基于混凝土及砌石建筑物基礎揚壓力的觀測

王春燕

(黑龍江省八五六農場水務局，黑龍江虎林 158418)

基于混凝土及砌石建筑物基礎揚壓力的觀測

王春燕

(黑龍江省八五六農場水務局，黑龍江虎林 158418)

混凝土和砌石建筑物基礎上的揚壓力，是指建筑物處于尾水位以下部分所受的浮力和在上下游水位差作用下，水從基底向下游滲透產生的向上的滲透壓力的合力。向上的揚壓力減少了壩體的有效重量，降低了閘壩的抗滑能力。在混凝土和砌石建筑物的設計中，揚壓力是作為建筑物的主要作用力之一進行穩定計算。以重力壩為例，根據計算，為平衡揚壓力需增大的壩體體積為1/3～1/4。建筑物投入運用后，揚壓力的大小是否與設計相符，對于建筑物的安全穩定關系十分重要。為此，必須進行揚壓力觀測，以掌握揚壓力的分布和變化，判斷建筑物的穩定安全程度，指導水庫的運行和管理。

混凝土及砌石建筑物;基礎揚壓力;觀測;測點布置;測壓管埋設;壓力過程線

1 測點布設

揚壓力觀測的測點應根據建筑物的重要性和規模大小、建筑物類型、斷面尺寸、地基地質情況以及防滲、排水結構等進行布置。一般可選擇若干垂直于建筑物軸線的具有代表性的橫斷面作為測壓斷面。通常選擇在最大壩高、老河床、基礎較差以及設計時進行穩定計算的斷面處。一般要求不少于3個測壓斷面。

當混凝土壩或砌石壩有橫向廓道時，可在橫向廊道位置布置測壓斷面，以便于觀測。對支墩壩和連拱壩，可將測點布置在支墩和壩垛內。水閘基礎揚壓力測點根據地下輪廓線布置，一般按圖1所示形式布置。

如果需要研究揚壓力沿建筑物縱向分布情況，可沿建筑物軸線布設一排測點，構成一個縱向觀測斷面，以便分析揚壓力沿整個基礎的分布情況。

圖1 水閘基礎揚壓力測點布置示意圖

2 測壓管的構造及埋設

揚壓力測壓管由進水管、導管和裝有保護裝置的管口組成。通常使用450 mm的金屬管或塑料管。

2.1 進水管

基礎揚壓力是指建筑物底面上某一點的水壓力，該點水壓力對應一個揚壓水位。因此，測壓管的進水管較短，只要不少于20 cm即可。進水管的管壁上鉆有5～6 mm的小孔。由于進水管較短，進水孔需適當加密。進水管的外包反濾層要求較低，一般只包一層反濾層即可。進水管下部應留不短于5 cm的沉沙管段，管壁不鉆孔，底部封死，見圖2。

圖2 揚壓力進水管結構示意圖

在軟基上埋設揚壓力進水管，一般于清基時在測點處挖一方形小坑。坑的邊長≥80 cm。用鋼板或木板按坑的大小做成方盒，盒的周圍和底部設有間距10～12 cm、梅花形排列的進水小孔，孔徑5～10 mm。盒內按反濾要求分層填以反濾料，并預埋好進水管，然后將方形盒埋入基礎小坑內。方形盒內各層反濾料之間，以及最外層反濾料與基礎土料之間，必須符合反濾要求。每層反濾料的厚度應≥15 cm，反濾料最大粒徑≤8～10 mm，直徑≥0.1 mm的顆粒含量不應超過5%。埋好后于方坑口面鋪一層黏土，其上再抹一層砂漿保護。

對于巖石地基，因一般都是在澆筑了一層混凝土后才開始巖基固結灌漿或帷幕灌漿，所以，要在灌漿后再從混凝土分層面上鉆孔至所需深度，然后將進水管插入孔內設計高程。鉆孔直徑100～150 mm。進水管周圍及管底填充沖洗干凈的粒徑6～8 mm的卵石。高度至進水管上端以上25 cm為宜，其上再填入50 cm黏土，搗實壓緊形成止水塞，上面再用水泥砂漿充填導管周圍至混凝土分層面。

