岩基上坞墙扬压力计算方法探讨

孔令学

（大连港口设计研究院有限公司，辽宁 大连 116001）

在船坞设计中，经常遇到船坞坐落在岩基上的情况。在坞墙结构计算中，坞墙基底扬压力是主要荷载之一，如何计算基底扬压力对坞墙结构设计具有重要意义。在我国船坞设计规范中均未明确给出坞墙基底扬压力计算方法，只是提出了混合式坞墙水压力的计算方法。本文通过对大坝、船闸等相关规范、资料的分析和研究，结合工程实际验证，提出较合理的岩基上坞墙基底扬压力计算方法。

1 相关规范计算方法分析

坞墙基底扬压力由两部分组成，一是墙前水位h1引起的浮托力，二是墙后水位h2与墙前水位差（hc=h2-h1）引起的渗透压力，见图1。关于墙前水位引起的浮托力各规范规定均相同，就不再探讨其计算，本文重点探讨墙后水位与墙前水位差引起的渗透压力计算。

图1 坞墙示意图Fig.1 Schematic diagram of dock wall

由于岩石中的渗流基本上是沿裂隙进行的，因此岩石中的渗流不遵循达西定律，而岩基孔隙分布、本身裂隙很难弄清楚，加之灌浆帷幕和排水措施等因素，如何确定岩基上坞墙基底扬压力比较困难，难以用精确的理论方法进行计算，也难以用试验方法测定。现在，在工程上仍然是借助扬压力原形观测的成果进行类推比拟，用简单的线性分布图形确定扬压力。通过对船坞、大坝、船闸等相关规范及资料的分析研究，影响坞墙基底扬压力的因素主要包括以下3 个方面：1）岩基渗压系数琢1；2）灌浆帷幕渗压系数 琢2；3）面积系数茁。

过去在计算扬压力中的渗透压力时，所用“系数”的名称不一，有“渗透压力系数”、“渗压系数”、“渗压折减系数”、“渗透压力强度系数”等，本文为简明计，取用“渗压系数”。

岩基渗流沿孔隙和裂缝流动，因此传到坞墙底板上的渗透压力不是作用在底板全部面积上，而是作用在这些孔隙和裂缝面积上。面积系数茁的取值与具体岩石及其裂缝尺寸有关。根据M.M.格里申[1]的研究，茁取0.70~0.95。在“岩基上船闸混合式闸墙计算方法探讨[2]”中茁取0.8~1.0，我国其他船坞、大坝、船闸规范中，茁值均取1.0。根据试验资料茁值则要小的多，但考虑到茁值的不确定性及其重要性，为安全考虑，建议茁取1.0。

岩基上坞墙基础止水、降压一般采用两种方式：1）岩基较完整，基岩节理裂隙不发育，透水性极小，基础不设灌浆帷幕措施；2）岩基条件不好，基岩节理裂隙发育，透水性较大，基础设灌浆帷幕措施。若基础不设灌浆帷幕措施，影响坞墙基底扬压力的因素为岩基渗压系数琢1；若基础设灌浆帷幕措施，影响坞墙基底扬压力的因素主要为岩基渗压系数琢1 及灌浆帷幕渗压系数琢2。各规范关于岩基渗压系数琢1、琢2取值规定见表1。

表1 各规范岩基渗压系数琢1、琢2 取值规定Table 1 Value for seepage pressure coefficient 琢1 and 琢2 of rock foundation in various codes

关于岩基渗压系数琢1，我国混凝土重力坝设计规范中均未考虑折减，琢1 取1.0。我国船坞设计规范中规定岩基渗压系数琢1根据岩石新鲜程度进行取值，未明确取值范围及取值条件。在《船闸设计规范》[10]中提出琢1取0.3~1.0。而在《船闸水工建筑物设计规范》[11]中只提出了琢1 取值条件，考虑到不确定因素，未给出明确取值范围。采用琢1取值的还有德国、瑞士、美国陆军工程师团、美国田纳西流域管理局等。基于以上分析，对于岩基较完整，基岩节理裂隙不发育，透水性极小，基础不设灌浆帷幕措施的坞墙基底扬压力计算，建议琢1取0.3~1.0，取值参照船闸相关设计规范确定：1）基岩节理裂隙不发育，地质条件良好时，取较小值；2）建筑物级别较高时，取较大值；3）坞墙承受的水头较高时，取较大值；4）建筑物材料为混凝土时，取较小值；浆砌块石取较大值；5）施工质量及地基处理良好时，取较小值。对于岩基条件不好，基岩节理裂隙发育，透水性较大，基础设灌浆帷幕措施的坞墙基底扬压力计算，建议琢1 取1.0。

