维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年７月 一一一一一一一 水利水电快报ＥＷＲＨＩ 第２３卷第１４期 ；工程施工｛ ｍｍｍｍｍｍｍ 文章编号：１００６—００８１（２００２）０１４—００１９—０３ 三峡工程基础帷幕灌浆 压力的论证确定与应用分析 ． 於习军，徐年丰 ４３００１０） （长江水利委员会设计院，湖北武汉摘要：根据工程特点，坝基岩体条件，在总结国内外灌浆技术经验的基础上，通过大规模现场灌浆试验 论证等大量的分析研究，在三峡工程基础帷幕灌浆中成功地应用了高压灌浆法施工工艺，论证确定基岩最 大灌浆压力采用５－－６ ＭＩ）ａ，并通过施工过程中的不断探索，将接触段灌浆压力由常用的ｌ～１ ５ ＭＰｆｌ提高 到３ ５～４．０ ＭＰｆｌ的高压水平。应用证明，三峡工程防渗帷幕采用高压灌浆是正确的，所采用的灌浆压力值 是合适的。 主题词：混凝土重力坝；坝基防渗；帷幕灌浆；试验研究；三峡水利枢纽 中图分类号：ＴＶ５４３ １４ 文献标识码：Ｂ 三峡工程大坝为混凝土重力坝，坝顶高程１８５ １＇１３．，水库 正常蓄水位１７５ ｍ，基岩为古老的花岗岩。根据三峡工程结 好，少数胶结较差，呈松软状态，风化强烈。裂隙多呈张扭 性，以倾角大于６０。的陡倾角裂隙为主，占裂隙总数的７５％ 以上，裂隙间距一般０ ５～２ ５ ｍ，发育区为０．１～０．３ １＇１３．，连 通翠７％～８％。 构及基岩特点，设计确定坝基采用防渗灌浆帷幕与排水相结 合的渗控处理措施。其中防渗灌浆帷幕主要是通过灌注基 岩裂隙，在基岩中形成一道连续的防渗幕体以拦截由库水而 坝基岩体绝大部分透水性微弱，属微一极微透水岩体， 部分为弱一中等透水岩体，特别是在Ｆ２３、Ｆ２－５断层交汇带， ｆ１０５０断层及主河床风化深槽等部位，岩体透水性相对较强， 属坝基防渗的重点地段。受断裂构造、岩性、岩体结构、地貌 产生的坝基渗流，削减渗漏量，降低渗透压力。就帷幕灌浆 而言，灌浆压力是控制其灌浆效果的重要因素之一，但如何 根据坝基具体工程地质条件和工程防渗要求选择适宜的灌 浆压力，则是灌浆设计的重点与难点。三峡工程基础帷幕灌 浆设计中，在总结国内外灌浆技术经验的基础上，对灌浆压 力进行了大量的研究探索与分析论证，选择确定了适合工程 特点的灌浆压力，积累了一定的工程经验。本文重点介绍三 形态和河谷卸荷作用的影响，岩体具有非均质各向异性特 征，微、新岩体中，地下水的运移主要受长大裂隙网络和地质 构造控制，有传递压力迅速，疏排缓慢的特点。 峡工程坝基帷幕灌浆压力的研究取值与应用效果。 ２帷幕灌浆设计要点 经多个设计阶段的论证，三峡工程坝基采用垂直防渗帷 幕与基岩排水相结合的渗控方案，其中主河床坝段因建基面 开挖高程较低，采用封闭抽排方案，上游防渗帷幕称为主帷 坝基主要工程地质条件 坝基岩体为前震旦纪闪云斜长花岗岩，以微风化和新鲜 岩体为主，部分利用弱风化下部岩体。基岩较均一、完整，力 学强度高，属优良坝基。 基岩断裂构造，特别是细微裂隙较发育。断层以中、陡 幕，下游防渗帷幕称为封闭帷幕。帷幕灌浆设计防渗标准为 基岩透水率口≤１ Ｌｕ。要求渗控处理后，坝基上、下游幕后 扬压力折减系数 、 ，不大于０．２５和０．５。 