三峡枢纽混凝土工程防水防护技术应用综述

陈磊，吴启民

（1.长江勘测规划设计研究院，湖北武汉，430010；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州，310014）

三峡枢纽混凝土工程防水防护技术应用综述

陈磊1，吴启民2

（1.长江勘测规划设计研究院，湖北武汉，430010；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州，310014）

三峡工程是治理开发和保护长江的关键性工程，枢纽建筑物由大坝、电站厂房、船闸和升船机组成。为满足工程挡水安全和长期运行的需要，混凝土设计从传统的强度设计转为耐久性与强度并重，提升混凝土自防水性能，同时采用了一系列新技术和新材料，成功解决了混凝土表面防护、结构渗漏处理、特殊基础防渗等诸多技术问题，为工程建设提供了坚实的技术保障，促进了行业发展和科技进步。工程运行后，各建筑物工作性态良好，渗流量较小，主要监测数据均在安全范围之内。

三峡工程；混凝土建筑物；防水防护；技术应用

1 工程概况

三峡工程是治理、开发和保护长江的关键性工程，枢纽主体建筑物由大坝、电站厂房、船闸和升船机组成。拦河大坝为混凝土重力坝，坝顶高程185 m，坝顶总长2 309.5 m，最大坝高181 m。左、右岸坝后式电站厂房，分别安装14台、12台机组、右岸山体地下电站厂房安装6台机组，共计32台机组，单机容量均为700 MW，左岸山体设枢纽电源电站，安装2台机组，单机容量50 MW。船闸为双线连续五级船闸，船闸主体段长1 631 m，单个闸室有效尺寸长280 m，宽34 m，坝上水深5 m，上引航道长2 113 m，下引航道长2 708 m，可通行万吨级船队。升船机为齿轮齿条爬升平衡重式垂直升船机，最大提升高度113m，承船厢有效尺寸长120m，宽18m，水深3.5m，承船厢带水总重量约15 500 t，可通行3 000 t级单船和1 500 t级船队。

工程为一等工程，枢纽建筑物大坝、电站厂房、船闸、升船机均为一级建筑物，大坝设计洪水标准为重现期1 000年，校核洪水标准为重现期10 000年加大10%。

2 混凝土结构自防水

2.1 大坝混凝土设计

大坝混凝土设计从传统的混凝土强度设计转为耐久性与强度并重，混凝土自防水性能得到较大提升，主要措施有：（1）提高混凝土抗冻标号，大坝外部为F250，内部为F100，比规范要求高1～2个等级；（2）选用高效减水剂与引气剂联掺，使用I级粉煤灰，控制结构混凝土水胶比小于0.45，使四级配混凝土用水量降至85 kg/m3，保证了混凝土的致密性，提高其自防水性能；（3）控制粉煤灰掺量不大于20%，采用含4%MgO的中热水泥，控制水泥含碱量小于0.5%，混凝土含碱量小于2.54 g/m3，防止混凝土发生碱骨料反应，使混凝土具有低热性和体积稳定性；（4）采用预冷混凝土，骨料经过二次风冷，夏季出机口温度不超过7℃，仓面铺设冷却水管，加强养护和表面保温，控制混凝土最大温升和内外温差，预防混凝土裂缝的产生。

试验结果表明，混凝土强度和抗渗指标均超过设计要求，达到抗冻标号时，试件重量及动弹模损失率富余较大，冻融循环次数最高达1 250次；碳化试验28 d最大碳化深度1.26 cm，相当于自然环境50 a的碳化深度，按照工程实际条件测算，达到钢筋保护层厚度需要数百年［1］。

2.2 混凝土围堰防渗

三期碾压混凝土围堰承担着确保三期工程干地施工和围堰发电期挡水任务，全长约580 m，设计挡水位139 m，堰高115 m，混凝土标号RCC90150 F50 W8，总方量162.4万m3。为保证堰体挡水防渗性能，围堰上游侧50 cm防渗区采用现场添加净浆的改性混凝土，净浆中掺加KIM水泥基渗透结晶型防水剂，掺量2%，减水率7.5%，标准试件7 d抗压强度比135%，28 d抗压强度比124%。

施工时先在底层洒浆，碾压混凝土料摊铺后，在改性混凝土区域采用挖槽加浆，三级配改性混凝土注浆量为30～50 L/m3、二级配改性混凝土注浆量为20 L/m3，用桶计量，均匀地拌入，并进行振捣［2］。

