长江三峡水利枢纽坝基防渗灌浆工程关键技术问题探讨
林 义 亮
(长 7L 水 利 委 员 会 建 设 ti 管 理 局 湖 北)fM 44?002)
L摘要〕对长江三峡水利枢纽坝基础防渗灌浆工程特点、关键技术问题的处理进+!f l 述 .洋细分析关键技
长及对应设计措施。
江关健词7 三峡工程大坝基础防渗灌奖关钵技犬
概述
1.1 枢纽工程概况
长江 三 峡 水利枢纽是治理开发长江的关键性骨干工程，具有防洪、发电、航运、旅游等巨
大的综合效益，是目前世界上已建和在建的最大水电工程。枢纽坝址位于湖北省宜昌市三斗坪，
控制流域面积100万kn?，水库正常蓄水位175m,总库容393亿m'，防洪库容221.5亿m'。枢
纽工程由大坝、水电站和通航建筑物组成。
大坝 为 混 凝土重力坝，坝轴线长度2309.5m ，坝顶高程185m，最大坝高181m。泄洪坝段
位于河床中部，两侧为厂房坝段和非溢流坝段。泄洪坝段分为23个坝段，设有22个表孔，
23个深孔和22个导流底孔，导流底孔在水库初期蓄水高程156m水位运行前封堵。
泄洪 坝 段 左侧的左导墙坝段和右侧的纵向围堰坝段各设1个泄洪排漂孔，右岸非溢流坝
段设一个排漂孔。左岸厂房坝段分为14个厂房坝段和1个安装场坝段，设14条压力钢管及
其进水孔，两个排砂孔。左岸非溢流坝分为18个坝段，其间夹有垂直升船机坝段和临时船闸
坝段，左非18坝段设1个排砂孔。右岸厂房坝段分为12个厂房坝段和一个安装场坝段，设
12条压力钢管及其进水孔，4个排砂孔，右岸非溢流坝分为7个坝段，设一个排漂孔。
电站 厂 房 为坝后式厂房，分设左、右岸，由上游主厂房、副厂房、下游副厂房、尾水渠
等建筑物组成。左岸电站厂房安装14台机组，右岸电站厂房安装12台机组，单机容量700MW,
26台机组总装机容量18200MW, 50O 开关站设置在厂坝之间的上游副厂房内。
通航 建 筑 物均布置在左岸，分为临时船闸和永久通航建筑物:升船机、双线五级船闸。
临时船闸为单线一级，随三峡一期工程完建，用于二期工程施工期通航，三期工程施工期即
围堰发电期蓄水前停用;并改建为设有2个冲砂孔的挡水坝段。
升船 机 为 单线一级垂直升船机、承船箱尺寸为18mX 1 20mX 3 .5m (宽X长X槛上最小水
深)，最大过船吨位为3000t级客货轮，最大提升高度113m，总提升重约11800t,是世界_L
已建和在建工程中规模最大的升船机，年单向通过能力350万t,
双线 五 级 船闸为双线平行布置的五级连续船闸，单级闸室有效尺寸为34mX 2 80mX 5 m
(宽X长X槛上最小水深)，可通过万吨级船队，年单向通过能力5000万t。
长江 三 峡 水利枢纽布置图见图to
1.2 坝墓地质条件简介
三峡 枢 纽 库坝区大地构造单元属杨子准地台，坝址位于黄陵背斜核部南端，属地壳变化
相对平缓的稳定地区。坝址处地形低缓、河谷开阔，谷底宽约1000m，枯水河槽宽190^-260m.