倾角为主，代表性断层有Ｆ２３、Ｆ２ｌ５、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ７、Ｆ９、ＦＩ２、Ｆ４ｌ０～ Ｆ４ｌ３断层组、ｆＩ８断层组、ｆ１０５０断层等，断层构造岩一般胶结较 收稿日期：２００２．０４—０８ 作者简介：於习军，男，工程师 帷幕灌浆一般采用单排布孔，透水性较强的河床深槽段 及规模大、性状差的Ｆ２３、Ｆ２ｌ５、 、Ｆ９、Ｆ１０５０等断层部位采用双 ・ １９・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年７月 水利水电快报 ＥＷＲＨＩ 第２３卷第ｌ４期 排布孔。主帷幕灌浆孔距一般为２ ｍ，封闭帷幕一般为 ２．５ ｎ１。帷幕灌浆孔深一般６０－－８０ ｍ，最深达１２０余ｍ。设 计灌浆进尺３３．６万ｍ。 灌浆采用“小口径钻孔，孔口封闭，孔内循环高压灌浆 法”施工，最大灌浆压力６ ＳＰａ。灌浆浆材为湿磨细水泥浆 液（Ｄ９５≤４０ ｔａｎ），开灌水灰比２：ｌ。 （４）与常压下灌浆相比，高压灌浆形成的幕体密实，耐 久性强，浆材结石的含水率显著减少，干容重、抗压和抗渗强 度显著提高，凝结时间大大缩短。２：ｌ的湿磨细水泥浆液在 常压和高压作用下的浆材性能见表２。 表２常压和高压下浆材性能 ３灌浆压力的分析研究与确定 ３．１帷幕灌浆压力发展状况 对帷幕灌浆而言，相对较高的灌浆压力可提高灌浆注入 试验证明，在三峡工程中采用高压灌浆比常压灌浆具有 较大的优越性。 率和浆体的结石强度，对确保灌浆帷幕连续幕体的形成及提 高帷幕灌浆的耐久性是有较大好处的，但由此带来岩体抬动 ３．３三峡工程基岩特点及可灌性分析 三峡工程坝基岩体为花岗岩，块状岩体，整体性较好，力 破坏的机率相应增大。目前，世界各国工程界对帷幕灌浆压 力的认识仍存在较大差异，形成了所谓的高压（灌浆压力约 大于２．５～３ ＳＰａ）和低压两大流派，但大多还是主张采用尽 学强度高。作为建基的主要岩石——微新岩石湿抗压强度 达１００ ＭＰａ以上，岩体具有承受较高灌浆压力的客观条件， 相对层状岩体而言，有更强的抗抬动变形能力。由于花岗岩 中细微裂隙发育，工程的实践证明，在细微裂隙地层，如果灌 可能高一些的灌浆压力，以确保灌浆的质量。然而具有广泛 影响的的灌浆专家豪斯比（Ａ．Ｃ．Ｈｏｕｓｂｙ）则认为，灌浆压力 应适度，不应采用高压来迫使裂隙产生较大的扩张或掀动地 层。国内自２０世纪７０年代末乌江渡工程成功应用高压灌 浆法以来，高压灌浆技术取得了长足的发展，围绕高压灌浆 的各种配套灌浆机械、设备日臻完善，采用高压灌浆的大型 水利工程也越来越多。国内几个大型水电工程高压灌浆压 力见表ｌ。 表１ 国内几个大型水电工程帷幕灌浆压力值 浆压力过低，很难保证地层和裂隙会得到有效的灌注，受灌 后的基岩亦较难达到高的设计防渗标准。鉴于此，三峡工程 采用高压灌浆是必要的。 ３．４帷幕灌浆压力的技术现状分析 ３．４、１ 帷幕灌浆最大灌浆压力 根据坝基工程地质条件及现场灌浆试验成果，三峡工程 帷幕灌浆具备承受较高灌浆压力的条件，但从目前国内高压 灌浆技术发展水平上看，高压灌浆使用的最大灌浆压力一般 为５～６ ＳＰａ。