ/d=1、2.5、5、50等四种情况。且该种方法只能计算水位保持水平和单层土层的情况，不能考虑土体中自由渗流边界和多层土层情况。

1.1.案例1

工程概况

地面标高为±0.000，地下室地板标高-10m，水位标高-1.0m。单层clay厚20m，基坑宽16m，两边各取37m，基坑两侧采用止水帷幕，基坑底设置永久性排水。

计算过程及结果

取参数S=8m、d=10m、L=0m、T=20m、H=9m、K=，计算L/d=0、s/d=0.8、Δ/d=1。

通过查图表得，m=0.33 和Q n=0.80

Q T=2HKQ n=2x9x5x10-7x0.8x24x3600=0.622m3/day

1.2.案例2

工程概况

地面标高为±0.000，地下室地板标高-10m，水位标高-1.0m。上层sand厚20m，下层clay厚10m，由于两土层渗透系数差异悬殊，认为clay层不透水。基坑宽16m，两边各取37m，基坑两侧采用止水帷幕，基坑底设置永久性排水。

计算过程及结果

取参数S=8m、d=10m、L=0m、T=20m、H=9m、K=4x10-4m/s，计算L/d=0、s/d=0.8、Δ/d=1。

通过查图表得，m=0.33 和Q n=0.80

Q T=2HKQ n=2x9x4x10-4x0.8x24x3600=497.7m3/day

1.3.案例3

工程概况

地面标高为±0.000，地下室地板标高-15m，水位标高-1.0m。上层soft sand 厚10m，中层sand厚20m，下层clay厚10m，由于clay层置于基坑最底层且渗透系数和相邻层sand差异悬殊，认为clay层不透水。基坑宽16m，两边各取37m，基坑两侧采用止水帷幕，基坑底设置永久性排水。

计算过程及结果

取参数S=8m、d=15m、L=0m、T=30m、H=14m、K sand=4x10-4m/s，K soft =5x10-8m/s，计算L/d=0、s/d=0.5、Δ/d=1。

clay

通过查图表得，m=0.38 和Q n=0.80

=2x14x4x10-4x0.8x24x3600=774m3/day

2.计算结果分析及可能经验公式

分析

从以上参数可以看出，理论计算渗流需要基坑结构参数S、d、L、T。这对于一个既定的基坑是确定的。

上述计算方法认为水位在计算过程中保持水平不变，这对于水位于地表以上的情况符合实际情况，而对于水位处于地表以下的情况却不然，从plaxis计算书中可以看出，当基坑底部产生很大渗流量时，渗流自由边界往往呈斜线，考虑水平水位与斜线水位对于基坑坑底标高剖面的影响是水头压力的影响，因此，为计算准确，有必要重新计算在斜线的自由渗流边界情况下的等效水头高度。

对于单层情况，直接取该层渗透系数。但对于多层情况，可能需要考虑水主要是从哪里流进基坑底部。因此，对于渗透系数的选取考虑渗流的水的主要路径。

等效水头高度计算和渗透系数选取

对于可以形成斜线的自由渗流边界情况，从plaxis计算书可以看出，在影响基坑渗流的范围内水头呈三角形状，根据三角形重心位置，可得等效水头高度为水平水头高度的三分之一，即H’=H/3。

从plaxis计算书可以看出，当止水帷幕嵌入不透水层1m厚时，渗流量可以忽略，因此，当基坑位于某层至少1m时，就可以取该层的渗透系数。

可能经验公式

案例1经验计算

由上述案例1可得Q n=0.80，从plaxis计算书中可以看出该案例的自由渗流边界为大致斜线，因此取等效水头高度H’=H/3=9/3=3m,k=5x10-7m/s。

所以Q T=2H’KQ n=2x3x5x10-7x0.8x24x3600=0.207m3/day。

案例2经验计算

由上述案例2可得Q n=0.80，从plaxis计算书中可以看出该案例的自由渗流边界为大致斜线，因此取等效水头高度H’=H/3=9/3=3m,k=4x10-4m/s。

所以Q T=2H’KQ n=2x3x4x10-4x0.8x24x3600=165.888m3/day。

案例3经验计算

由上述案例3可得Q n=0.80，从plaxis计算书中可以看出该案例的自由渗流边界为大致斜线（如下图），从等效水头上计算，需要考虑两层即soft clay层和sand层。由于sand层渗透系数和soft clay层渗透系数差异悬殊，可能并不像下图所示在土层分界面处的自由渗流边界那么平缓，可以对sand层不需要进行等效水头高度计算而只对soft clay层进行等效高度水头计算。因此取等效水头高度H’=H soft clay/3+H sand=9/3+5=8m,k=4x10-4m/s。

所以Q T=2H’KQ n=2x8x4x10-4x0.8x24x3600=442.368m3/day。

表格 1 渗流量对比

3.总结

从上表可以看出，利用水位水平理论值考虑等效水头高度计算的经验值与plaxis计算值较接近，如果plaxis计算值准确，那么经验计算值可以大致估算基坑的渗流量。估算方法如前述。