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基岩面高程一般。-26m，两岸漫滩高程41-65m,葛洲坝水库蓄水后，库水位高程一般约67m,
坝址处水面宽1000--1100M，坝址基岩主要为前震旦系结晶岩，岩性以闪云斜长花岗岩为主，
局部含片岩捕虏体和闪长岩包裹体以及花岗岩、辉绿岩等岩脉。
坝基 岩 体 断裂构造以陡、中倾角的NNW组、NNE组为主，NE至NEE组及NWW至NW组次
之，多数断层长度小于300m，宽度小于Im，少数断层规模略大。断层透水性与其性质、走向、
钩造岩胶结状态密切相关，其中，NE至NEE向张性、张扭性断层，部分NW或NW，向断层与
NNE向断层交切带透水性较强:坝基占主导地位的压性断层，其构造岩分带性明显，主断面
(带 )常呈紧闭状态，主断带糜棱岩、碎斑岩常起隔水作用，两侧低一序次的张性断层、裂
隙具一定透水性，当其与其它走向断裂交汇时，透水性明显增强，缓倾角断层发育较少，且
一般规模不大，透水性弱，但在两岸岸坡的厂房坝段，部分受卸荷影响有不同程度张开，呈
束状较集中分部时，形成较大范围的强透水带。
坝基 岩 体 构造裂隙以陡倾角裂隙为主，中、缓倾角裂隙发育较少，以NNW至NNE组最为
发育，其透水性特征及走向与断层一致，但其连通性低于断层，且随深度增加，其渗透性逐
渐减弱。
坝址 区 岩 体风化按风化程度自地表向深度方向可分为全、强、弱、微四个风化带，其厚
度以全风化最大，弱风化带次之，强风化带厚度较小，微风化带岩体坚硬、完整，仅沿裂隙
轻微风化，岩体各项指标与新鲜岩体相同。坝基可利用岩面为弱风化带或微新岩体。基岩透
水性与风化程度密切相关，全、强风化岩体透水性强，坝基已全部挖除，弱风化岩体透水性
差别大，极不均一，从弱风化上带到下带、到微风化带，其透水性逐渐减弱。
从坝 基 利 用岩体总体看，透水性微弱，有70%^-97%的压水试验段属微至极微透水，岩体
透水率小于1Lu的相对不透水岩体顶板在微风化顶板以下30^-50m，其分布高程:河床一般
为一50--0m，河床深槽部位深达一120m高程以下，后河及两岸漫滩0-50M，两岸山体30-190m.
坝基 岩 体 受岩性、断裂构造、岩体结构、地貌形态和河谷卸荷作用影响，渗透性在平面
及垂直两个方向上均存在较大差异。表现为在断层和裂隙发育地段、裂隙密集带、断裂接触
的岩脉接触面、断裂交切带、河床深槽卸荷带等局部地段一定深度内透水性较强，存在岩体
透水率大于等于IOLu集中分布的地段，其相对不透水岩体顶板高程相应下降，形成凹槽形的
曲线。
坝基 岩 体 地下水类型除少数发现裂隙承压水外，主要是裂隙潜水类型。天然状态弱风化
带岩体处于地下水位变动带中，是地下水径流最活跃的部位。微、新岩体中，地下水的运行
受裂隙网络和渗透性的控制，其中河谷受卸荷影响的微、新岩体，透水性普遍增大，是坝基
防渗处理的重点地段，未受卸荷影响的微、新岩体透水性小，但具传递压力迅速、疏排缓慢
的特点。坝基水文地质结构及补排关系见图2。
三峡 坝 基 岩体为非层状结构，岩质坚硬，结构致密，岩体断层、裂隙等构造面多为硬质
闭合或为坚硬物质充填、无充填，岩体允许渗透比降大，基本不存在渗透破坏之虑，具备加
强排水的条件。
1.3 枢纽渗控工程概况
