三峽樞紐混凝土工程防水防護(hù)技術(shù)應(yīng)用綜述

陳磊，吳啟民

（1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北武漢，430010；2.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州，310014）

三峽樞紐混凝土工程防水防護(hù)技術(shù)應(yīng)用綜述

陳磊1，吳啟民2

（1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北武漢，430010；2.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州，310014）

三峽工程是治理開發(fā)和保護(hù)長江的關(guān)鍵性工程，樞紐建筑物由大壩、電站廠房、船閘和升船機(jī)組成。為滿足工程擋水安全和長期運行的需要，混凝土設(shè)計從傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計轉(zhuǎn)為耐久性與強(qiáng)度并重，提升混凝土自防水性能，同時采用了一系列新技術(shù)和新材料，成功解決了混凝土表面防護(hù)、結(jié)構(gòu)滲漏處理、特殊基礎(chǔ)防滲等諸多技術(shù)問題，為工程建設(shè)提供了堅實的技術(shù)保障，促進(jìn)了行業(yè)發(fā)展和科技進(jìn)步。工程運行后，各建筑物工作性態(tài)良好，滲流量較小，主要監(jiān)測數(shù)據(jù)均在安全范圍之內(nèi)。

三峽工程；混凝土建筑物；防水防護(hù)；技術(shù)應(yīng)用

1 工程概況

三峽工程是治理、開發(fā)和保護(hù)長江的關(guān)鍵性工程，樞紐主體建筑物由大壩、電站廠房、船閘和升船機(jī)組成。攔河大壩為混凝土重力壩，壩頂高程185 m，壩頂總長2 309.5 m，最大壩高181 m。左、右岸壩后式電站廠房，分別安裝14臺、12臺機(jī)組、右岸山體地下電站廠房安裝6臺機(jī)組，共計32臺機(jī)組，單機(jī)容量均為700 MW，左岸山體設(shè)樞紐電源電站，安裝2臺機(jī)組，單機(jī)容量50 MW。船閘為雙線連續(xù)五級船閘，船閘主體段長1 631 m，單個閘室有效尺寸長280 m，寬34 m，壩上水深5 m，上引航道長2 113 m，下引航道長2 708 m，可通行萬噸級船隊。升船機(jī)為齒輪齒條爬升平衡重式垂直升船機(jī)，最大提升高度113m，承船廂有效尺寸長120m，寬18m，水深3.5m，承船廂帶水總重量約15 500 t，可通行3 000 t級單船和1 500 t級船隊。

工程為一等工程，樞紐建筑物大壩、電站廠房、船閘、升船機(jī)均為一級建筑物，大壩設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期1 000年，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期10 000年加大10%。

2 混凝土結(jié)構(gòu)自防水

2.1 大壩混凝土設(shè)計

大壩混凝土設(shè)計從傳統(tǒng)的混凝土強(qiáng)度設(shè)計轉(zhuǎn)為耐久性與強(qiáng)度并重，混凝土自防水性能得到較大提升，主要措施有：（1）提高混凝土抗凍標(biāo)號，大壩外部為F250，內(nèi)部為F100，比規(guī)范要求高1～2個等級；（2）選用高效減水劑與引氣劑聯(lián)摻，使用I級粉煤灰，控制結(jié)構(gòu)混凝土水膠比小于0.45，使四級配混凝土用水量降至85 kg/m3，保證了混凝土的致密性，提高其自防水性能；（3）控制粉煤灰摻量不大于20%，采用含4%MgO的中熱水泥，控制水泥含堿量小于0.5%，混凝土含堿量小于2.54 g/m3，防止混凝土發(fā)生堿骨料反應(yīng)，使混凝土具有低熱性和體積穩(wěn)定性；（4）采用預(yù)冷混凝土，骨料經(jīng)過二次風(fēng)冷，夏季出機(jī)口溫度不超過7℃，倉面鋪設(shè)冷卻水管，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)和表面保溫，控制混凝土最大溫升和內(nèi)外溫差，預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生。

試驗結(jié)果表明，混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B指標(biāo)均超過設(shè)計要求，達(dá)到抗凍標(biāo)號時，試件重量及動彈模損失率富余較大，凍融循環(huán)次數(shù)最高達(dá)1 250次；碳化試驗28 d最大碳化深度1.26 cm，相當(dāng)于自然環(huán)境50 a的碳化深度，按照工程實際條件測算，達(dá)到鋼筋保護(hù)層厚度需要數(shù)百年［1］。