另一方面，目前灌浆设备性能也限制了灌浆 压力的进一步提高，当灌浆压力大于７～８ ＭＰａ后，灌浆泵 振动较大，机械故障频繁，灌浆管路容易爆管，造成施工事 ３，２现场灌浆试验的基本结论 为验证灌浆工艺，优选灌浆材料，论证灌浆压力，１９９６～ １９９７年在现场开展了大规模灌浆试验，并与其配套进行了 各种室内试验。现场试验灌浆总进尺２７ １７１．２ ｍ，分４个区 进行，基本涵盖了三峡工程主要岩层和地质构造，具有较强 的代表性。通过高压灌浆及破坏性压水、疲劳压水检查，试 验得出如下基本结论： （１）三峡工程基岩为块状岩体，具有较强的抗抬动能力。 一故，灌浆中断严重，一定程度上影响到灌浆的质量。 ３、４、２接触段灌浆压力 坝基浅层，幕体承受的水力坡降最大，是防渗的重点部 位。为确保浅层岩体的灌浆质量，我国行业标准《水工建筑 物水泥灌浆施工技术规范》（ＳＬ６２—９４）中，要求接触段及其 以下的一段灌浆检查合格率达１００％，远高于以下各段合格 率不小于９０％标准。但从目前国内高压灌浆工程实施情况 看，接触段灌浆压力一般较低，多为１．０～１．５ ＳＰａ，取定这 般部位，浅层岩体能承受ｌ～３ ｅＰａ的灌浆压力，深部能承 种灌浆压力主要是考虑灌浆施工时上部坝体混凝土压重不 大，表层基岩受开挖爆破及卸荷等影响，相对较破碎容易造 成灌浆抬动破坏。根据国内施工工程经验，一旦基岩产生抬 动破坏，很难补救完好。 受５～６ ＭＰａ的灌浆压力，但地质条件差、爆破影响严重的部 位，３ ｓＭＰａ以下的灌浆压力亦可能造成岩体的抬动破坏。 （２）一般部位灌浆压力达３．５ ＭＰａ以上，小断层或裂隙密 集带部位灌浆压力达２ ｅＰａ左右后，灌浆注入量明显增加。 （３）高压灌浆形成的帷幕具有较高的抗渗性能，幕体比 例渗透极限Ａ约为４ ＳＰａ，极限破坏压力ＰＰ约为４．５～ ５ ５ ＳＰａ，破坏水力比降．『Ｐ约为３００。 ・３．５三峡工程帷幕灌浆压力的确定 在参考国内外高压灌浆施工经验的基础上，考虑到目前 的技术水平及三峡工程的具体条件，最终确定三峡工程主帷 ２０・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 於习军徐年丰三峡工程基础帷幕灌浆压力的论证确定与应用分析 １．５ ＭＰａＩ￣．力灌注，补充进行的浅层升／￣－：ｆＬ采用３．５ ＭＰａ压 力时，仍能灌入与先期常规压力灌浆基本相当的注入量，说 明升压灌浆可一定程度提高灌浆注入量，改善上部浅层岩体 的可灌性。 幕最大灌浆压力为６ ＭＰａ；封闭帷幕由于其所挡下游水头相 对较小，为确保幕体的成幕质量，确定其最大灌浆压力采用 ４－－５ ＭＰａ。同时，为防止地质条件差的部位因高压灌浆造 成岩体抬动破坏，对注入率＞１０ Ｌ／ｍｉｎ的孑Ｌ段采用分级升 压方式施工，并规定最大灌浆压力不超过５ ＭＰａ。 表３灌浆压力与注入率关系表 ５．２高压灌浆效果分析 目前，三峡二期工程已基本完成，基岩透水率、灌浆单耗 统计分析表明，在高压灌浆作用下，随着灌浆孑Ｌ序的增加，基 岩透水率、灌浆单耗均明显递减，小漏量孑Ｌ段百分率提高，大 漏量的孑Ｌ段百分率大幅减小，一些灌前压水透水率较小的孑Ｌ 段亦灌入了大量浆液，灌后检查孑Ｌ钻孑Ｌ取芯及压水试验表 明，高压灌浆形成的幕体结石缜密，强度高，基岩透水率可达 到设计防渗要求。透水性较强、吸浆量较大的左导墙一泄５ 根据《混凝土重力坝设计规范（试行）》（ＤＬ５１８８—１９９９） 第１０．４．