第三节 扬压力

各种混凝土坝、水闸等挡水建筑物由于其与地基接触面难免有孔隙，而地基和混凝土也都有一定的透水性，因而可认为在一定的上下游静水头作用下，终究要形成一个稳定渗流场。在此渗流场内，如取某计算截面（例如坝底面或坝体某水平截面）以上之坝体部分为讨论对象，则该部分坝体就承受渗流场导致的扬压力，而且工程上习惯地将其近似处理为垂直指向计算截面的分布面力。

实践经验和原型观测资料表明，不同型式的挡水建筑物，其坝底面上的扬压力分布图形是不同的；同一种坝型在不同的地基地质条件或不同的防渗排水措施情况下，扬压力分布图形也是不同的。故应根据水工结构的型式、地基地质条件及防渗排水措施的不同，分别确定扬压力分布图形。由于扬压力本质上是由挡水建筑物上下游静水头作用下的渗流场产生的，故其计算水位应与静水压力的计算水位一致。

当扬压力的计算截面低于下游水位时，工程上习惯于将扬压力分布图形中取决于下游计算水头的矩形部分的合力称浮托力，其余部分的合力称渗透压力；对于在坝基下游设置抽排系统的情况，主排水孔之前部分的合力称为主排水孔前扬压力，主排水孔之后的合力则称为残余扬压力。DL 5077—1997在统计分析大量观测资料的基础上，取概率分布的恰当分位值，规定了各种情况下的扬压力分布以及相应各部分合力代表值算法，并规定了代表值换算为设计值时所应乘的作用分项系数。

一、岩基上混凝土坝的坝底扬压力

影响坝底扬压力分布和大小的因素很多，很难严格定量。因为坝底与岩基接触面的孔隙分布、岩基本身裂隙等很难弄清，加之帷幕灌浆和排水孔幕等设施，理论计算坝底扬压力目前几乎不可能。所以，水工设计中有关扬压力分布及其代表值的规定，是基于已建坝的原型观测数据的积累和便于设计应用的近似处理结果，并非十分精确。图2-2为岩基上各类混凝土坝坝底扬压力分布图。扬压力强度，可由水头乘以水的重度γ得到。现将这些分布图分三种情况加以说明。

（1）当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游坝踵处扬压力作用水头为H₁，排水孔中心线处为H₂+a（H₁-H₂），下游坝趾处为H₂，其间各段依次以直线连接，如图2-2（a）、（b）、（c）、（d）所示。

（2）当坝基设有防渗帷幕和上游主排水孔，并设有下游副排水孔及抽排系统时，坝踵处扬压力作用水头为H₁，主、副排水孔中心线处分别为α₁H₁、α₂H₂，坝趾处为H₂，其间各段依次以直线连接，如图2-2（e）所示。

（3）当坝基未设防渗帷幕和上游排水孔时，坝踵处扬压力作用水头为H₁，坝趾处为H₂，其间以直线连接，如图2-2（f）所示。

上述（1）、（2）中的渗透压力强度系数α、扬压力强度系数α₁及残余扬压力强度系数α₂可参照表2-5采用。应注意，对河床坝段和岸坡坝段，α取值不同，后者计及三向渗流作用，α取值应大些。

应当注意，还有两种坝底扬压力情况未在图2-2和表2-5中明确规定，其一是不设防渗帷幕但设有排水孔幕；其二是只设防渗帷幕而不设排水孔幕。但两种情况尽管不常见，但却并非不重要。当岩基条件好，透水性极小时，人们自然会考虑省去防渗帷幕，而只设排水孔幕；当岩基裂隙充填物或软弱夹层有被渗透坡降大的渗流淘刷带走的可能时，人们也自然会考虑不用排水孔幕，而只设灌浆防渗帷幕，以保持较小的渗透坡降。不过这两种情况都缺乏足够的工程实践经验和原型观测资料，无法对其扬压力分布作出规定。坝工设计中，对这两者中任一情况扬压力代表值的确定须经专门论证。于是更多的工程人员又转而倾向于放弃这两种不完整防渗排水设施的采用，而按兼用防渗帷幕和排水孔幕的原则设计，只是对较完整岩基的第一种情况适当加大帷幕灌浆孔距，对第二种情况在排水孔内加置反滤料以抵抗可能的渗透变形。这样，两种情况的扬压力分布图就仍可归入图2-2中，且其渗透压力强度系数α也仍可参照表2-5取值。