三峡 水 利 枢纽大坝河床坝段建基面较低，承受较高的下游水位，坝基扬压力较大;两岸
坝段建基面逐渐抬高，坝基扬压力受下游水位的影响减小，因此，对河床坝段和岸坡坝段采
用不同的坝基渗流控制方案。对河床建基面高程低于40m的坝段采用封闭抽水排水的渗流控
葛洲*7k库正常高水位_-1J
圈 2 坝 ‘水文地质结构类型及补排关系概化示意圈
I-浅部裂肺网络型2-深部裂除网络型3一陡倾脉状展分布型4-理倾脉状型
5一降 水 6 一地 表 水 、 地 下 水活动方向7-断层8-裂限
制方案，对坝基抗滑稳定有特殊需求的坝段，扩大封闭抽排区，以有效疏干坝基岩体，确保
满足抗滑稳定要求;对两岸岸坡坝段一般采取常规抽排方案，对高程超过下游校核水位及两
岸坝端延伸的部位，采取自流排水方案。
防渗 灌 浆 主帷幕轴线平行坝轴线，沿坝体上游墓础灌浆廊道布置，纵贯坝基，为控制两
岸坝肩绕坝渗流，防渗帷幕轴线向两岸延伸，左岸穿过船闸与大坝之间山体段接永久船闸防
渗帷幕，右岸穿过右岸地下厂房引水隧洞接山体相对不透水层。封闭灌浆帷幕左起左岸电站
1饥组，沿机组排水启道向右延伸，经左m安装场向上游接左安m坝段，平行坝轴线沿坡体
下游排水廊道纵贯河床坝段，至右安In坝段向下游接右厂21 26饥组基础排水廊道。防渗
灌浆帷幕轴线总长约4173m，帷幕灌浆总进尺约35万mo
长江 三 峡 水利枢纽基础防渗帷幕及排水布置如图30
防渗 灌 浆 帷幕的防渗标准:高程160m以下为Mu;高程160m以上为3Lu;灌浆帷幕排
数以一排为主，主河床深槽强透水带、地质缺陷部位增加为双排或局部加强:主帷幕孔距2m,
封闭帷幕孔距2.5m ,双排孔的排距，孔口段0.5- 0.8m ，上游排孔向上游倾斜，并保持各孔
段排距不超过2m;灌浆压力，孔口段原设计1~ 1 .5M Pa，孔口段以下4---5MPa;灌浆材料以
湿磨细水泥桨为主，当吸桨量超过供浆能力时可直接灌注普通水泥浆;特殊需要的部位经研
究采用化学浆材。
2 防渗滋浆工程的几个关健技术问题
2.1 关于封闭抽排渗控方案
从 20 世 纪30年代起，坝基开始采用防渗灌浆帷幕和排水设施，长期的工程实践证明，
这些设施能有效控制坝墓渗漏和降低扬压力，并逐渐形成了相应的设计准则、规程和规范。
20世纪50年代后，水利水电设计工程师们逐渐认识到岩石基础的排水孔幕是降低扬压力的
有效措施，对提高大坝的稳定性，压缩坝体设计断面，减少工程量和节约工程投资有着较为
重要的作用。70
采用较为先进、
年代开始建设的我国葛洲坝工程和巴西、巴拉圭合建的伊太普水电站，开始
完善、更有效的荃础防渗排水系统，我国在葛洲坝工程设计中，开始提出封
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闭防渗抽排系统的方案并实施，随后于80年代在东风等大型水电站工程中推广运用，随着我
国的重力坝设计规范的补充修改，使这种设计方案的设计理论和计算方法得到进一步发展，
并渐趋成熟。
三峡 水 利 枢纽坝址位于葛洲坝库区，坝址水位埋深较大，葛洲坝正常蓄水位高程66m,
相应三峡坝址水位一般为高程67。左右，设计下游水位62 83. lm，河床建基面高程一般低
于40m，河床坝段建基面下游水深达22-79m。坝基扬压力可达10891一15553t/m，经计算分
析，采用常规防渗抽排措施，降压效率为17.4% ^B7.3% ，如采用封闭防渗抽排，降压效率可