８条“灌浆压力通常在帷幕孑Ｌ顶段取ｌ～１．５倍坝前 静水头，……”的建议，并参考国内其他工程接触段灌浆压力 的使用情况，三峡一期工程及二期工程前期，接触段压力一 般按１．５倍坝前静水头值控制，岸坡坝段为１．０ ＭＰａ，河床坝 段为ｌ，５ ＭＰａ。对主河床风化深槽区，由于基础开挖高程 号坝段风化深槽区帷幕灌浆成果分序统计见表５。 表５左导墙一泄５号坝段帷幕灌浆成果分序统计表 低．坝前水头高，接触段灌浆压力采用１．５ ＭＰａ时尚不能达 到１．５倍坝前静水头压力值，对此，结合风化深槽防渗处理， 帷幕灌浆采用双排布置。现场施工过程中，根据已完工部位 的抬动变形检测成果，为提高浅层岩体灌浆效果，通过现场 升压试验验证后，又将接触段灌浆压力适当提高，其中河床 坝段主帷幕接触段灌浆压力达３．５～４．０ 浆压力见表４。 表４三峡工程主帷幕灌浆设计压力 ａ，升压后的灌 三峡工程实践表明，一般部位接触段采用ｌ～１．５ ＭＰａ 的压力灌注后，基岩检查存在少量不合格现象，在采用高压 力灌注的部位，基岩检查全部合格，一定程度上说明采用３ －４ ＭＰａ的灌浆压力灌注接触段是合理的。 ６结语 ４岩体抗抬动变形能力分析 左岸厂坝ｌ～５号坝段基岩缓倾角裂隙发育，岩体抗抬 （１）高压灌浆法是一种适合三峡工程特点的灌浆方法， 该灌浆法在三峡工程的成功应用在确保帷幕灌浆质量的同 时，大大地提高了帷幕灌浆的施工进度，为三峡工程初期蓄 动变形能力相对较差，可作为岩体抗抬动变形能力分析的典 型部位。该部位帷幕灌浆施工时，少数孑Ｌ段灌浆使用压力曾 水前，完成二期工程帷幕灌浆施工提供了有力的技术保证。 （２）三峡工程坝基防渗帷幕采用一般部位单排、特殊地 达７～１０ ＭＰａ，经对灌浆自动记录仪记录成果和水准点、抬 动变形监测成果等综合分析表明，灌浆压力与吸浆量问呈较 好的弹性变形关系，灌浆过程中未发生吸浆量突增或灌浆压 质缺陷部位双排的布孑Ｌ方式，在高压灌浆条件下可形成连续 帷幕，局部透水率或吸浆量较大部位通过适当，ｂ：ｆＬ；ｔＪｎ密灌注 可达到设计防渗标准。 （３）经论证确定的主帷幕采用最大灌浆压力５～６ 力突减等异常现象，实测基岩最大变形为１７ ｍ，小于设计 允许变形值２００ ｔａｎ。三峡工程帷幕灌浆施工实践表明，由 于基岩抗抬动能力强，在采取适当的工程措施后，一般部位 接触段采用３，５～４ ０ ＭＰａ的灌浆压力灌注是可行的，不会 造成岩体抬动破坏；坝基深部采用５～６ ＭＰａ的灌浆压力灌 注尚有一定的安全裕度。 ＭＰａ，封闭帷幕采用４～５ ＭＰａ的灌浆压力对三峡工程是合 适的。 （４）通过现场升压试验的验证，三峡工程成功地将接触 段帷幕灌浆压力提高到３，５～４，０ ＭＰａ的高压水平。实践证 明，只要正确处理好灌浆压力与吸浆量的关系，尤其是做好 大注入率时的压力控制工作，同时加大抬动监测的力度，不 ５灌浆效果分析 ５．１孔口段升压灌浆对改善浅层岩体可灌性的作 用 从泄洪坝段已完成浅层升压孑Ｌ灌浆情况看，在经过 会对基岩造成抬动破坏。 （５）灌浆压力是保证灌浆效果的一项重要指标，但决定 灌浆效果的因素是多方面的，如坝基工程及水文地质条件、 浆材性能、灌浆工艺、灌浆孑Ｌ的布置及其设计参数的选取等， 因此，加强对灌浆过程中各项指标、工序的综合控制是保证 灌浆效果的关键。 ・２１ ・ Ｔ ——一一 …———］『’