图2-2 坝底扬压力分布

（a）实体重力坝；（b）宽缝重力坝及大头支墩坝；（c）拱坝（d）空腹重力坝；（e）坝基设有抽排系统；（f）未设帷幕及排水孔1—排水孔中心线；2—主排水孔；3—副排水孔

坝底面扬压力的作用分项系数可按如下采用：

（1）浮托力的作用分项系数为1.0。

（2）渗透压力的作用分项系数，对实体重力坝为1.2，对宽缝重力坝、大头支墩坝、空腹重力坝以及拱坝为1.1。

（3）对坝基下游设置抽排系统的情况，主排水孔前扬压力作用分项系数为1.1，主排水孔后残余扬压力作用分项系数为1.2。

二、混凝土坝体内的扬压力

基于混凝土也有一定透水性的认识，混凝土坝体各水平截面也被视为承受一定的扬压力。为降低坝体内扬压力，一般在上游坝面部分浇筑抗渗标号高的混凝土，并在紧靠该防渗层的下游侧设排水管，从而也构成了坝体的防渗排水系统。从工程实践看，各种混凝土坝都是成层浇筑的，坝的透水性不均匀，沿水平施工缝的透水性较大，坝体水平截面上的扬压力实际上受水平施工缝面上的扬压力控制。遗憾的是，迄今关于坝体内扬压力还缺乏足够的已建坝的原型观测资料。DL 5077—1997对坝体内扬压力分布和取值的规定，可理解为比照坝底扬压力规定的适当折减。DL 5077—1997规定，坝体内计算截面的扬压力分布图形，可根据坝型及其坝内排水管的设置情况，按图2-3确定，其中排水管线处渗透压力强度系数α₃按下列情况采用：

图2-3 坝体计算截面上扬压力分布

（a）实体重力坝；（b）宽缝重力坝；（c）拱坝；（d）空腹重力坝

1—排水孔中心线；2—主排水孔

（1）实体重力坝、拱坝及空腹重力坝的实体部位采用α₃=0.2。

（2）宽缝重力坝、大头支墩坝的宽缝部位采用α₃=0.15。

坝体内扬压力的作用分项系数值同前述坝底面扬压力作用分项系数值的相应规定。

三、水闸的扬压力

水闸可建于岩基，也可建于土基，后者更多见。岩基上水闸作为挡水建筑物运行时，闸底防渗排水工作原理同岩基上低矮的实体混凝土坝，故其底面扬压力分布图形可完全参照前述实体重力坝坝底面扬压力分布的各种情况，按防渗排水设施对应确定。

土基上水闸底面的扬压力分布图形，宜根据上下游计算水位、闸底板地下轮廓线布置情况（亦即防渗排水布置情况）、地基土质分布及其渗透特性等条件，经渗流分析确定。一般情况下，确定渗透压力的渗流分析方法可采用改进阻力系数法或流网法，参见本书第十章。

土基上水闸两岸墩墙（岸墙、翼墙等）的侧向渗透压力分布图形可如下确定：

（1）当墙后土层渗透系数小于地基渗透系数时，可近似采用相应部位的闸底渗透压力分布图形。

（2）当墙后土层渗透系数大于地基渗透系数时，应按侧向绕流计算确定。

（3）对于重要工程的大型水闸，应经三向电拟试验或三维数值计算验证。

水闸的扬压力作用分项系数，对浮托力、渗透压力分别为1.0和1.2。