2.2 混凝土圍堰防滲

三期碾壓混凝土圍堰承擔(dān)著確保三期工程干地施工和圍堰發(fā)電期擋水任務(wù)，全長約580 m，設(shè)計擋水位139 m，堰高115 m，混凝土標(biāo)號RCC90150 F50 W8，總方量162.4萬m3。為保證堰體擋水防滲性能，圍堰上游側(cè)50 cm防滲區(qū)采用現(xiàn)場添加凈漿的改性混凝土，凈漿中摻加KIM水泥基滲透結(jié)晶型防水劑，摻量2%，減水率7.5%，標(biāo)準(zhǔn)試件7 d抗壓強(qiáng)度比135%，28 d抗壓強(qiáng)度比124%。

施工時先在底層灑漿，碾壓混凝土料攤鋪后，在改性混凝土區(qū)域采用挖槽加漿，三級配改性混凝土注漿量為30～50 L/m3、二級配改性混凝土注漿量為20 L/m3，用桶計量，均勻地拌入，并進(jìn)行振搗［2］。

圍堰于2003年4月建成，現(xiàn)場取芯檢測結(jié)果表明，混凝土抗壓強(qiáng)度平均值為24.3 MPa，抗?jié)B等級高于W13。2003年6月開始擋水，經(jīng)對局部水平層面滲漏進(jìn)行處理后，總滲漏量穩(wěn)定在300 L/min以下，其中堰體滲漏量僅7.5 L/min。

3 混凝土表面防水防護(hù)

3.1 迎水面防水

3.1.1 整體防水

右岸縱向圍堰堰內(nèi)段采用碾壓混凝土，設(shè)計擋水位139 m，堰頂高程140 m，二期工程與上下游土石圍堰共同承擔(dān)基坑擋水任務(wù)，三期工程與三期碾壓混凝土圍堰共同承擔(dān)圍堰發(fā)電期擋水任務(wù)。工程施工完成后，經(jīng)現(xiàn)場鉆孔檢查，高程70 m以上平均芯樣獲得率88.3%，鉆孔透水率小于3 Lu的孔段占57.4%，達(dá)不到設(shè)計防滲要求。

為此，對圍堰迎水側(cè)4 m范圍采取鉆孔水泥灌漿，對堰體表面裂縫、層間縫及滲水的誘導(dǎo)縫采取水泥基滲透結(jié)晶型防水材料嵌縫處理，并在迎水面全面涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料XYPEX和KT1。處理完成后，選取部分堰體排水管和應(yīng)力釋放孔進(jìn)行注水檢查，結(jié)果表明處理效果良好，圍堰擋水期間未出現(xiàn)異常滲漏［2］。

3.1.2 迎水面裂縫處理

泄洪壩段由于孔洞多、不易保溫，上游面壩段中間施工期間陸續(xù)發(fā)生豎向裂縫，其它壩段也有少量裂縫發(fā)生。

對大壩迎水面混凝土裂縫，采用LPL灌漿+鑿槽嵌填SR-2止水材料+粘貼氯丁橡膠板+SR防滲蓋片組合措施進(jìn)行了處理，外澆25～40 cm厚混凝土板或噴射混凝土保護(hù)?？紤]到裂縫兩側(cè)一定范圍內(nèi)可能存在細(xì)微裂縫，且裂縫有可能向兩端延伸，因此對裂縫兩側(cè)6 m范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)表面涂刷水泥基滲透性結(jié)晶型防水涂料KT1。根據(jù)埋設(shè)的測縫計和從壩內(nèi)廊道進(jìn)行的鉆孔聲波探測結(jié)果，裂縫狀態(tài)穩(wěn)定，大壩擋水運行后裂縫未向深部發(fā)展。

3.2 主體建筑物表面防護(hù)

3.2.1 水上外露面防護(hù)

為了長期保持樞紐主體結(jié)構(gòu)的建筑外觀，防止外部有害介質(zhì)侵蝕，提高表層混凝土耐久性，主體建筑物外露面采用BONNFLON清水混凝土復(fù)合涂層進(jìn)行了保護(hù)性涂刷，共包含底層、中間層和面層三層涂料。底層的主要成分為硅烷化合物，可滲透進(jìn)混凝土表面的微小孔隙中，并具有良好的憎水性；中間層涂料的主要成分為丙烯硅樹脂，主要作用是使底層和面層能形成整體；表層為FEVE水性氟碳樹脂，具有高耐候性和耐化學(xué)介質(zhì)侵蝕性能［3］。

