后灣水庫除險加固設計簡述

李效勤

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

后灣水庫位于襄垣縣后灣村，為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、工業供水、水產養殖、發電、旅游等綜合利用的多年調節水庫。壩址控制流域面積1 300 km2，總庫容1.303億m3，屬大（二）型水庫。工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級別為2級。設計防洪標準為100年一遇洪水，校核防洪標準為2 000年一遇洪水。該水庫于1959年11月動工興建，1960年3月竣工。建成后至1994年進行過5次改擴建，現樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水洞及壩后發電站組成。大壩為均質碾壓土壩，壩頂高程926 m，最大壩高26 m，壩頂寬8 m，壩頂長300 m，水庫上游壩坡 1∶2.5～1∶3.0，下游壩坡 1∶2.0～1∶2.75，大壩基礎座落于級配不良砂、含細粒土砂及卵石混合土上，之下為砂巖。溢洪道位于大壩左岸黃土臺地，基底為砂巖，為岸邊開敞式溢洪道，底寬32.4～20 m，全長335 m，由引渠段、閘室段、泄槽段、挑流段和護坦組成，相應設計洪水位及校核洪水位時的泄量分別為295.35 m3/s和627.92 m3/s，溢洪道泄槽底板為漿砌石結構，邊墻為混凝土結構。輸水洞位于大壩左側壩體內，基礎座落在夯實的土基上，為有壓洞，洞徑1.3 m，由引渠段、進水塔、洞身段、出口閥室和消力池組成，全長89.24m，設計流量5.26 m3/s。

2 存在問題

經現場勘察及安全鑒定，后灣水庫大壩、溢洪道、輸水洞均存在不同程度的安全隱患。

2.1 大壩

經復核，大壩防洪標準不能滿足現行規范要求。建壩初期，水位較高時，大壩右壩肩909.00～915.00 m高程部位有繞滲出流現象，后隨著水位的降低基本消失，未進行過處理；大壩建成后，主河槽壩坡腳（壩0+233）處出現滲流，滲流量約0.003 m3/s，該處集中出流比較穩定，沒有出現過渾濁和流沙現象，一直未處理；大壩左岸黃土臺地沒有處理，水庫蓄水后左岸黃土臺地邊緣和臺地壩坡腳處有水滲出，無法行走，1982年在臺地邊緣開挖排水減壓井后滲水消失，形成集中出流，排水減壓井出水量約0.005 m3/s；現狀大壩下游壩坡抗滑穩定安全系數不滿足規范要求；大壩主要觀測項目為浸潤線觀測，保存有1991—1998年的實測資料，目前觀測孔已全部損壞。

2.2 溢洪道

溢洪道在樁號0+212以前已建部分底板出現凍融破壞，在樁號0+212以后未按1994年改建工程設計完工，現有漿砌石襯砌已遭破壞；溢洪道閘室未安裝檢修閘門。

2.3 輸水洞

輸水洞進水塔工作閘門關閉不嚴，漏水0.5 m3/s，水庫放水基本依靠出口閥門控制；洞內出現3條裂縫，其中有2處為環狀裂縫，最大裂縫寬3～4 mm，僅采用防水寶加水泥砂漿對裂縫進行了填縫處理；進水塔與交通橋的連接處出現了寬約12 cm的裂縫，交通橋向下錯落4 cm；出口閥門老化嚴重，隨時可能失控。

3 除險加固措施

3.1 大壩加固措施

新修壩頂路面；拆除并重建壩頂防浪墻；下游壩坡培厚處理，預制混凝土塊護坡；新建排水棱體；壩體下部與壩基接觸部分滲漏采用高壓定噴防滲墻處理；壩基基巖滲漏采用帷幕灌漿處理；完善大壩觀測設施。

3.2 溢洪道續建加固措施

在溢洪道樁號0+072—0+212泄槽段，對底板表面10 cm鑿毛處理重新澆筑；拆除重建樁號0+212之后陡槽段、挑流段及護坦；啟閉機室增設檢修閘門及啟閉設備；拆除重建干渠穿溢洪道暗涵及干渠退水渠。