达60.6%。不同防渗排水方案，河床坝段单宽坝基扬压力比较见表1,
表1 不同防渗排水方案河床坝段单宽坝墓扬压力比较
防渗排水方案
建基面高程4m 建基面高程40m
剩余扬压力降压效率剩余扬压力降压效率
不设防渗排水15553 0 10891 0
常规防渗排水12854.4 0. 174 7892.4 0.273
封闭防渗抽排6128.8 0.606 4281 0.606
由此 可 见 ，三峡工程采用封闭防渗抽排方案效果明显。三峡水利枢纽的封闭防渗抽排方
案的设计研究，从20世纪80年代的蓄水150。方案开始，当时鉴于我国重力坝设计规范尚未
作这方面的修改补充，方案的应用和葛洲坝等工程一样，只能作为安全储备措施，不能作为
基本安全措施或作为优化坝体设计断面的依据。在80年代后期和90年代初进行和完成的三
峡前期科研工作阶段，按蓄水170。方案为基础，进行封闭防渗抽水排水效果的计算分析，在
考虑基础地质条件复杂性并留有适当安全余度的前提下，提出排水降压效果按0.6考虑，与
常规抽排方案比较，河床坝段可节约坝体断面积6%-8%,随着设计规范的修改，在三峡蓄水
175方案初设中，上述研究成果被采用，封闭防渗抽排方案才真正发挥其经济效益，并作为
提高大坝抗滑稳定安全度的基本安全措施。
三峡 工 程 封闭防渗抽排方案在现行蓄水位175m方案的初步设计中，通过计算分析，建
基面高程低于40二时，封闭防渗抽排的降压效果明显。因此，其封闭范围按建基面高程低于
40m控制，将主河床段和后河段分为两个封闭抽排区，两侧岸坡坝段都未包括在封闭抽排范
围。随着设计工作的不断深入，在单项技术设计中，为保证左厂1-5.坝段缓倾角裂隙发育
地段的坝基抗滑稳定，作为增加抗滑稳定安全的基本措施之一，决定封闭抽排区从主河床向
左延伸到左厂18钡段，包括左厂1-5.坝段，由于在增加的安全措施中，还包括厂坝联合受
力的措施，为此，在左厂1-6‘坝段范围，又将封闭区向下游扩展到包括坝后厂房的范围;
在三期工程招标设计中，为保证右岸厂房21-v26'坝段缓倾角裂隙发育区的抗滑稳定，在该
部位采取了和左厂1-6.坝段相同的扩大封闭抽排范围的措施，由此，三峡工程封闭防渗抽
排方案形成了如图3所示的布置。
三峡工程封闭防渗抽排方案，包括在封闭区坝基上、下游设置防渗灌浆帷幕，
制渗漏量的前提下，
挥排水降压的作用，
充分利用三峡坝基岩体不存在渗透破坏问题的良好地质条件，
有效控
有效发
尽量减少坝基扬压力荷载，以增加坝基面和坝基岩体结构面的抗滑稳
定安全度。坝墓排水的设置除在防渗灌浆主帷幕和封闭帷幕后相应布置主排水孔幕和封闭
排水幕外，还在建基面高程低于40m的坝段，平行坝轴线纵向布置两排辅助排水孔，并每
间隔70-80m连接上下游主封闭排水孔幕，布置一排横向辅助排水孔。河床及左右岸厂房
坝段封闭防渗抽排的坝基帷幕及排水布置剖面如图40
2.2 徽细裂然的沮桨处理
三峡 工 程 防渗灌浆受灌岩体为闪云斜长花岗岩，岩体的透水性受网络状裂隙发育程度控
制，而岩体裂隙宽度微小，采用普通的水泥浆材灌注，灌浆效果极差。
早在 19 58年，长江委进行了现场灌浆试验，受当时灌浆设备、材料等条件限制，试验
区灌后检查达不到合格要求，当时试验采用的水泥细度未达到现行普通水泥的细度标准，压
