后湾水库除险加固设计简述

李效勤

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

后湾水库位于襄垣县后湾村，为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、工业供水、水产养殖、发电、旅游等综合利用的多年调节水库。坝址控制流域面积1 300 km2，总库容1.303亿m3，属大（二）型水库。工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级。设计防洪标准为100年一遇洪水，校核防洪标准为2 000年一遇洪水。该水库于1959年11月动工兴建，1960年3月竣工。建成后至1994年进行过5次改扩建，现枢纽工程由大坝、溢洪道、输水洞及坝后发电站组成。大坝为均质碾压土坝，坝顶高程926 m，最大坝高26 m，坝顶宽8 m，坝顶长300 m，水库上游坝坡 1∶2.5～1∶3.0，下游坝坡 1∶2.0～1∶2.75，大坝基础座落于级配不良砂、含细粒土砂及卵石混合土上，之下为砂岩。溢洪道位于大坝左岸黄土台地，基底为砂岩，为岸边开敞式溢洪道，底宽32.4～20 m，全长335 m，由引渠段、闸室段、泄槽段、挑流段和护坦组成，相应设计洪水位及校核洪水位时的泄量分别为295.35 m3/s和627.92 m3/s，溢洪道泄槽底板为浆砌石结构，边墙为混凝土结构。输水洞位于大坝左侧坝体内，基础座落在夯实的土基上，为有压洞，洞径1.3 m，由引渠段、进水塔、洞身段、出口阀室和消力池组成，全长89.24m，设计流量5.26 m3/s。

2 存在问题

经现场勘察及安全鉴定，后湾水库大坝、溢洪道、输水洞均存在不同程度的安全隐患。

2.1 大坝

经复核，大坝防洪标准不能满足现行规范要求。建坝初期，水位较高时，大坝右坝肩909.00～915.00 m高程部位有绕渗出流现象，后随着水位的降低基本消失，未进行过处理；大坝建成后，主河槽坝坡脚（坝0+233）处出现渗流，渗流量约0.003 m3/s，该处集中出流比较稳定，没有出现过浑浊和流沙现象，一直未处理；大坝左岸黄土台地没有处理，水库蓄水后左岸黄土台地边缘和台地坝坡脚处有水渗出，无法行走，1982年在台地边缘开挖排水减压井后渗水消失，形成集中出流，排水减压井出水量约0.005 m3/s；现状大坝下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求；大坝主要观测项目为浸润线观测，保存有1991—1998年的实测资料，目前观测孔已全部损坏。

2.2 溢洪道

溢洪道在桩号0+212以前已建部分底板出现冻融破坏，在桩号0+212以后未按1994年改建工程设计完工，现有浆砌石衬砌已遭破坏；溢洪道闸室未安装检修闸门。

2.3 输水洞

输水洞进水塔工作闸门关闭不严，漏水0.5 m3/s，水库放水基本依靠出口阀门控制；洞内出现3条裂缝，其中有2处为环状裂缝，最大裂缝宽3～4 mm，仅采用防水宝加水泥砂浆对裂缝进行了填缝处理；进水塔与交通桥的连接处出现了宽约12 cm的裂缝，交通桥向下错落4 cm；出口阀门老化严重，随时可能失控。

3 除险加固措施

3.1 大坝加固措施

新修坝顶路面；拆除并重建坝顶防浪墙；下游坝坡培厚处理，预制混凝土块护坡；新建排水棱体；坝体下部与坝基接触部分渗漏采用高压定喷防渗墙处理；坝基基岩渗漏采用帷幕灌浆处理；完善大坝观测设施。

3.2 溢洪道续建加固措施

在溢洪道桩号0+072—0+212泄槽段，对底板表面10 cm凿毛处理重新浇筑；拆除重建桩号0+212之后陡槽段、挑流段及护坦；启闭机室增设检修闸门及启闭设备；拆除重建干渠穿溢洪道暗涵及干渠退水渠。

3.3 输水洞加固措施

拆除重建进水塔、启闭机室及工作桥；洞身钢衬加固；新建出口阀室；更新进口检修闸门及启闭设备和出口控制闸阀。

4 设计要点

4.1 高压定喷防渗墙与帷幕灌浆相结合技术

根据水库枢纽现状及地质勘察分析成果，设计中对坝基基岩采用帷幕灌浆防渗，坝体与坝基接触部分采用高压定喷防渗墙防渗，防渗墙孔距2 m，墙顶部伸入坝体及左坝肩低液限黏土3 m，底部伸入基岩面以下1 m，与帷幕灌浆顶部搭接，透水率不大于5 Lu。施工时经过现场高压定喷灌浆试验及开挖检查，墙体搭接良好，喷射长度1.8～2.4 m。为保证防渗质量，将孔距调整为1.8 m。经围井检查，高压定喷防渗墙渗透系数为3.09×10-7～7.29×10-7cm/s，达到了防渗目的。根据防渗施工前后坝脚渗水量实测资料对比分析，渗水量减少了61%～80%，说明坝基基岩采用帷幕灌浆及坝体与坝基接触部分采用高压定喷防渗墙的防渗处理方案是切实可行的。

4.2 沉井技术

为保证大坝上游坝坡安全，减少开挖量及投资，设计中采用了沉井技术。沉井内径7.5 m，壁厚0.75 m，顶高程919.68 m（与上游马道平），底高程909.18 m，深度10.5 m，全部采用钢筋混凝土结构。该工程于2009年3月15日开始沉井施工，2009年6月20日进水塔顺利浇筑完成，采用沉井技术后，成功解决了水库未放空情况下在大坝上游坝坡进行进水塔拆除的技术难题，同时减少水库弃水量约500万m3，节省费用约700万元。

4.3 无线实时监测系统

本次设计在大坝原观测孔以南1 m处重新布置 3排浸润线、渗流量观测孔，并采用了先进的无线实时监测系统。该系统由现场智能采集单元、中控机柜及监控中心组成。现场智能采集单元由安装在测压管内的水位传感器、智能采集点、太阳能供电系统以及无线传输系统组成，水位传感器采集水位信号，然后通过传输电缆传送给智能采集点，由采集点完成各传感器的选择、信号隔离及信号转换工作，再通过无线传输系统传送给中控机柜，中控机柜接受并解析数据后，将数据转换计算机以太网数据转发给后台的计算机管理中心，达到了对大坝渗流观测的目的，保障了大坝的安全运行。

4.4 全断面钢衬加固技术

本次设计采用全断面钢衬加固技术，在原钢筋混凝土涵管内侧增加14 mm厚钢板衬砌加固，加固后内径1.3 m，钢板与原涵管之间空隙采用水泥浆液回填灌浆，彻底解决了输水洞洞身裂缝及渗漏问题。

4.5 应用抗冲磨混凝土

经计算，溢洪道宣泄设计流量时，泄槽内最大流速约16 m/s；宣泄校核流量时，泄槽内最大流速约18 m/s，流速较大。溢洪道作为后湾水库唯一的泄洪设施，为提高其抗冲刷性能，延长使用寿命，设计时在溢洪道迎水面采用了30 cm厚C35抗冲磨混凝土，较好解决了冲刷问题。

5 结语

后湾水库除险加固工程于2009年1月16日开工建设，2009年12月20日主体工程完工，2009年12月29日通过竣工验收。除险加固后，水库防洪标准可提高到100年一遇洪水设计，2 000年一遇洪水校核，每年可向工业供水350万m3，改善农业灌溉面积1.33万hm2，保证了工程效益的正常发挥，促进了经济社会的可持续发展。