后灣水庫大壩除險加固設計

石瑞青

1 工程概況

后灣水庫屬海河流域，是濁漳河西源的控制性工程，是一座以防洪為主，兼顧農業灌溉和工業供水的多年調節水庫。水庫控制流域面積1 300 km2。經數次擴建改建，水庫規模為:最大壩高26 m，壩長300 m，設計總庫容1．3億m3，屬大(2)型水利工程，工程等別為Ⅱ等。其中興利庫容3 325萬m3，死庫容1 652萬m3。水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水洞及壩后發電站組成。2002年9月經安全鑒定確定水庫為三類壩。為了消除病險，保障水庫及下游人民生命財產安全，并使水庫正常蓄水、充分發揮其興利效益，首先要對大壩工程進行分析論證，實施大壩除險加固措施。

2 大壩存在問題

后灣水庫擔負著下游襄垣縣城、潞安礦務局五陽礦、太焦鐵路、208國道和下游20萬畝耕地的防洪任務。水庫大壩存在不同程度的安全隱患:

1)防洪標準不滿足現行規范要求。

2)大壩下游壩坡抗滑穩定安全系數不滿足規范要求，下游壩坡不穩定。

3)大壩下游存在局部滲漏問題，特別是大壩左岸黃土臺地建壩時沒有進行處理。

經安全評價鑒定，后灣水庫大壩為三類病險水庫。因此，為確保水庫工程運行安全，對水庫大壩進行除險加固設計是很有必要的。

3 大壩加固設計

3． 1 壩頂結構設計

后灣水庫壩長300 m，壩頂寬度8 m，壩頂高程926．00 m，左岸過溢洪道交通橋接上壩公路(與新208國道相連)，右岸接后灣村村間公路。壩頂重建瀝青路面，公路路面厚500 mm，從上到下分別為50 mm厚瀝青表面處治面層、200 mm厚水泥穩定砂礫石基層、250 mm厚石灰砂礫石墊層，路面橫向坡度2%，坡向下游，以便于壩頂排水。壩頂上游側漿砌石防浪墻高程925．50 m以上部分拆除重建，底部采用500 mm寬M7．5漿砌石，高1．3 m，頂部采用600 mm寬C20鋼筋混凝土墻帽壓頂，高0．2 m，墻頂高程927．00 m。壩頂下游側設C20混凝土排水溝，寬400 mm，高450 mm，與下游壩坡豎向排水溝相連。

3． 2 壩坡設計

經過對大壩現狀抗滑穩定計算得出:在各工況下大壩上游壩坡抗滑穩定安全系數大于規范允許值，但大壩下游壩坡抗滑穩定安全系數多小于規范允許值。因此，大壩上游維持原壩坡不變，從上到下分別為1∶2．5，1∶3．0，變坡處設置一馬道，寬2．0 m，高程919．30 m。而對下游原壩坡則采取清除500 mm厚表面砌石及碎石墊層，同時放緩壩坡進行碾壓土培厚處理的措施，范圍樁號壩0+010～壩0+240。培厚處理后下游壩坡從上到下分別為1∶2．0，1∶2．5，1∶2．75，1∶3，變坡處各設一馬道，寬 2．0 m，高程分別為922 m，918 m，910 m。下游壩腳排水棱體處清除表面風化層及雜物后新建堆石排水棱體，排水棱體高2．6 m～6．0 m，頂寬2．0 m。

3． 3 壩體培厚填土設計

后灣水庫大壩為碾壓式均質土壩，加固設計采用對下游壩坡表面砌石及碎石墊層進行拆除，然后進行培厚處理，設計用土料1．45萬m3。根據地質勘察成果，上壩土料選定水庫右岸上游后灣村土料場低液限粘土。根據土料土工實驗成果，壩體填土設計干密度1．64 g/cm3，最優含水率w0=19．5%，水平、豎向滲透系數分別為3．87 ×10-5cm/s，3．44 ×10-5cm/s。各項指標均符合 SL 274-2001碾壓式土石壩設計規范要求。

3． 4 反濾層及過渡層設計

壩體共有兩處設有反濾層:

1)上游壩坡損壞部分(上游面護坡與壩體填土之間);

2)下游壩坡新建部分(下游排水棱體上游側及下側)。

上游壩坡對其損壞的反濾層進行復原;下游壩坡新建部分反濾層均設兩層，每層厚度均為300 mm，通過計算得出Ⅰ型反濾層粒徑 d=0．075 mm ～7．5 mm，Ⅱ型反濾層粒徑 d=0．65 mm ～6．0 mm。

壩體共有兩處設有過渡層:

1)上游壩坡損壞部分(上游壩坡反濾層與護坡之間);

2)下游排水棱體上游側。上游壩坡對其損壞的過渡層進行復原;下游壩坡新建部分過渡層厚400 mm，粒徑d=2 mm～300 mm。

反濾層及過渡層土粒直徑范圍見圖1。

圖1 大壩反濾層、過渡層級配范圍設計圖

3． 5 壩體及壩基防滲處理設計

根據水庫樞紐現狀、地質勘察分析成果、現狀大壩滲流形態分析結果，結合目前土壩防滲加固的措施，確定本次防滲設計采用高壓定噴防滲墻與帷幕灌漿相結合的防滲方式:壩體與壩基接觸部分土體防滲采用大壩防滲墻(高壓定噴灌漿)，主要解決粘土質砂、卵石混合土造成的接觸沖刷問題;壩基基巖防滲采用帷幕灌漿，主要解決壩基及黃土臺地滲漏問題。具體布置如下:

壩體與壩基接觸部分土體防滲采用高壓定噴灌漿防滲，定噴灌漿孔采用帷幕灌漿孔擴孔，位置沿下游側帷幕灌漿軸線，防滲墻厚0．4 m，孔距 2 m。

壩基防滲采用帷幕灌漿，帷幕灌漿頂部及定噴防滲墻底部銜接于基巖面上。防滲帷幕共設兩排，中間部分位于上游馬道，兩邊部分位于壩軸線，其中下游側帷幕灌漿孔與定噴灌漿孔共用，孔口不一致進行擴孔即可，帷幕灌漿排距為2．0 m，孔距為2．0 m，梅花形布置，深度為11 m～15 m。

4 結語

除上述加固措施以外，還有護坡設計、壩面及岸坡排水、大壩觀測設計等。后灣水庫除險加固后，水庫的工程任務為以防洪為主，兼顧農業灌溉和工業供水。防洪標準可達到100年一遇設計，2000年一遇校核。后灣水庫除險加固工程于2009年12月底通過竣工驗收，大壩除險加固措施均已完建并投入使用，目前，大壩在正常、非正常運用條件荷載組合情況下，均能滿足穩定、滲流、變形及超高要求，大壩運行狀態正常，能夠發揮其經濟效益和社會效益，驗證了加固設計的合理性。

［1］ 康迎賓，鄭艷麗，王威威．論石河水庫溢流壩的加固設計［J］．山西建筑，2010，36(5):355-356．