坝基扬压力观测技术及装置简介

坝基扬压力的量测，主要是利用测压管（孔）进行的。目前有一种电测式测压计，多用在土石坝上，在混凝土坝上大概是因埋设困难或易受到温度、变形等的影响，尚未见到应用实例。

现今所用的测压管（孔），大多数是在浇过混凝土和完成灌浆后在观测廊道中直接钻设而成的。这样做的测压管质量可靠，观测精度高，损坏以后也容易修复，所以被广泛采用。以往曾在一些坝上利用在筑坝前钻孔埋管、浇筑时接管引至观测廊道的办法做过一些，实践证明，这种测压管容易堵塞，损坏以后不能修理，因而已很少采用了。

在无坍塌可能的完整地层中钻设测压管，只需用钻机先钻出一个孔来，然后在孔口再镶铸上一节可以安装压力表或防护帽的短管即可（图5-1）。如果地层过于松软、碎破，则需要在孔中下一套护壁管；当有必要在一个孔的不同高程点上测定水压力时，就需要下一套以上的管子，使它们分别下入到不同的高程，并用隔绝材料将各自观测的地层分开。这时，为了使水能够进入，须将要求观测的那一段做成带孔眼的管子，通称花管，并在花管外裹上筛网（类同水井那样）或者回填上滤料，以防其被堵死（图5-2）。无论是孔口管还是护壁管，在需要封闭的地方都要严密封闭起来。任何很小一点漏水或漏气都能严重影响观测的精度。

图5-1　完整岩石中的单一测压管

1—保护盖；2—砂浆封堵；3—孔口管；4—钻孔；5—混凝土；6—完整岩石

测压管的直径一般不小于50mm，所需要的钻孔直径不小于110mm，为观测坝底面的扬压力，国内通常采用钻孔，钻孔深入基岩0.5～1.0m；观测深层扬压力时，根据需要决定钻孔深度。

对于管内水不能溢出的测压管，可用在底部带有测钟的测绳或装有电传讯号的仪器量测管内的水位。这些器具虽然十分简单，但达到的精度却很高，可达0.01～0.05m。

对于管内水能够溢出并可引起压力计反应的测压管，一般多采用在管口装设压力表来量测压力。因压力表的最高灵敏度大约在表面值的1/4～2/3范围内，因此选用的压力表应与施测压力的范围相适应。装上的压力表，除损坏更换和校检时以外，不宜经常拆卸，以便于随时观测和减少损坏的机会。只有在整个观测过程中，管中水位时而承压，时而又低于管口，或者施测的压力值相差很大时，才有必要随时改装。

扬压力的大小，最后都要用测点上的水头高度来表示。它一般包括由渗压水头（坝前与坝后的水位差）引起的渗压力和由坝后水深引起的浮托力之和。当坝后为无水时，这时坝底面上的扬压力只包括渗压力一项。在测压管上测得的管内水位与坝体底面高程之差，即为该点坝体底面上的扬压力，通常以水头来表示。

设计上一般是只要求削减渗透压力。要求削减的程度通常以渗透压力削减系数α1、α2来表示。其中α1为在帷幕中心线上的削减系数，我国常取0.3～0.6；α2为在第一道排水孔线上的削减系数，我国常取0.2～0.4。也就是说，通过渗流控制措施，要使α1和α2分别降低到所要求的标准以下。α值的具体涵义是：

图5-2　破碎岩石中的双层测压管(www.xing528.com)

1—保护盖；2—砂浆；3—深层测管；4—浅层测管；5—止水材料；6—粒料；7—裹网花管；8—垫底粒料；9—破碎层

对于坝后无水的坝段，上式中的下游水位就用该坝段的岩面平均高程代替。可见，当测点水位低于下游水位或岩面高程时，α便出现负值。此种情况表示在该点不仅渗透压力被削减为零，而且还削减了一部分浮托力，显然这是偏于安全的。

作用于坝底面上的扬压力是坝的主要荷载之一，具有减轻坝体的有效重量，促使坝体滑动和倾覆的作用。作用于岩体内的扬压力（亦称孔隙水压力），具有减小结构面上有效应力，降低抗剪强度，促使岩体滑动的作用。无论哪个地方的扬压力一旦超过了标准，都有可能给坝的安全带来威胁。这就是必须认真量测扬压力的意义所在。

测压管的位置应根据不同的测压目的来确定。纯属为监护大坝安全所进行的观测，应至少在几个典型的坝段，如河床最高坝段、左右岸坡坝段上布设顺流向（按坝轴线来说是横向的）观测断面；在两岸山体中应按照“三维”水流的设想布设观测网点；沿坝的轴线方向应布设一个纵向观测断面；在地质条件存在缺陷，对其抗滑稳定性感到担忧的重要部位布设专门的观测点或测观断面。

在顺流向（横向）观测断面上，测压管的间距一般取8～10m，但总数不少于3个。应在紧靠帷幕之后，第一道排水孔之后，尾水之前均有布置。

纵向观测断面上的观测点，可布设在帷幕与第一道排水孔之间、第一道排水线上或第一道排水孔之后。每坝段应至少有1个观测孔。我国石门拱坝是在每坝段选取一个位置居中的排水孔兼作扬压力观测孔，在此孔的上端安装压力表，在旁侧管上安装可随时启闭的阀门。其余的排水孔也都装上阀门（图5-3），平时打开，让孔排水，只在观测扬压力前24小时才予关闭，首先观测的是当排水孔全部失效（关闭）时，单独由灌浆帷幕起作用时的最大扬压力。然后，除观测孔以外，将其余排水孔全部打开，待达到稳定以后再观测由帷幕和排水共同起作用时的最小扬压力。利用这种方法曾观测出两种结果：石门拱坝所做的灌浆帷幕几乎没有任何降压效果；扬压力较设计值偏高。实践表明，这样布置可以同时达到实用与科研两项目的，是一种较好的办法。它的缺点是，不能将坝底面与深层岩体内的两种扬压力截然分开。

为验证帷幕与排水的各自降压效果、取得设计经验的观测，在既有帷幕又有排水，只有帷幕或只有排水的地段，要分别单独布设横向观测断面，并应在其上游增设1～2个观测点。这项观测主要是为弄清帷幕与排水的各自作用，在当前来说很有实际意义。

图5-3　排水孔兼作扬压力观测孔的装置

（a）兼作扬压力观测孔；（b）一般排水孔
1—压力表；2—保护盖；3—带节门的旁通管；4—孔口管；5—砂浆；6—钻孔