李效勤

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)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(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、發(fā)電、旅游等綜合利用的多年調(diào)節(jié)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(jí)別為2級(jí)。設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為2 000年一遇洪水。該水庫于1959年11月動(dòng)工興建，1960年3月竣工。建成后至1994年進(jìn)行過5次改擴(kuò)建，現(xiàn)樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水洞及壩后發(fā)電站組成。大壩為均質(zhì)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(chǔ)座落于級(jí)配不良砂、含細(xì)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(tái)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(hù)坦組成，相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水位時(shí)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(jié)構(gòu)，邊墻為混凝土結(jié)構(gòu)。輸水洞位于大壩左側(cè)壩體內(nèi)，基礎(chǔ)座落在夯實(shí)的土基上，為有壓洞，洞徑1.3 m，由引渠段、進(jìn)水塔、洞身段、出口閥室和消力池組成，全長89.24m，設(shè)計(jì)流量5.26 m3/s。

2 存在問題

經(jīng)現(xiàn)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(jīng)復(fù)核，大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。建壩初期，水位較高時(shí)，大壩右壩肩909.00～915.00 m高程部位有繞滲出流現(xiàn)象，后隨著水位的降低基本消失，未進(jìn)行過處理；大壩建成后，主河槽壩坡腳（壩0+233）處出現(xiàn)滲流，滲流量約0.003 m3/s，該處集中出流比較穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)過渾濁和流沙現(xiàn)象，一直未處理；大壩左岸黃土臺(tái)地沒有處理，水庫蓄水后左岸黃土臺(tái)地邊緣和臺(tái)地壩坡腳處有水滲出，無法行走，1982年在臺(tái)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(xiàn)狀大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求；大壩主要觀測項(xiàng)目為浸潤線觀測，保存有1991—1998年的實(shí)測資料，目前觀測孔已全部損壞。

2.2 溢洪道

溢洪道在樁號(hào)0+212以前已建部分底板出現(xiàn)凍融破壞，在樁號(hào)0+212以后未按1994年改建工程設(shè)計(jì)完工，現(xiàn)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(jìn)水塔工作閘門關(guān)閉不嚴(yán)，漏水0.5 m3/s，水庫放水基本依靠出口閥門控制；洞內(nèi)出現(xiàn)3條裂縫，其中有2處為環(huán)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(jìn)行了填縫處理；進(jìn)水塔與交通橋的連接處出現(xiàn)了寬約12 cm的裂縫，交通橋向下錯(cuò)落4 cm；出口閥門老化嚴(yán)重，隨時(shí)可能失控。

3 除險(xiǎn)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(yù)制混凝土塊護(hù)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(shè)施。

3.2 溢洪道續(xù)建加固措施

在溢洪道樁號(hào)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(hào)0+212之后陡槽段、挑流段及護(hù)坦；啟閉機(jī)室增設(shè)檢修閘門及啟閉設(shè)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(jìn)水塔、啟閉機(jī)室及工作橋；洞身鋼襯加固；新建出口閥室；更新進(jìn)口檢修閘門及啟閉設(shè)備和出口控制閘閥。

4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 高壓定噴防滲墻與帷幕灌漿相結(jié)合技術(shù)

根據(jù)水庫樞紐現(xiàn)狀及地質(zhì)勘察分析成果，設(shè)計(jì)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(shí)經(jīng)過現(xiàn)場高壓定噴灌漿試驗(yàn)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(zhì)量，將孔距調(diào)整為1.8 m。經(jīng)圍井檢查，高壓定噴防滲墻滲透系數(shù)為3.09×10-7～7.29×10-7cm/s，達(dá)到了防滲目的。根據(jù)防滲施工前后壩腳滲水量實(shí)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(shí)可行的。

4.2 沉井技術(shù)

為保證大壩上游壩坡安全，減少開挖量及投資，設(shè)計(jì)中采用了沉井技術(shù)。沉井內(nèi)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(jié)構(gòu)。該工程于2009年3月15日開始沉井施工，2009年6月20日進(jìn)水塔順利澆筑完成，采用沉井技術(shù)后，成功解決了水庫未放空情況下在大壩上游壩坡進(jìn)行進(jìn)水塔拆除的技術(shù)難題，同時(shí)減少水庫棄水量約500萬m3，節(jié)省費(fèi)用約700萬元。

4.3 無線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

本次設(shè)計(jì)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(jìn)的無線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由現(xiàn)場智能采集單元、中控機(jī)柜及監(jiān)控中心組成?，F(xiàn)場智能采集單元由安裝在測壓管內(nèi)的水位傳感器、智能采集點(diǎn)、太陽能供電系統(tǒng)以及無線傳輸系統(tǒng)組成，水位傳感器采集水位信號(hào)，然后通過傳輸電纜傳送給智能采集點(diǎn)，由采集點(diǎn)完成各傳感器的選擇、信號(hào)隔離及信號(hào)轉(zhuǎn)換工作，再通過無線傳輸系統(tǒng)傳送給中控機(jī)柜，中控機(jī)柜接受并解析數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)的計(jì)算機(jī)管理中心，達(dá)到了對大壩滲流觀測的目的，保障了大壩的安全運(yùn)行。

4.4 全斷面鋼襯加固技術(shù)

本次設(shè)計(jì)采用全斷面鋼襯加固技術(shù)，在原鋼筋混凝土涵管內(nèi)側(cè)增加14 mm厚鋼板襯砌加固，加固后內(nèi)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(yīng)用抗沖磨混凝土

經(jīng)計(jì)算，溢洪道宣泄設(shè)計(jì)流量時(shí)，泄槽內(nèi)最大流速約16 m/s；宣泄校核流量時(shí)，泄槽內(nèi)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(shè)施，為提高其抗沖刷性能，延長使用壽命，設(shè)計(jì)時(shí)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(jié)語

后灣水庫除險(xiǎn)加固工程于2009年1月16日開工建設(shè)，2009年12月20日主體工程完工，2009年12月29日通過竣工驗(yàn)收。除險(xiǎn)加固后，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)可提高到100年一遇洪水設(shè)計(jì)，2 000年一遇洪水校核，每年可向工業(yè)供水350萬m3，改善農(nóng)業(yè)灌溉面積1.33萬hm2，保證了工程效益的正常發(fā)揮，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。