專項試驗成果表明：涂刷防護(hù)涂層后，混凝土抵抗氯化物、硫酸鹽等滲透能力明顯增強(qiáng)，抗凍性能有一定程度的提高，碳化試驗深度僅為無防護(hù)情況的1/10，耐人工氣候老化試驗5 000 h粉化≤1級、變色≤2級、失光率≤2級，初步估算材料防護(hù)性能可保持30 a以上。

2007年，首先對左岸電站廠房內(nèi)外墻混凝土表面進(jìn)行了防護(hù)涂裝，自2009年起陸續(xù)對大壩、右岸廠房、船閘、升船機(jī)等主體結(jié)構(gòu)外露面進(jìn)行了涂裝。

3.2.2 溢流面防護(hù)

由于外露面采用的防護(hù)涂層不具備抗高速水流沖磨能力，對表孔、排漂孔溢流面等暴露過流區(qū)準(zhǔn)備結(jié)合運行期沖蝕修補(bǔ)，采用環(huán)氧膠泥等抗沖磨材料進(jìn)行修復(fù)和保護(hù)。

3.2.3 船閘閘室邊墻防護(hù)

由于直接經(jīng)受船體反復(fù)觸碰刮擦，船閘閘墻表面水上區(qū)域主要呈現(xiàn)撞擊摩擦損傷，現(xiàn)有防護(hù)材料效果難以長久保持。三峽船閘對此開展了新型聚脲彈性體防護(hù)材料的相關(guān)研究和現(xiàn)場試驗，成果顯示，混凝土表面涂覆該防護(hù)材料后沖擊韌性達(dá)到32.6 kJ/m2，比涂覆前提高20多倍，可有效防護(hù)和減輕閘墻表面船舶撞擊和磨損。

4 滲漏灌漿

4.1 基巖復(fù)合灌漿

基巖復(fù)合灌漿又稱水泥/化學(xué)復(fù)合灌漿，主要用于基巖軟弱破碎區(qū)力學(xué)性能的改善和防滲性能的提升。

三峽大壩上游防滲帷幕岸坡段、山體段全強(qiáng)風(fēng)化帶和F215斷層等部位巖性軟弱、透水性強(qiáng)，先后采用水泥和丙烯酸鹽灌注；左岸廠房1～6號機(jī)組段封閉帷幕段基巖地勢低、表層裂隙發(fā)育、施工期間涌水現(xiàn)象普遍，采用先對淺層孔段進(jìn)行丙烯酸鹽灌注，然后進(jìn)行水泥灌漿。上述部位灌后壓水檢查，透水率均接近為零。

船閘南坡第五級閥門井井壁出露的f1096斷層寬度2～5 m，性狀差。為改善豎井周邊圍巖的完整性和均勻性，提高斷層部位的變形性能，對該斷層采用了復(fù)合灌漿處理。經(jīng)高噴沖洗置換、水泥漿充填和CW環(huán)氧灌漿，斷層巖體綜合物理力學(xué)性能顯著增強(qiáng)，其構(gòu)造巖特別是疏松～軟化狀碎裂巖變形模量由原0.08～0.3 GPa提高到8 GPa。

4.2 結(jié)構(gòu)縫止水檢查槽灌漿

三峽大壩的擋水結(jié)構(gòu)分縫處迎水面均設(shè)有止水系統(tǒng)，一般包括兩道止水銅片，其間設(shè)有止水檢查槽，兩端通過管道與廊道連通。正常運行情況下具有觀察止水滲漏狀況和排水減壓等作用，當(dāng)止水出現(xiàn)破損失效時，通過向槽內(nèi)灌注止水材料，可達(dá)到阻斷漏水通道、修復(fù)止水功能的目的［4］。止水材料采用水溶性彈性聚胺酯LW，其固化后的凝膠體斷裂伸長率超過80%、遇水膨脹率超過100%，具有適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)變形的能力，是理想的結(jié)構(gòu)縫止水材料。

大壩擋水前，通過壓水檢查，對滲漏超標(biāo)的檢查槽進(jìn)行了LW灌注。運行后，對出現(xiàn)滲漏的部位也進(jìn)行了灌漿處理［4］。

船閘閘室底板結(jié)構(gòu)縫水平止水滲漏現(xiàn)象較普遍，施工期對超過50%的檢查槽進(jìn)行了LW灌注。運行后對逐漸出現(xiàn)的滲漏點，利用檢修期進(jìn)行了灌漿處理［5］。

