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高莊水庫大壩安全評價分析

文檔作者：王工作王安民許朝東劉鎧源文檔來源：平涼市水土保持科學研究所		更新日期： 2026年06月16日	點擊數：
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上一篇：京山市石龍水庫大壩防滲加固設計分析

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基金項目：平涼市科技計劃資助項目
作者簡介：王工作（1988- ），男，漢族，甘肅靜寧，本科，工程師，主要從事水土保持研究工作。
高莊水庫大壩安全評價分析
摘要：高莊水庫的主要作用是配合八里廟水庫保障二溝村42戶居民、平涼東城區10萬人的生命財產安全
和防汛安全，但建成于1975年，已運行近50年，急需進行安全鑒定，徹底查清水庫目前的安全狀況。通過現場
對高莊水庫安全檢查和檢測，從水庫質量、管理運行、洪水復核及滲流、結構、抗震等安全方面對水庫大壩進行
綜合分析，確定大壩安全類別，找出工程存在的問題，提出運行管理或維修養護意見和建議。
關鍵詞：高莊水庫；大壩；安全評價
中圖分類號：TV698.2 文獻標識碼：B 文章編號：1007-6344（2023）05-0065-03
王工作王安民* 許朝東劉鎧源
（平涼市水土保持科學研究所，甘肅平涼744000）
0 引言
眾所周知，病險水庫不僅不能發揮正常效益，還存
在潰壩風險，嚴重危害社會公共安全與經濟持續發展。
對已建水庫定期開展水庫安全評價工作至關重要，根據
安全評價結論采取相應的管理措施和實施除險加固方
案，從而確保水庫壩體安全運行，充分發揮水利基礎設
施的綜合效益。本文對平涼市高莊水庫大壩進行安全
鑒定及評價，確定安全類別，并提出了管養措施。
1 工程概況
高莊水庫位于涇河右岸一級支流紙坊溝右岸一級
支流，距溝口3.9km，距平涼市區4.8km。高莊水庫總庫
容28萬m3，其中死庫容15萬m3；大壩壩高21.5m，壩頂寬
4m，長65m，壩頂高程1471.20m，上游壩坡坡比1∶2，下游
壩坡坡比1∶1.5，為黃土均質壩；泄洪涵洞（管）位于大壩
右岸，距壩右肩5m，由豎井、涵洞、HDPE 雙壁波紋管及
消力池組成。豎井進口高程為1467.67m，豎井為0.8m
直徑的環形鋼筋混凝土預制件砌筑而成，深4m；消力井
深1m，高程為1462.67m。在豎井1463.67m 處接漿砌石
壩下涵洞34.3m，涵洞斷面型式為馬蹄形寬1.4m、高
1.8m，涵洞出口設6m 長1m 寬的消力池，消力池尾接直
徑為0.8m、58 節總長為174m 的HDPE 雙壁波紋管，末端
接長7m、寬1m的消力池，出水注入紙坊溝主河道。
高莊水庫屬V等小（2）型工程，其主、次要建筑物級
別均為5 級，設計洪水標準P 設=5%（20 年一遇），校核洪
水標準P 校=0.5%（200 年一遇），設計洪水位高程
1468.40m，校核洪水位高程1468.80m。
目前，高莊水庫運行方式為空庫運行，水庫不承擔
下游灌溉、供水等任務，其主要作用是配合八里廟水庫
保障下游1.5km 處崆峒區峽門鄉二溝村何家莊社42 戶
居民148 人的生命財產安全及平涼東城區10 萬余人的
防汛安全。該壩下泄洪水與八里廟水庫尾水渠和主溝
道河床銜接、經過紙坊溝水庫泄洪設施橫穿平涼城區南
環路、新民商廈、新民路、中山商場、312國道等人口密集
商業區和重要交通干道后，在平涼火車站前的涇河大橋
南岸下游160m 處匯入涇河。水庫大壩控制的流域面積
約為1.9km2，河道長約1.8km。高莊水庫建成于1975 年