围堰于2003年4月建成，现场取芯检测结果表明，混凝土抗压强度平均值为24.3 MPa，抗渗等级高于W13。2003年6月开始挡水，经对局部水平层面渗漏进行处理后，总渗漏量稳定在300 L/min以下，其中堰体渗漏量仅7.5 L/min。

3 混凝土表面防水防护

3.1 迎水面防水

3.1.1 整体防水

右岸纵向围堰堰内段采用碾压混凝土，设计挡水位139 m，堰顶高程140 m，二期工程与上下游土石围堰共同承担基坑挡水任务，三期工程与三期碾压混凝土围堰共同承担围堰发电期挡水任务。工程施工完成后，经现场钻孔检查，高程70 m以上平均芯样获得率88.3%，钻孔透水率小于3 Lu的孔段占57.4%，达不到设计防渗要求。

为此，对围堰迎水侧4 m范围采取钻孔水泥灌浆，对堰体表面裂缝、层间缝及渗水的诱导缝采取水泥基渗透结晶型防水材料嵌缝处理，并在迎水面全面涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料XYPEX和KT1。处理完成后，选取部分堰体排水管和应力释放孔进行注水检查，结果表明处理效果良好，围堰挡水期间未出现异常渗漏［2］。

3.1.2 迎水面裂缝处理

泄洪坝段由于孔洞多、不易保温，上游面坝段中间施工期间陆续发生竖向裂缝，其它坝段也有少量裂缝发生。

对大坝迎水面混凝土裂缝，采用LPL灌浆+凿槽嵌填SR-2止水材料+粘贴氯丁橡胶板+SR防渗盖片组合措施进行了处理，外浇25～40 cm厚混凝土板或喷射混凝土保护。考虑到裂缝两侧一定范围内可能存在细微裂缝，且裂缝有可能向两端延伸，因此对裂缝两侧6 m范围内的结构表面涂刷水泥基渗透性结晶型防水涂料KT1。根据埋设的测缝计和从坝内廊道进行的钻孔声波探测结果，裂缝状态稳定，大坝挡水运行后裂缝未向深部发展。

3.2 主体建筑物表面防护

3.2.1 水上外露面防护

为了长期保持枢纽主体结构的建筑外观，防止外部有害介质侵蚀，提高表层混凝土耐久性，主体建筑物外露面采用BONNFLON清水混凝土复合涂层进行了保护性涂刷，共包含底层、中间层和面层三层涂料。底层的主要成分为硅烷化合物，可渗透进混凝土表面的微小孔隙中，并具有良好的憎水性；中间层涂料的主要成分为丙烯硅树脂，主要作用是使底层和面层能形成整体；表层为FEVE水性氟碳树脂，具有高耐候性和耐化学介质侵蚀性能［3］。

专项试验成果表明：涂刷防护涂层后，混凝土抵抗氯化物、硫酸盐等渗透能力明显增强，抗冻性能有一定程度的提高，碳化试验深度仅为无防护情况的1/10，耐人工气候老化试验5 000 h粉化≤1级、变色≤2级、失光率≤2级，初步估算材料防护性能可保持30 a以上。

2007年，首先对左岸电站厂房内外墙混凝土表面进行了防护涂装，自2009年起陆续对大坝、右岸厂房、船闸、升船机等主体结构外露面进行了涂装。

3.2.2 溢流面防护

由于外露面采用的防护涂层不具备抗高速水流冲磨能力，对表孔、排漂孔溢流面等暴露过流区准备结合运行期冲蚀修补，采用环氧胶泥等抗冲磨材料进行修复和保护。

3.2.3 船闸闸室边墙防护

由于直接经受船体反复触碰刮擦，船闸闸墙表面水上区域主要呈现撞击摩擦损伤，现有防护材料效果难以长久保持。三峡船闸对此开展了新型聚脲弹性体防护材料的相关研究和现场试验，成果显示，混凝土表面涂覆该防护材料后冲击韧性达到32.6 kJ/m2，比涂覆前提高20多倍，可有效防护和减轻闸墙表面船舶撞击和磨损。

4 渗漏灌浆

4.1 基岩复合灌浆

基岩复合灌浆又称水泥/化学复合灌浆，主要用于基岩软弱破碎区力学性能的改善和防渗性能的提升。

三峡大坝上游防渗帷幕岸坡段、山体段全强风化带和F215断层等部位岩性软弱、透水性强，先后采用水泥和丙烯酸盐灌注；左岸厂房1～6号机组段封闭帷幕段基岩地势低、表层裂隙发育、施工期间涌水现象普遍，采用先对浅层孔段进行丙烯酸盐灌注，然后进行水泥灌浆。上述部位灌后压水检查，透水率均接近为零。

