后灣水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

石瑞青

1 工程概況

后灣水庫(kù)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(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水的多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。水庫(kù)控制流域面積1 300 km2。經(jīng)數(shù)次擴(kuò)建改建，水庫(kù)規(guī)模為:最大壩高26 m，壩長(zhǎng)300 m，設(shè)計(jì)總庫(kù)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(kù)容3 325萬(wàn)m3，死庫(kù)容1 652萬(wàn)m3。水庫(kù)樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水洞及壩后發(fā)電站組成。2002年9月經(jīng)安全鑒定確定水庫(kù)為三類(lèi)壩。為了消除病險(xiǎn)，保障水庫(kù)及下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，并使水庫(kù)正常蓄水、充分發(fā)揮其興利效益，首先要對(duì)大壩工程進(jìn)行分析論證，實(shí)施大壩除險(xiǎn)加固措施。

2 大壩存在問(wèn)題

后灣水庫(kù)擔(dān)負(fù)著下游襄垣縣城、潞安礦務(wù)局五陽(yáng)礦、太焦鐵路、208國(guó)道和下游20萬(wàn)畝耕地的防洪任務(wù)。水庫(kù)大壩存在不同程度的安全隱患:

1)防洪標(biāo)準(zhǔn)不滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

2)大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿(mǎn)足規(guī)范要求，下游壩坡不穩(wěn)定。

3)大壩下游存在局部滲漏問(wèn)題，特別是大壩左岸黃土臺(tái)地建壩時(shí)沒(méi)有進(jìn)行處理。

經(jīng)安全評(píng)價(jià)鑒定，后灣水庫(kù)大壩為三類(lèi)病險(xiǎn)水庫(kù)。因此，為確保水庫(kù)工程運(yùn)行安全，對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)是很有必要的。

3 大壩加固設(shè)計(jì)

3． 1 壩頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

后灣水庫(kù)壩長(zhǎng)300 m，壩頂寬度8 m，壩頂高程926．00 m，左岸過(guò)溢洪道交通橋接上壩公路(與新208國(guó)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(wěn)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(cè)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(cè)設(shè)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(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)對(duì)大壩現(xiàn)狀抗滑穩(wěn)定計(jì)算得出:在各工況下大壩上游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范允許值，但大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)多小于規(guī)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(shè)置一馬道，寬2．0 m，高程919．30 m。而對(duì)下游原壩坡則采取清除500 mm厚表面砌石及碎石墊層，同時(shí)放緩壩坡進(jìn)行碾壓土培厚處理的措施，范圍樁號(hào)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(shè)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(fēng)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(shè)計(jì)

后灣水庫(kù)大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，加固設(shè)計(jì)采用對(duì)下游壩坡表面砌石及碎石墊層進(jìn)行拆除，然后進(jìn)行培厚處理，設(shè)計(jì)用土料1．45萬(wàn)m3。根據(jù)地質(zhì)勘察成果，上壩土料選定水庫(kù)右岸上游后灣村土料場(chǎng)低液限粘土。根據(jù)土料土工實(shí)驗(yàn)成果，壩體填土設(shè)計(jì)干密度1．64 g/cm3，最優(yōu)含水率w0=19．5%，水平、豎向滲透系數(shù)分別為3．87 ×10-5cm/s，3．44 ×10-5cm/s。各項(xiàng)指標(biāo)均符合 SL 274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3． 4 反濾層及過(guò)渡層設(shè)計(jì)

壩體共有兩處設(shè)有反濾層:

1)上游壩坡?lián)p壞部分(上游面護(hù)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(cè)及下側(cè))。

上游壩坡對(duì)其損壞的反濾層進(jìn)行復(fù)原;下游壩坡新建部分反濾層均設(shè)兩層，每層厚度均為300 mm，通過(guò)計(jì)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(shè)有過(guò)渡層:

1)上游壩坡?lián)p壞部分(上游壩坡反濾層與護(hù)坡之間);

2)下游排水棱體上游側(cè)。上游壩坡對(duì)其損壞的過(guò)渡層進(jìn)行復(fù)原;下游壩坡新建部分過(guò)渡層厚400 mm，粒徑d=2 mm～300 mm。

反濾層及過(guò)渡層土粒直徑范圍見(jiàn)圖1。

圖1 大壩反濾層、過(guò)渡層級(jí)配范圍設(shè)計(jì)圖

3． 5 壩體及壩基防滲處理設(shè)計(jì)

根據(jù)水庫(kù)樞紐現(xiàn)狀、地質(zhì)勘察分析成果、現(xiàn)狀大壩滲流形態(tài)分析結(jié)果，結(jié)合目前土壩防滲加固的措施，確定本次防滲設(shè)計(jì)采用高壓定噴防滲墻與帷幕灌漿相結(jié)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(zhì)砂、卵石混合土造成的接觸沖刷問(wèn)題;壩基基巖防滲采用帷幕灌漿，主要解決壩基及黃土臺(tái)地滲漏問(wèn)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(kuò)孔，位置沿下游側(cè)帷幕灌漿軸線(xiàn)，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(shè)兩排，中間部分位于上游馬道，兩邊部分位于壩軸線(xiàn)，其中下游側(cè)帷幕灌漿孔與定噴灌漿孔共用，孔口不一致進(jìn)行擴(kuò)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(jié)語(yǔ)

除上述加固措施以外，還有護(hù)坡設(shè)計(jì)、壩面及岸坡排水、大壩觀測(cè)設(shè)計(jì)等。后灣水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，水庫(kù)的工程任務(wù)為以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水。防洪標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)到100年一遇設(shè)計(jì)，2000年一遇校核。后灣水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程于2009年12月底通過(guò)竣工驗(yàn)收，大壩除險(xiǎn)加固措施均已完建并投入使用，目前，大壩在正常、非正常運(yùn)用條件荷載組合情況下，均能滿(mǎn)足穩(wěn)定、滲流、變形及超高要求，大壩運(yùn)行狀態(tài)正常，能夠發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，驗(yàn)證了加固設(shè)計(jì)的合理性。

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