4.3 升船機(jī)門槽混凝土滲漏處理

三峽升船機(jī)上閘首輔助閘門設(shè)在工作門上游，在上游水位變化時為工作門調(diào)整門位提供條件，并兼承擔(dān)事故檢修門作用，輔助門槽主軌最大支承荷載約4 000 kN/m，門槽二期混凝土因施工時澆筑離析和振搗不足，擋水后發(fā)生多處滲漏。

對混凝土疏松部分采用了人工或機(jī)械鑿除，直至混凝土呈正常膠結(jié)和基本密實狀態(tài)，鑿?fù)谛纬傻娜笨诓捎盟嗷酀{料PAGEL回填灌注。PAGEL灌漿料也是升船機(jī)塔柱埋件使用的灌漿料，具有早強(qiáng)、抗離析、無收縮、高延展的特性，24 h抗壓強(qiáng)度40 MPa、膨脹率+1%，28 d抗壓強(qiáng)度90 MPa、與鋼材粘結(jié)強(qiáng)度8.6 MPa，90 d靜彈模39.3 GPa。對回填灌注區(qū)周邊串漏縫隙及層間縫等采用HK-G-2低粘度環(huán)氧樹脂進(jìn)行灌漿，漿液初始粘度≤18 MPa·s、固化物抗壓強(qiáng)度≥70 MPa、濕粘接強(qiáng)度≥3 MPa。門槽混凝土上游迎水面水位以下采用三液兩布粘貼覆蓋，即三道HK-968彈性環(huán)氧涂料和兩層滌綸纖維布交替涂刷和粘貼。處理后升船機(jī)試通航至今，輔助門槽運行情況正常。

5 結(jié)語

三峽樞紐工程已經(jīng)完成全部建設(shè)任務(wù)，并經(jīng)過7年試驗性蓄水運行，2015年9月，三峽樞紐工程通過整體竣工驗收進(jìn)入正常運行期。根據(jù)2016年底監(jiān)測數(shù)據(jù)，大壩廠房總滲流量為273.2 L/min，單寬滲流量僅118.3 mL/（min·m）；雙線五級船閘總滲流量為774.5 L/min，單寬滲流量僅237.4 mL/（min·m），遠(yuǎn)小于設(shè)計計算值，其它監(jiān)測數(shù)據(jù)也均在安全范圍之內(nèi)。

今后將加強(qiáng)維護(hù)管理，科學(xué)調(diào)度，確保工程安全運行和長期使用，全面發(fā)揮綜合效益?！?/p>

[1]鄭守仁.三峽水利樞紐工程安全及長期使用問題研究[J].水利水電科技進(jìn)展,2011,31(4):1-7.

[2]陳磊.滲透結(jié)晶防水材料在三峽工程中的應(yīng)用研究[J].人民長江,2014,45(17):38-41.

[3]陳磊.三峽樞紐主體建筑物混凝土表面保護(hù)研究與應(yīng)用[J].人民長江,2012,43(9):8-12.

[4]陳磊,吳啟民.長距離置換式灌漿法處理大壩橫縫止水滲漏[J].大壩與安全,2016(5):67-69.

[5]陳磊,宋志忠,彭紹才.三峽船閘建筑物止排水設(shè)施檢查及處理[J].人民長江,2013,44(17):1-4.

Application of waterproof and protection technology for concrete structure of Three Gorges proj?ect

CHEN Lei and WU Qi-min

Changjiang Institute of Survey,Planning,Design and Research

As a key project to control,develop and protect the Yangtze River,the Three Gorges project is composed of dam,powerhouse,ship locks and ship lifts.In order to meet the needs of engineering safe?ty and long-term operation,the concrete design is changed from the traditional strength design to the balance between durability and strength,which improves the waterproof performance of concrete.At the same time,a series of new technologies and new materials are adopted to solve many technical problems such as concrete surface protection,seepage treatment,special seepage control of foundation and so on. Each building has good behavior and less seepage flow during operation,and the main monitoring data are within the safe range.

Three Gorges project;concrete structure;waterproof and protection;technology application

TV640.31

：B

：1671-1092（2017）04-0060-03

2017-03-14

陳磊（1967-），男，江蘇南通人，教授級高級工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計及研究。

作者郵箱：cwchenlei@163.com