4 月，后經1982 年、2013 年加固加高，樞紐工程由土壩和
泄洪洞（管）兩部分組成。
2 工程質量評價
根據壩體2 個鉆孔的土工試驗資料：大壩填筑材料
為素填土，成分以粉土為主。其顆粒組成：黏粒（≤ 0.005mm）含量12.0%～21.8%、粉粒（0.005～0.075mm）
含量78.2%～88.0%；土粒比重2.71，濕密度1.58～2.06g/
cm3，干密度1.31～2.04g/cm3；塑性指數6.1～21.3。滲透
系數為（1.13～7.12）×10-5cm/s，根據此滲透系數分析，
壩體填筑土為微透水土體，壩體允許滲透比降為0.5。
壩體防滲滿足現行規范滲透系數小于1.0×10-5cm/s 要
求，壩體不存在滲漏穩定問題。因此，大壩壩頂填筑質
量基本合格。
高莊水庫大壩左右庫岸為黃土質邊坡，且形成年代
久遠，現狀比較穩定，不會出現滑塌現象[1]。水庫庫區自
建成以來未進行清淤，沖積的泥土已占死庫容的95% 以
上，淤積物來源主要為上游溝道周邊重力侵蝕和水力侵
蝕。現狀工程壩基清理符合要求，壩基具有輕微的透水
性，壩基和左右岸壩肩的穩定性較好，大壩壩基、水庫兩
岸邊坡施工質量評定為合格。
從大壩運行情況來看，壩體填筑土料及質量符合要
求，加上1986年以來的多次維修加固，壩體質量良好，施
工質量評價為基本合格。
高莊水庫泄洪涵洞（管）施工質量合格，且能夠滿足
水庫防洪安全運用要求。
綜上所述，高莊水庫大壩壩體填筑質量評價結論為
“基本合格”。
3 運行管理評價
高莊水庫由平涼市水土保持科學研究所管理，由該
所水庫管理科負責水庫日常管理、管理制度的制定、防
汛調度計劃和應急預案的制定等。高莊水庫水情監測
研究與探討
YANJIU YU TANTAO 65
四川水泥
SICHUAN SHUINI 2023年第5期
設施僅有庫水位觀測標尺1 副，目前尚無能夠監測流域
內水文、大壩水平與垂直位移、壩體浸潤線、壩體及繞壩
肩滲流量的設備。大壩安全監測主要依靠巡視，平時管
理人員每月定期檢查一次，汛前汛后檢查水庫大壩、壩
基、壩肩、建筑物是否正常，有無裂縫、變形、滲流等，發
現隱患要積極采取措施進行消除。汛期管理人員24h值
班，通過監控視頻觀測水情汛情。
經評價分析，高莊水庫工程運行管理評價結論為
“較規范”。
4 防洪能力復核
4.1防洪標準復核
高莊水庫防洪的設計標準和校核標準，滿足水利行
業現行規范20～30a設計洪水重現年、200～300a校核洪
水重現年的規定。
4.2設計洪水計算
運用鐵一院法計算出20a 一遇設計洪峰流量為
25.3m3/s，200a一遇校核洪峰流量為51.1m3/s。原設計洪
峰流量與復核計算量相差1.6%，復核《導則》規定的誤差
范圍。
4.3庫容曲線復核
利用庫區1∶1000實測地形圖，量算各高程下的水面
面積，計算出不同水位高程下的庫容，點繪出水位庫容
曲線。經過計算復核，高莊水庫設計洪水重現年對應的
洪水位與庫容分別為1468.40m 和6.45 萬m3；校核洪水
重現年對應的洪水位與庫容為1468.80m和10.48萬m3。
4.4大壩安全超高復核
依照土石壩設計規范，水庫靜態水位加上壩頂超高
的和等于壩頂高程，按設計運用條件和校核運用條件分
別加上與之對應的洪水位2種工況計算后取大值。計算
結果表明，壩頂超高由非常運用條件下校核洪水位工況
控制，計算壩頂高程為1470.28m。水庫大壩實際壩頂高
程為1471.20m，比計算所得壩頂高程值高0.92m，滿足規
范要求。
綜上評價，高莊水庫大壩防洪能力滿足水利行業現
行規范要求，水庫防洪能力安全性評定為“B級”。
5 滲流安全評價
大壩滲流的類型有壩體滲漏、壩基滲漏、壩肩繞滲
等[2]。壩肩繞滲可以通過灌漿、黏土鋪蓋等措施處理后
