后湾水库除险加固实践

石瑞青

（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虒亭镇后湾村，东距襄垣县城30 km，东南距长治市65 km，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。

后湾水库于1959年11月开工兴建，1960年3月完工。经数次扩建改建，水库最大坝高26 m，坝长300 m，设计总库容1.3亿m3，属大（二）型水利工程，工程等别为Ⅱ等。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，确定水库为三类病险水库。为确保水库正常蓄水、充分发挥兴利效益，必须对其进行除险加固。

2 存在问题

第一，大坝建成后，坝坡脚主河槽处（桩号坝0+077）出现了渗流，渗流量达到0.003 m3/s，该处集中出流比较稳定，未出现过浑浊和流沙现象，也未进行过处理。第二，大坝左岸黄土台地未进行处理，水库蓄水后左岸黄土台地边缘和台地坝坡脚处有水渗出，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，出水量约为0.005 m3/s。第三，大坝下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求，坝坡存在失稳隐患。第四，溢洪道未完建，桩号0+212以前的已建部分底板出现冻融破坏，桩号0+212以后未按1994年改建设计完工。第五，输水洞存在洞身裂缝、进水塔倾斜、进口闸门漏水严重、出口阀门老化，不能正常输水等问题。

3 问题分析及加固措施

3.1 大坝渗漏分析及加固措施

目前，大坝主要存在两处集中渗漏，分别为坝后坡脚主河槽处渗漏和左岸黄土台地排水减压井渗漏。经大坝渗流稳定分析计算得出：现状设计洪水位和校核洪水位时，坝体最大出逸渗透比降均大于允许渗透比降0.50，坝基最大出逸渗透比降均大于允许渗透比降0.15。加之大坝未经高水位考验，大坝渗流形态不安全，需进行防渗处理。

通过分析观测资料与地质勘察试验，认为库水渗透途径主要为：一是顺坝基基岩裂隙及岩层面渗漏；二是通过坝基卵石混合土、黏土质砂及级配不良砂渗漏；三是左坝肩台地渗漏；四是少量的坝体渗漏。

根据后湾水库地质勘察资料，结合目前土坝防渗加固措施，对坝基进行帷幕灌浆处理，主要解决坝基土层下伏基岩三叠系下统刘家沟组第一、二岩组强风化线以下透水层基岩裂隙及岩层面渗漏。对坝体与坝基接触部分采取高压定喷灌浆处理，主要解决坝体与坝基接触部分土体第四系中更新统洪积（Q2pl）低液限黏土、第四系全新统洪冲积（Q4pal）卵石混合土、黏土质砂、级配不良砂的渗漏。

加固措施：防渗墙与帷幕灌浆防渗轴线中间部分位于上游马道，两边部分位于坝顶（坝轴线靠上游1.0 m），范围桩号坝0-010—坝0+358，工程处理坝段长368 m。防渗墙与帷幕灌浆结合布置，防渗墙孔点设一排，孔距2.0 m，顶部伸入坝体及左坝肩低液限黏土2.0～4.6 m，底部伸入基岩面 1.0 m，高 3.0～7.1 m；帷幕灌浆孔点设两排，布置在防渗轴线下游两侧各1.0 m，孔、排距2.0 m，呈梅花型布置，顶部与防渗墙底部衔接于基岩面上，底部深入基岩3.9～14.9 m。

3.2 大坝坝坡稳定分析及加固措施

根据后湾水库1978年在坝基发生大量渗水后进行的地质勘察试验资料，确定大坝现状渗流稳定、抗滑稳定计算参数，见表1。

表1 后湾水库大坝渗流稳定计算参数

依据《碾压式土石坝设计规范》要求，采用简化毕肖普计算方法，应用北京理正软件开发公司编制的《稳定计算分析软件》，分别对大坝在正常蓄水位918.00 m、设计洪水位921.53 m、校核洪水位924.49 m、设计洪水位骤降至汛限水位、正常蓄水位+7°地震等工况时的最大坝高断面（大坝桩号0+245）和输水洞处大坝断面（大坝桩号0+093）进行上下游坝坡抗滑稳定计算。从稳定计算结果来看，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小于规范允许值。因此大坝结构不安全，需进行加固处理。

后湾水库大坝为碾压式均质土坝，加固设计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。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黏土。根据土料土工实验成果，各项指标均符合《碾压式土石坝设计规范》要求。

加固措施：大坝上游维持原坝坡不变，下游原坝坡清除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。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922.00 m，918.00 m，910.00 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2.6～6.0 m，顶宽2.0 m。

3.3 溢洪道问题分析及加固措施

由于溢洪道水流能量集中、流速很大，要求衬砌防护表面光滑平整，有足够的强度、抗冲和抗蚀性，在寒冷地区还应有必要的抗冻能力。该溢洪道泄槽桩号0+212以前出现了冻融破坏，泄槽桩号0+212以后由于底板和侧墙均为浆砌石防护，经数年运行，有多处冲坑和边墙坍塌，陡槽挑流段虽采取混凝土防护，仍出现裂缝和剥落，为此必须对溢洪道进行加固设计。

溢洪道轴线位于大坝桩号坝0+375.6处，在大坝左岸，基础绝大部分为三叠系下统刘家沟组T1l砂岩、粉砂岩夹泥岩，右边墙中部地基及边坡为第四系中更新纪洪积Q2土基，工程地质条件较好。本次设计进行了溢洪道泄量复核、新建泄槽段和挑流鼻坎段水面线推算、边墙高度确定、挑流消能等计算。

加固措施：溢洪道工程全长335 m，修缮加固溢洪道毁坏部分（溢0+072～溢0+212泄槽底板冻融破坏部分），对不满足设计部分（溢0+162～溢0+212边墙）进行改建加高500 mm，对未完工部分（溢0+212之后陡槽段、挑流段和护坦段部分）进行重新设计、拆除重建。

3.4 输水洞问题分析及加固措施

土坝下埋设输水洞，承担着农业灌溉、工业和生活用水、引水发电、放空隧洞等任务。输水洞轴线位于大坝桩号坝0+210处，存在的问题有：一是输水洞进水塔工作闸门关闭不严，漏水约为0.5 m3/s，水库放水基本上靠出口阀门控制，而出口阀门老化严重，随时可能失控；二是洞内出现3条裂缝，其中有2处为环状裂缝，最大裂缝宽3～4 mm；三是进水塔与交通道的连接处出现裂缝，宽度约12 cm，交通桥向下错落4 cm左右。

输水洞轴线位于大坝桩号坝0+210处，在左岸黄土台地上，基础为夯实土基。

经多年运行，进口闸门变形、出口阀门老化，地基的不均匀沉陷造成了进水塔倾斜，导致交通桥向下错落，又有洞身结构配筋不满足规范要求和基础沉陷，造成洞身严重裂缝，致使输水洞无法正常运行。

加固措施：在原钢筋混凝土洞内侧加14 mm厚直径1 320 mm钢板衬砌加固，与原洞间隙采用水泥浆液回灌，加固后内径1.3 m；原进水塔拆除，采用沉井施工重建进水塔，沉井内径为7.4 m，结构高度9.6 m，内布置有闸室、渐变段和与原输水洞的联接段；新建出口阀井，更新输水洞出口压力管道及设备。

4 结语

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，大坝运行状态正常，能够发挥其经济效益和社会效益。