船闸南坡第五级阀门井井壁出露的f1096断层宽度2～5 m，性状差。为改善竖井周边围岩的完整性和均匀性，提高断层部位的变形性能，对该断层采用了复合灌浆处理。经高喷冲洗置换、水泥浆充填和CW环氧灌浆，断层岩体综合物理力学性能显著增强，其构造岩特别是疏松～软化状碎裂岩变形模量由原0.08～0.3 GPa提高到8 GPa。

4.2 结构缝止水检查槽灌浆

三峡大坝的挡水结构分缝处迎水面均设有止水系统，一般包括两道止水铜片，其间设有止水检查槽，两端通过管道与廊道连通。正常运行情况下具有观察止水渗漏状况和排水减压等作用，当止水出现破损失效时，通过向槽内灌注止水材料，可达到阻断漏水通道、修复止水功能的目的［4］。止水材料采用水溶性弹性聚胺酯LW，其固化后的凝胶体断裂伸长率超过80%、遇水膨胀率超过100%，具有适应各种结构变形的能力，是理想的结构缝止水材料。

大坝挡水前，通过压水检查，对渗漏超标的检查槽进行了LW灌注。运行后，对出现渗漏的部位也进行了灌浆处理［4］。

船闸闸室底板结构缝水平止水渗漏现象较普遍，施工期对超过50%的检查槽进行了LW灌注。运行后对逐渐出现的渗漏点，利用检修期进行了灌浆处理［5］。

4.3 升船机门槽混凝土渗漏处理

三峡升船机上闸首辅助闸门设在工作门上游，在上游水位变化时为工作门调整门位提供条件，并兼承担事故检修门作用，辅助门槽主轨最大支承荷载约4 000 kN/m，门槽二期混凝土因施工时浇筑离析和振捣不足，挡水后发生多处渗漏。

对混凝土疏松部分采用了人工或机械凿除，直至混凝土呈正常胶结和基本密实状态，凿挖形成的缺口采用水泥基灌浆料PAGEL回填灌注。PAGEL灌浆料也是升船机塔柱埋件使用的灌浆料，具有早强、抗离析、无收缩、高延展的特性，24 h抗压强度40 MPa、膨胀率+1%，28 d抗压强度90 MPa、与钢材粘结强度8.6 MPa，90 d静弹模39.3 GPa。对回填灌注区周边串漏缝隙及层间缝等采用HK-G-2低粘度环氧树脂进行灌浆，浆液初始粘度≤18 MPa·s、固化物抗压强度≥70 MPa、湿粘接强度≥3 MPa。门槽混凝土上游迎水面水位以下采用三液两布粘贴覆盖，即三道HK-968弹性环氧涂料和两层涤纶纤维布交替涂刷和粘贴。处理后升船机试通航至今，辅助门槽运行情况正常。

5 结语

三峡枢纽工程已经完成全部建设任务，并经过7年试验性蓄水运行，2015年9月，三峡枢纽工程通过整体竣工验收进入正常运行期。根据2016年底监测数据，大坝厂房总渗流量为273.2 L/min，单宽渗流量仅118.3 mL/（min·m）；双线五级船闸总渗流量为774.5 L/min，单宽渗流量仅237.4 mL/（min·m），远小于设计计算值，其它监测数据也均在安全范围之内。

今后将加强维护管理，科学调度，确保工程安全运行和长期使用，全面发挥综合效益。■

[1]郑守仁.三峡水利枢纽工程安全及长期使用问题研究[J].水利水电科技进展,2011,31(4):1-7.

[2]陈磊.渗透结晶防水材料在三峡工程中的应用研究[J].人民长江,2014,45(17):38-41.

[3]陈磊.三峡枢纽主体建筑物混凝土表面保护研究与应用[J].人民长江,2012,43(9):8-12.

[4]陈磊,吴启民.长距离置换式灌浆法处理大坝横缝止水渗漏[J].大坝与安全,2016(5):67-69.

[5]陈磊,宋志忠,彭绍才.三峡船闸建筑物止排水设施检查及处理[J].人民长江,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

陈磊（1967-），男，江苏南通人，教授级高级工程师，主要从事水工结构设计及研究。

作者邮箱：cwchenlei@163.com