不會對擋水建筑物造成破壞[3]。判別大壩壩體是否有不
同形式的滲漏性破壞，應選擇壩體最大橫剖面計算出壩
體浸潤線在不同工況下逸出點的位置，將滲透坡降與允
許最小水力坡降作比較。
5.1計算斷面
選擇壩頂寬4.0m，壩高21.5m，壩頂高程1471.20m，
迎水面與背水面坡比分別為1:2和1:1.5的梯形斷面進行
計算，為高莊水庫大壩最大橫剖面。
5.2計算工況
根據規范并結合水庫現狀運行情況，選取上游設計
洪水位、校核洪水位分別與下游無水2 種組合工況進行
計算。
5.3滲流計算
由于下游無水，對于均質土壩（無排水棱體、截水槽）
的滲流計算，可取x，y坐標系，依照浸潤線方程畫出浸潤
線，先求出單寬流量，再求得下游壩坡逸出段滲流量最
大坡降。
計算得出設計水位高程1468.40m 時，壩體背水面壩
坡逸出點距壩基高度為5.13m，單寬滲流量為0.124m3/d/
m；校核洪水位高程1468.80m 時，壩體迎水面壩坡逸出
點距壩基高度為5.43m，單寬滲流量為0.131m3/d/m。
5.4壩體滲流穩定分析
經計算得出，壩體在20a 一遇設計洪水重現年或者
200a一遇校核洪水重現年運用情況下，允許水力坡降值
都遠遠大于滲透坡降計算值，故壩體不會有流土現象發
生，即壩體不會滲透破壞。
5.5泄洪建筑物滲流安全評價
泄洪涵洞（管）已運行多年，未觀測到洞（管）身以上
地面有水流滲出。因此，泄洪洞（管）無接觸沖刷等滲透
穩定問題。
5.6滲流安全評價結論
根據高莊水庫壩體探坑土樣室內試驗數據和計算
分析，壩體土質滲透系數滿足水利部發行的現行規范要
求，且大壩填筑土料允許水力坡降值大于計算滲透坡降
值，壩體內部滲流狀態正常，在日常運行巡查檢查中未
發現水流滲出或管涌現象。因此，高莊水庫壩體、壩基、
壩肩均無滲透穩定問題，大壩滲流性態安全，評為A級。
6 結構安全評價
根據高莊水庫工程級別和規模，主要、次要、臨時性建
筑物級別，在設計洪水標準運行條件時，壩坡抗滑穩定最
小安全系數K 取1.25；在校核洪水標準運行條件Ⅰ、Ⅱ時
壩坡抗滑穩定最小安全系數K 分別取1.15和1.10。
6.1計算參數
計算參數選取本次高莊水庫壩體、壩基探坑土樣地
質勘測報告中數據的平均值，見表1。
表1 大壩材料填筑指標
序號
1
2
部位
壩體填筑
壩基
干容重
/(kN/m3)
15.6
16.5
天然容重
（/ kN/m3）
19.2
19.6
滲透系數
/(cm/s)
4.20×10-5
9.46×10-6
黏聚力
/kPa
22
25
內摩擦
角/°
18°10′
18°26′
6.2計算方法及基本假定
采用擬靜力圓弧法（瑞典圓弧法）進行穩定計算時
假定：
（1）高莊水庫大壩已建成運行多年，認為壩體不可
壓縮，不計孔隙壓力；
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（2）根據高莊運行情況，下游壩面無水，計算時假定
下游水深為零。
6.3計算成果復核
根據規范中的工況和確定的壩體填筑料物理力學
指標，計算出壩坡穩定成果見表2。
表2 壩坡穩定計算成果匯總表
工況
設計洪水位
校核洪水位
設計水位遭遇地震時
迎水坡
安全系數
3.201
3.102
2.160
背水坡
安全系數
2.795
2.476
1.260
允許最小
安全系數
1.3
1.3
1.1
穩定
評價
穩定
穩定
穩定
復核計算成果表明，各計算工況下，水庫大壩上、下
游坡的穩定性均滿足規范要求。
6.4泄洪建筑物安全評價
受地質地形條件的限制，泄洪洞（管）布置在以粉質
黃土為基礎的右岸壩肩處，采用豎井涵洞形式泄洪，現
階段泄洪洞運行良好，結構穩定。
6.5結構安全評價結論
（1）經計算，高莊水庫在3 種不同運用工況下，迎水