若需在巖基灌漿前埋沒進水管，為防止基巖灌漿堵塞進水管，可將進水管做成U字形。在灌漿的同時用低壓水沖洗進水管，可防止堵塞。

當地質條件比較復雜，需分層觀測不同透水層滲水壓力時，可在一個鑄孔中安裝兩根測壓管，使進水管分別埋于不同運水層內，其間用水泥砂漿封堵隔開。

2.2 導管

用與進水管直徑相同的管材連接而成。導管口一直連接到觀測站滲水和雨水不能進入管內。

導管埋設應盡量保持垂直。不能保持垂直時，可用水平的導管引至設計管口位置的鉛垂投影點上，然后從該點將導管垂直向上引至管口位置。水平管段應略微傾斜，靠鉛直導管一端略高，坡度約為5%，以免產生氣塞現象。水平管段應設在可能產生的最低揚壓水位以下。當水平管段伸出混凝土體以外時，緊靠混凝土體的伸出管段應做成環狀，以免因建筑物沉陷不均勻而使水平管段斷裂，當水平管段穿過混凝土伸縮縫時，應采用在水平面上彎曲的鉛管接頭，水平管如發生堵塞，則不易修復，應盡可能少用或改用滲壓計觀測。

2.3 管口

揚壓力測壓管的管口，應設在不被掩沒且便于觀測的部位，還應加裝管口保護設備。若測壓管內最高水位低于管口，管口保護設備與土石壩團壓管相同;若測壓管最低水位高于管口，管口須加螺絲管帽。

測壓管埋設好后，應編號并繪制竣工圖，測量管口高程，進行注水或放水試驗，檢查測壓管的靈敏度。對于管中水位低于管口的進行注水試驗，方法同土壩浸潤線測壓管靈敏度檢驗。管中水位高于管口的進行放水試驗，放水后關閉閥門，根據壓力表計算壓力上升的時間過程。

2.4 繪制壓力過程線

如恢復到原來壓力的時間超過2 h，認為靈敏度不合格，應分析原因，并采取補救措施。

3 滲壓計測定揚壓力

用于滲水壓力觀測的滲壓計有鋼弦式、差動電阻式等儀器，下面介紹鋼弦式滲壓計。

3.1 鋼弦式滲壓計的結構和原理

鋼弦式滲壓計由透水石、受壓膜、鋼弦、電磁鐵和外殼等部件構成，受壓膜為不銹鋼薄板，鋼弦為Φ15 mm的不銹鋼絲，在固定梢和螺栓之間張緊固定。

鋼弦式滲壓計埋設于壩基測點位置，在壩基揚壓力作用下，水透過透水石，水壓力作用于受壓膜上，使受壓膜撓曲變形，鋼弦的張緊程度發生變化。如果給電磁線圈一個瞬時脈沖電流，電磁鐵將瞬時吸動鋼弦，之后鋼弦便產生自振，其振動的頻率與鋼弦的張緊程度有關，亦即與作用在受壓膜上的水壓力大小有關，這種關系可表示為:

式中:p為滲水壓力，pa;k為滲壓計靈敏度，pa/Hz;fi為滲壓計觀測頻率，Hz;f0為零壓力時滲壓計的震蕩頻率，Hz。靈敏度k可在儀器埋設前率定求出。

有了公式(1)后，即可由觀測的頻率值求出滲水壓力P，再計算出水柱高度，最后由儀器埋設點高程算出滲水壓力高程。

由于鋼弦受溫度影響，其長度將發生變化，自振頻率亦將發生變化。為此，需在滲壓計埋設前定滲壓計的頻率與溫度之間的關系，求得溫度補償系數，進行溫差修正。當滲壓計埋設點溫差＜10℃時，頻率變化將≤2 Hz此時可不進行修正。

鋼弦式滲壓計的優點是鋼弦頻率信號的傳輸不受電纜電阻的影響，適宜于遠距離測量，儀器靈敏度高，穩定性好。

3.2 滲壓計的埋設

滲壓計的埋設方式，與滲壓計的結構形式、使用目的以及埋設部位等有關。當用于基巖上測定建筑物基礎揚壓力時，一般在基坑開挖完成后，在巖面鉆孔。孔徑10～20 cm，孔深30 cm。在孔底部放5～6 cm厚的綱砂，上面再放細粒卵石或粗砂5～6 cm。將滲壓計透水石卸下浸水使其飽和，受壓膜空腔內注滿水并排盡空氣，然后裝好透水石，將滲壓計放入孔中。周圍用粗砂填緊并覆蓋滲壓計，坑內再灌入適當水分使反濾料飽和。最后用砂漿填滿鉆孔，上面澆筑混凝土。

3.3 現場觀測

鋼弦式滲壓計的觀測，可采用數碼式頻率計或圖形式頻率計進行。數碼式頻率計直接顯示頻率值，精度高，觀測迅速。圖形式頻率計主要由標準鋼弦、熒光屏和測微螺旋等組成。

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［3］ 趙志勇.徐村大壩位移原型觀測資料分析［J］.云南水力發電，2003(2).

TV223

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1007－7596(2011)05－0060－03

2011－01－22

王春燕(1972－)，女，遼寧昌圖人，工程師。