关于灌浆帷幕渗压系数琢2，我国船坞设计规范及船闸设计规范中均未规定。在《混凝土重力坝设计规范》（试行）[6]中明确规定单独设灌浆帷幕时，琢2 取0.5~0.7。在1984 年发布的《混凝土重力坝设计规范（试行）补充规定》[7]中，设置灌浆帷幕及排水孔时，修改为只在坝基排水孔线上折减1 次，琢2综合取0.2~0.3，在以后发布的重力坝设计规范中琢2取值又调整为0.25。从我国近年来若干重力坝扬压力原型观测实例中发现一个重要事实：在正常情况下，扬压力的实测值比设计值小得多，一般只有设计扬压力的60%耀70%，说明琢2 取值还是偏大。对于基础设灌浆帷幕措施的坞墙基底扬压力计算，建议琢2 取0.5~0.7，取值可按下列因素考虑确定：1）帷幕较长，进入弱透水岩层，取较小值；2）灌浆帷幕施工质量较好，取较小值。

2 坞墙基底扬压力计算方法

基于以上分析，建议坞墙基底扬压力计算按以下情况考虑。

图2 扬压力分布图Fig.2 Distribution diagram of uplift pressure

基础不设灌浆帷幕措施时，在坞墙后踵处扬压力为 酌h1+琢1酌hc，坞墙前趾处为 酌h1，其间以直线连接。琢1 取0.3~1.0，取值按下列因素考虑确定：1）基岩节理裂隙不发育，地质条件良好时，取较小值；2）建筑物级别较高时，取较大值；3） 坞墙承受的水头较高时，取较大值；4）建筑物材料为混凝土时，取较小值；浆砌块石取较大值；5）施工质量及地基处理良好时，取较小值。扬压力分布图示如图2（a）所示。

基础设灌浆帷幕措施时，在坞墙后踵处扬压力为 酌h1+琢1酌hc，帷幕中心线上为 酌h1+琢2酌hc，坞墙前趾处为 酌h1，其间均以直线连接。琢1 取1.0；琢2 取0.5~0.7，取值按下列因素考虑确定：1） 帷幕较长，进入弱透水岩层，取较小值；2）灌浆帷幕施工质量较好，取较小值。扬压力分布图如图2（b）所示。

3 工程应用

1）舟山某船厂，1 号船坞主尺度380 m伊80 m伊13.7 m；2 号船坞主尺度400 m伊106 m伊13.7 m。坞墙为现浇钢筋混凝土扶壁式重力结构。坞墙持力层为微风化凝灰岩，岩石较新鲜，坚硬，节理裂隙不发育，岩体基本质量等级为域级。渗透性等级为微透水，渗透系数为8.6伊10-6~2.7伊10-5cm/s。坞墙底板后侧未设灌浆帷幕[12]。在此工程设计时琢1取0.5 进行坞墙基底扬压力计算。

2）大连某船厂，1 号船坞主尺度250 m伊41 m伊12.5 m；2 号船坞主尺度360 m伊78 m伊13.5 m。坞墙为现浇钢筋混凝土扶壁式重力结构。坞墙持力层为中风化板岩，岩石节理发育中等，岩体基本质量等级为郁级。渗透性等级为中等透水到弱透水，渗透系数为2.8伊10-3~9.7伊10-5cm/s。坞墙底板后侧设灌浆帷幕，注浆孔设2 排，排距1.5 m，孔距2 m。孔深要求达基岩内渗透系数K臆3伊10-5cm/s层面，同时满足长度逸12 m。止水帷幕渗透系数K臆1伊10-5cm/s。在此工程设计时 琢1取1.0，琢2取0.6 进行坞墙基底扬压力计算。

舟山船厂于2011 年建成投产，距今已经9 a，大连船厂于2008 年建成投产，距今已经12 a，目前两工程船坞运行良好，坞墙结构稳定。

4 结语

1） 本文通过对船坞、大坝、船闸等相关规范、资料的分析研究，结合船坞工程实际验证，提出岩基上坞墙基底扬压力计算方法，可为同类工程设计提供参考。

2）目前难以用精确的理论方法进行岩基上扬压力计算，也难以用试验方法测定。在工程上仍然是借助扬压力原型观测的成果进行类推比拟，船坞扬压力原形观测的成果很少，基本均参照大坝原形观测的成果进行分析。从我国近年来若干重力坝扬压力原型观测实例中发现，在正常情况下，扬压力的实测值比设计值小得多，一般只有设计扬压力的60%耀70% ，因此我国现行设计规范中的扬压力分布图形可以适当减小，或者说渗压系数琢的值还可以适当减小。