面、背水面抗滑穩定安全系數，均小于允許最小安全系
數，結構安全評價為穩定。壩體迎水面、背水面壩坡維
護良好；水庫大壩無安全監測設備，缺少大壩壩體變形
及滲流觀測數據。
（2）分別對泄洪涵洞（管）的豎井段、涵洞段、HDPE
雙壁波紋管段進行水利計算，取三段泄洪流量值的最小
值，得出泄洪涵洞（管）的泄流能力滿足工程泄洪要求，
但無排沙設施。
綜上所述，高莊水庫壩體結構安全，泄洪涵洞（管）
可以保證水庫泄流安全，評價為B級。
7 抗震安全復核
土石壩抗震穩定分析計算的目的：復核土石壩在內部
荷載（如自重、孔隙水壓力等）或外部荷載（如地震動土壓
力等）作用下，迎水坡、背水坡的穩定性足夠，避免發生壩
體局部剪切破壞、壩體和壩基連接處整體剪切破壞。
7.1抗震設防烈度復核
高莊水庫所在地區50a 超越概率10% 時，地震動峰
值加速度、地震基本烈度、地震動反應譜特征周期分別
為0.15g、Ⅶ度和0.45s，與原設計一致。
7.2大壩抗震安全復核
本次壩體抗震安全復核采用瑞典圓弧法，復核在穩
定滲流階段，壩體遭遇地震情況下迎水坡、背水坡的穩
定性。
7.3計算參數
本次穩定計算參數選擇土工試驗數據的平均值，壩
體重度取15.6kN/m3，飽和重度取19.2kN/m3，黏聚力c ′取
22kPa，內摩擦角φ ＇取14°10′。計算工況和結果見表3。
表3 壩體抗震穩定分析計算成果表
序號
1
2
計算工況
上游壩坡設計
水位遇地震
下游壩坡設計
水位遇地震
安全系數
允許值
1.1
1.1
最小安全
系數計算值
2.16
1.26
結論
滿足要求
滿足要求
7.4泄洪洞抗震安全評價
泄洪洞豎井口完好，無混凝土塊脫落、裂縫等現象
發生，地基無滑動沉降等現象，洞室結構抗震是安全的。
結構穩定，整體的抗滑能力、抗傾覆及基礎承載能力都
是安全的。
7.5抗震安全評價結論
經復核，高莊水庫工程抗震設防烈度為Ⅶ度，與原
設計烈度一致。用瑞典圓弧法計算，大壩迎水坡、背水
坡抗震穩定性滿足要求。據此，高莊水庫大壩抗震安
全，評為A級。
8 大壩工程存在的主要問題及管養建議
8.1存在的問題
（1）由于缺少沖沙設施，水庫淤積嚴重。
（2）庫區雜草叢生，容易造成堵塞豎井口，影響泄洪
涵洞（管）正常泄洪行洪。
（3）水庫大壩無安全監測設備，缺少大壩壩體變形
及滲流觀測數據。
（4）壩頂兼通行路面，無安全防護欄桿。
（5）豎井口無安全防護措施，泄洪涵洞前段為漿砌
石涵洞結構，已運行40多年，存在安全隱患。
8.2運行管理養護建議
（1）對水庫泄洪豎井口增設防護設施并定期進行清
障，確保水庫在正常運行期泄水通暢。
（2）增設水庫大壩安全監測設施及設備，加強安全
監測及其數據分析預報。
（3）壩頂增設安全防護欄，確保上壩道路安全通暢。
9 結束語
根據評價內容，該水庫工程質量“基本合格”，運行
管理“較規范”，防洪能力為“B”級，滲流安全為“A”級，結
構安全為“B”級，抗震安全為“A”級，綜合各項安全評價
結論，高莊水庫大壩安全類別評定為“二類壩”，屬病險
庫。依據安全評價結論，及時制定除險加固方案，著重
解決壩體結構安全，優化安全監測系統，加強科學監測，
加強安全防護，確保水庫工程運行安全。
參考文獻
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[2]李曉璐.王家溝水庫大壩滲流及抗震安全評價[J].
甘肅水利水電技術,2020,56(3):4.
[3]李鑫. 紙坊溝水庫大壩安全綜合評價[J]. 陜西水
利,2021(8):275-277.
研究與探討
YANJIU YU TANTAO 67

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