力为3-8kg/c扩，灌浆过程中有近50%的孔段出现吸水不吸浆和严重的浆液失水回浓现象，
而灌后检查，吸水率降低不到20%，现场试验的结论明确认为:三峡坝基采用普通水泥浆材，
灌浆效果不明显，应研究新的适合三峡坝基岩体的灌浆材料。受当时设备条件和工程经验等
认识上的限制，未提出灌浆方法和灌浆压力的改进措施和建议
在随 后 的 三峡工程科学试验研究中，一直坚持进行灌浆材料的研究工作，并成立了相应
的专题研究组织，前期研究重点放在非颗粒材料的开发研究上，随着丹江口工程的建设，研
究重点逐步转向水泥材料的磨细及磨细工艺、设各。三峡工程的科研由国家组织，按五年计
划分阶段列项，并分工开展，研究过程主要分为化学灌浆材料和水泥类浆材;水泥类浆材的
磨细又分别进行了干磨和湿磨等工艺、设备的研究和开发
由于 三 峡 工程的研究、决策过程漫长，社会的发展和进步，工程建设实践经验的积累，
为工程实际问题IYI角择决提供了条件。
首先 是 水 泥生产技术的发展，使水泥细度标准发生了变化，普通水泥细度已达到80u m
方孔筛筛余量延2%-3%。到三峡工程施工时，对具微细裂隙的基岩灌浆，已提出了细水泥和
超细水泥浆材的标准。细水泥一般情况下，其最大颗粒D.e，在35um以下，平均粒径D。为6-
10,U二:经过特制的超细水泥，其最大粒径一般在12 um以下，平均粒径D*为3-6.u m。细
水泥浆和超细水泥浆可通过干磨细水泥制浆或普通水泥浆通过湿磨机磨细制备。随着水泥细
度变化，水泥比表面积增加，水化速度加快，水泥浆液的性能变化加快，特别是粘度增加的
速度加快，对浆液可灌性带来较大的不利影响，因此相应的浆液性能的研究和改善措施也得
到同步发展。在以水泥为主的颗粒浆材发展的同时，随着化学工业突飞猛进的发展，各种化
学浆材的研究和应用也达到了实用的程度。
化学 灌 浆 材料层出不穷，但化灌材料用于生产施工，需经过对环境影响和耐久性问题论
证和评价，同时由于一般化灌材料价格昂贵，其经济合理性比较，常使其应用受到一定限制，
其大量应用逐步转向混凝土缺陷的补强处理，在地基处理中多数只作为一种后续的补救和加
强措施，并区别防渗、止水堵漏、加固等作用使化灌材料更趋针对性和专用性。
另一 方 面 ，在水利水电工程建设实践中，为了解决岩溶坝基的防渗灌浆问题，我国的灌
浆工艺和施工方法中，高压灌浆技术随着乌江渡枢纽的建设和运行检验而趋于成熟。高压灌
浆的初始目的，是为了改变岩溶充填物，特别是勃泥类充填物性质，保证其抗渗稳定性，随
着工程经验的积累和理论研究的深入，却为三峡工程微细裂隙灌浆处理方法提供了可能的新
途径。
高压 灌 浆 改变长期以来常规压力下充填灌浆的思路，在受灌体可弃填空间基木弃谊情}9.
下，继续提高灌注压力，使受灌体发生弹性变形或劈裂，为浆液扩散提供新的途径，并使水
泥浆液在高压情况下潍水，提高浆体结石强度;对岩溶充填物则沿浆液扩散接触面产生潍水
固结和钙化胶结作用，改变充填物性状。
三峡 工 程 针对微细裂隙的防渗灌浆处理，经过反复论证和现场灌浆试脸论证，采取了小
口径孔口封闭高压灌浆法，并选用湿磨细水泥浆材作为主要灌浆材料，必要时再根据不同需
要，分别选用环氧类浆材增加强度，选用丙烯酸盐类浆材增强防渗性的补强措施。

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