3.3 輸水洞加固措施

拆除重建進水塔、啟閉機室及工作橋；洞身鋼襯加固；新建出口閥室；更新進口檢修閘門及啟閉設備和出口控制閘閥。

4 設計要點

4.1 高壓定噴防滲墻與帷幕灌漿相結合技術

根據水庫樞紐現狀及地質勘察分析成果，設計中對壩基基巖采用帷幕灌漿防滲，壩體與壩基接觸部分采用高壓定噴防滲墻防滲，防滲墻孔距2 m，墻頂部伸入壩體及左壩肩低液限黏土3 m，底部伸入基巖面以下1 m，與帷幕灌漿頂部搭接，透水率不大于5 Lu。施工時經過現場高壓定噴灌漿試驗及開挖檢查，墻體搭接良好，噴射長度1.8～2.4 m。為保證防滲質量，將孔距調整為1.8 m。經圍井檢查，高壓定噴防滲墻滲透系數為3.09×10-7～7.29×10-7cm/s，達到了防滲目的。根據防滲施工前后壩腳滲水量實測資料對比分析，滲水量減少了61%～80%，說明壩基基巖采用帷幕灌漿及壩體與壩基接觸部分采用高壓定噴防滲墻的防滲處理方案是切實可行的。

4.2 沉井技術

為保證大壩上游壩坡安全，減少開挖量及投資，設計中采用了沉井技術。沉井內徑7.5 m，壁厚0.75 m，頂高程919.68 m（與上游馬道平），底高程909.18 m，深度10.5 m，全部采用鋼筋混凝土結構。該工程于2009年3月15日開始沉井施工，2009年6月20日進水塔順利澆筑完成，采用沉井技術后，成功解決了水庫未放空情況下在大壩上游壩坡進行進水塔拆除的技術難題，同時減少水庫棄水量約500萬m3，節省費用約700萬元。

4.3 無線實時監測系統

本次設計在大壩原觀測孔以南1 m處重新布置 3排浸潤線、滲流量觀測孔，并采用了先進的無線實時監測系統。該系統由現場智能采集單元、中控機柜及監控中心組成?，F場智能采集單元由安裝在測壓管內的水位傳感器、智能采集點、太陽能供電系統以及無線傳輸系統組成，水位傳感器采集水位信號，然后通過傳輸電纜傳送給智能采集點，由采集點完成各傳感器的選擇、信號隔離及信號轉換工作，再通過無線傳輸系統傳送給中控機柜，中控機柜接受并解析數據后，將數據轉換計算機以太網數據轉發給后臺的計算機管理中心，達到了對大壩滲流觀測的目的，保障了大壩的安全運行。

4.4 全斷面鋼襯加固技術

本次設計采用全斷面鋼襯加固技術，在原鋼筋混凝土涵管內側增加14 mm厚鋼板襯砌加固，加固后內徑1.3 m，鋼板與原涵管之間空隙采用水泥漿液回填灌漿，徹底解決了輸水洞洞身裂縫及滲漏問題。

4.5 應用抗沖磨混凝土

經計算，溢洪道宣泄設計流量時，泄槽內最大流速約16 m/s；宣泄校核流量時，泄槽內最大流速約18 m/s，流速較大。溢洪道作為后灣水庫唯一的泄洪設施，為提高其抗沖刷性能，延長使用壽命，設計時在溢洪道迎水面采用了30 cm厚C35抗沖磨混凝土，較好解決了沖刷問題。

5 結語

后灣水庫除險加固工程于2009年1月16日開工建設，2009年12月20日主體工程完工，2009年12月29日通過竣工驗收。除險加固后，水庫防洪標準可提高到100年一遇洪水設計，2 000年一遇洪水校核，每年可向工業供水350萬m3，改善農業灌溉面積1.33萬hm2，保證了工程效益的正常發揮，促進了經濟社會的可持續發展。