后湾水库大坝除险加固设计

石瑞青

1 工程概况

后湾水库属海河流域，是浊漳河西源的控制性工程，是一座以防洪为主，兼顾农业灌溉和工业供水的多年调节水库。水库控制流域面积1 300 km2。经数次扩建改建，水库规模为:最大坝高26 m，坝长300 m，设计总库容1．3亿m3，属大(2)型水利工程，工程等别为Ⅱ等。其中兴利库容3 325万m3，死库容1 652万m3。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水洞及坝后发电站组成。2002年9月经安全鉴定确定水库为三类坝。为了消除病险，保障水库及下游人民生命财产安全，并使水库正常蓄水、充分发挥其兴利效益，首先要对大坝工程进行分析论证，实施大坝除险加固措施。

2 大坝存在问题

后湾水库担负着下游襄垣县城、潞安矿务局五阳矿、太焦铁路、208国道和下游20万亩耕地的防洪任务。水库大坝存在不同程度的安全隐患:

1)防洪标准不满足现行规范要求。

2)大坝下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求，下游坝坡不稳定。

3)大坝下游存在局部渗漏问题，特别是大坝左岸黄土台地建坝时没有进行处理。

经安全评价鉴定，后湾水库大坝为三类病险水库。因此，为确保水库工程运行安全，对水库大坝进行除险加固设计是很有必要的。

3 大坝加固设计

3． 1 坝顶结构设计

后湾水库坝长300 m，坝顶宽度8 m，坝顶高程926．00 m，左岸过溢洪道交通桥接上坝公路(与新208国道相连)，右岸接后湾村村间公路。坝顶重建沥青路面，公路路面厚500 mm，从上到下分别为50 mm厚沥青表面处治面层、200 mm厚水泥稳定砂砾石基层、250 mm厚石灰砂砾石垫层，路面横向坡度2%，坡向下游，以便于坝顶排水。坝顶上游侧浆砌石防浪墙高程925．50 m以上部分拆除重建，底部采用500 mm宽M7．5浆砌石，高1．3 m，顶部采用600 mm宽C20钢筋混凝土墙帽压顶，高0．2 m，墙顶高程927．00 m。坝顶下游侧设C20混凝土排水沟，宽400 mm，高450 mm，与下游坝坡竖向排水沟相连。

3． 2 坝坡设计

经过对大坝现状抗滑稳定计算得出:在各工况下大坝上游坝坡抗滑稳定安全系数大于规范允许值，但大坝下游坝坡抗滑稳定安全系数多小于规范允许值。因此，大坝上游维持原坝坡不变，从上到下分别为1∶2．5，1∶3．0，变坡处设置一马道，宽2．0 m，高程919．30 m。而对下游原坝坡则采取清除500 mm厚表面砌石及碎石垫层，同时放缓坝坡进行碾压土培厚处理的措施，范围桩号坝0+010～坝0+240。培厚处理后下游坝坡从上到下分别为1∶2．0，1∶2．5，1∶2．75，1∶3，变坡处各设一马道，宽 2．0 m，高程分别为922 m，918 m，910 m。下游坝脚排水棱体处清除表面风化层及杂物后新建堆石排水棱体，排水棱体高2．6 m～6．0 m，顶宽2．0 m。

3． 3 坝体培厚填土设计

后湾水库大坝为碾压式均质土坝，加固设计采用对下游坝坡表面砌石及碎石垫层进行拆除，然后进行培厚处理，设计用土料1．45万m3。根据地质勘察成果，上坝土料选定水库右岸上游后湾村土料场低液限粘土。根据土料土工实验成果，坝体填土设计干密度1．64 g/cm3，最优含水率w0=19．5%，水平、竖向渗透系数分别为3．87 ×10-5cm/s，3．44 ×10-5cm/s。各项指标均符合 SL 274-2001碾压式土石坝设计规范要求。

3． 4 反滤层及过渡层设计

坝体共有两处设有反滤层:

1)上游坝坡损坏部分(上游面护坡与坝体填土之间);

2)下游坝坡新建部分(下游排水棱体上游侧及下侧)。

上游坝坡对其损坏的反滤层进行复原;下游坝坡新建部分反滤层均设两层，每层厚度均为300 mm，通过计算得出Ⅰ型反滤层粒径 d=0．075 mm ～7．5 mm，Ⅱ型反滤层粒径 d=0．65 mm ～6．0 mm。

坝体共有两处设有过渡层:

1)上游坝坡损坏部分(上游坝坡反滤层与护坡之间);

2)下游排水棱体上游侧。上游坝坡对其损坏的过渡层进行复原;下游坝坡新建部分过渡层厚400 mm，粒径d=2 mm～300 mm。

反滤层及过渡层土粒直径范围见图1。

图1 大坝反滤层、过渡层级配范围设计图

3． 5 坝体及坝基防渗处理设计

根据水库枢纽现状、地质勘察分析成果、现状大坝渗流形态分析结果，结合目前土坝防渗加固的措施，确定本次防渗设计采用高压定喷防渗墙与帷幕灌浆相结合的防渗方式:坝体与坝基接触部分土体防渗采用大坝防渗墙(高压定喷灌浆)，主要解决粘土质砂、卵石混合土造成的接触冲刷问题;坝基基岩防渗采用帷幕灌浆，主要解决坝基及黄土台地渗漏问题。具体布置如下:

坝体与坝基接触部分土体防渗采用高压定喷灌浆防渗，定喷灌浆孔采用帷幕灌浆孔扩孔，位置沿下游侧帷幕灌浆轴线，防渗墙厚0．4 m，孔距 2 m。

坝基防渗采用帷幕灌浆，帷幕灌浆顶部及定喷防渗墙底部衔接于基岩面上。防渗帷幕共设两排，中间部分位于上游马道，两边部分位于坝轴线，其中下游侧帷幕灌浆孔与定喷灌浆孔共用，孔口不一致进行扩孔即可，帷幕灌浆排距为2．0 m，孔距为2．0 m，梅花形布置，深度为11 m～15 m。

4 结语

除上述加固措施以外，还有护坡设计、坝面及岸坡排水、大坝观测设计等。后湾水库除险加固后，水库的工程任务为以防洪为主，兼顾农业灌溉和工业供水。防洪标准可达到100年一遇设计，2000年一遇校核。后湾水库除险加固工程于2009年12月底通过竣工验收，大坝除险加固措施均已完建并投入使用，目前，大坝在正常、非正常运用条件荷载组合情况下，均能满足稳定、渗流、变形及超高要求，大坝运行状态正常，能够发挥其经济效益和社会效益，验证了加固设计的合理性。

［1］ 康迎宾，郑艳丽，王威威．论石河水库溢流坝的加固设计［J］．山西建筑，2010，36(5):355-356．