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高莊水庫大壩安全評價(jià)分析

文檔作者：王工作王安民許朝東劉鎧源文檔來源：平?jīng)鍪兴帘３挚茖W(xué)研究所		更新日期： 2026年06月16日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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上一篇：京山市石龍水庫大壩防滲加固設(shè)計(jì)分析

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基金項(xiàng)目：平?jīng)鍪锌萍加?jì)劃資助項(xiàng)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(jià)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?jīng)鰱|城區(qū)10萬人的生命財(cái)產(chǎn)安全
和防汛安全，但建成于1975年，已運(yùn)行近50年，急需進(jìn)行安全鑒定，徹底查清水庫目前的安全狀況。通過現(xiàn)場
對高莊水庫安全檢查和檢測，從水庫質(zhì)量、管理運(yùn)行、洪水復(fù)核及滲流、結(jié)構(gòu)、抗震等安全方面對水庫大壩進(jìn)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(yùn)行管理或維修養(yǎng)護(hù)意見和建議。
關(guān)鍵詞：高莊水庫；大壩；安全評價(jià)
中圖分類號：TV698.2 文獻(xiàn)標(biāo)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?jīng)鍪兴帘３挚茖W(xué)研究所，甘肅平?jīng)?44000）
0 引言
眾所周知，病險(xiǎn)水庫不僅不能發(fā)揮正常效益，還存
在潰壩風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重危害社會公共安全與經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。
對已建水庫定期開展水庫安全評價(jià)工作至關(guān)重要，根據(jù)
安全評價(jià)結(jié)論采取相應(yīng)的管理措施和實(shí)施除險(xiǎn)加固方
案，從而確保水庫壩體安全運(yùn)行，充分發(fā)揮水利基礎(chǔ)設(shè)
施的綜合效益。本文對平?jīng)鍪懈咔f水庫大壩進(jìn)行安全
鑒定及評價(jià)，確定安全類別，并提出了管養(yǎng)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?jīng)鍪袇^(qū)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(zhì)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(jìn)口高程為1467.67m，豎井為0.8m
直徑的環(huán)形鋼筋混凝土預(yù)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(shè)6m 長1m 寬的消力池，消力池尾接直
徑為0.8m、58 節(jié)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?。?）型工程，其主、次要建筑物級
別均為5 級，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)P 設(shè)=5%（20 年一遇），校核洪
水標(biāo)準(zhǔn)P 校=0.5%（200 年一遇），設(shè)計(jì)洪水位高程
1468.40m，校核洪水位高程1468.80m。
目前，高莊水庫運(yùn)行方式為空庫運(yùn)行，水庫不承擔(dān)
下游灌溉、供水等任務(wù)，其主要作用是配合八里廟水庫
保障下游1.5km 處崆峒區(qū)峽門鄉(xiāng)二溝村何家莊社42 戶
居民148 人的生命財(cái)產(chǎn)安全及平?jīng)鰱|城區(qū)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(jīng)過紙坊溝水庫泄洪設(shè)施橫穿平?jīng)龀菂^(qū)南
環(huán)路、新民商廈、新民路、中山商場、312國道等人口密集
商業(yè)區(qū)和重要交通干道后，在平?jīng)龌疖囌厩暗臎芎哟髽?
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(jīng)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(zhì)量評價(jià)
根據(jù)壩體2 個(gè)鉆孔的土工試驗(yàn)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(shù)6.1～21.3。滲透
系數(shù)為（1.13～7.12）×10-5cm/s，根據(jù)此滲透系數(shù)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(xiàn)行規(guī)范滲透系數(shù)小于1.0×10-5cm/s 要
求，壩體不存在滲漏穩(wěn)定問題。因此，大壩壩頂填筑質(zhì)
量基本合格。
高莊水庫大壩左右?guī)彀稙辄S土質(zhì)邊坡，且形成年代
久遠(yuǎn)，現(xiàn)狀比較穩(wěn)定，不會出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象[1]。水庫庫區(qū)自
建成以來未進(jìn)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(xiàn)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(wěn)定性較好，大壩壩基、水庫兩
岸邊坡施工質(zhì)量評定為合格。
從大壩運(yùn)行情況來看，壩體填筑土料及質(zhì)量符合要
求，加上1986年以來的多次維修加固，壩體質(zhì)量良好，施
工質(zhì)量評價(jià)為基本合格。
高莊水庫泄洪涵洞（管）施工質(zhì)量合格，且能夠滿足
水庫防洪安全運(yùn)用要求。
綜上所述，高莊水庫大壩壩體填筑質(zhì)量評價(jià)結(jié)論為
“基本合格”。
3 運(yùn)行管理評價(jià)
高莊水庫由平?jīng)鍪兴帘３挚茖W(xué)研究所管理，由該
所水庫管理科負(fù)責(zé)水庫日常管理、管理制度的制定、防
汛調(diào)度計(jì)劃和應(yīng)急預(yù)案的制定等。高莊水庫水情監(jiān)測
研究與探討
YANJIU YU TANTAO 65
四川水泥
SICHUAN SHUINI 2023年第5期
設(shè)施僅有庫水位觀測標(biāo)尺1 副，目前尚無能夠監(jiān)測流域
內(nèi)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(shè)備。大壩安全監(jiān)測主要依靠巡視，平時(shí)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(fā)
現(xiàn)隱患要積極采取措施進(jìn)行消除。汛期管理人員24h值
班，通過監(jiān)控視頻觀測水情汛情。
經(jīng)評價(jià)分析，高莊水庫工程運(yùn)行管理評價(jià)結(jié)論為
“較規(guī)范”。
4 防洪能力復(fù)核
4.1防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核
高莊水庫防洪的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和校核標(biāo)準(zhǔn)，滿足水利行
業(yè)現(xiàn)行規(guī)范20～30a設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)年、200～300a校核洪
水重現(xiàn)年的規(guī)定。
4.2設(shè)計(jì)洪水計(jì)算
運(yùn)用鐵一院法計(jì)算出20a 一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為
25.3m3/s，200a一遇校核洪峰流量為51.1m3/s。原設(shè)計(jì)洪
峰流量與復(fù)核計(jì)算量相差1.6%，復(fù)核《導(dǎo)則》規(guī)定的誤差
范圍。
4.3庫容曲線復(fù)核
利用庫區(qū)1∶1000實(shí)測地形圖，量算各高程下的水面
面積，計(jì)算出不同水位高程下的庫容，點(diǎn)繪出水位庫容
曲線。經(jīng)過計(jì)算復(fù)核，高莊水庫設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)年對應(yīng)的
洪水位與庫容分別為1468.40m 和6.45 萬m3；校核洪水
重現(xiàn)年對應(yīng)的洪水位與庫容為1468.80m和10.48萬m3。
4.4大壩安全超高復(fù)核
依照土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范，水庫靜態(tài)水位加上壩頂超高
的和等于壩頂高程，按設(shè)計(jì)運(yùn)用條件和校核運(yùn)用條件分
別加上與之對應(yīng)的洪水位2種工況計(jì)算后取大值。計(jì)算
結(jié)果表明，壩頂超高由非常運(yùn)用條件下校核洪水位工況
控制，計(jì)算壩頂高程為1470.28m。水庫大壩實(shí)際壩頂高
程為1471.20m，比計(jì)算所得壩頂高程值高0.92m，滿足規(guī)
范要求。
綜上評價(jià)，高莊水庫大壩防洪能力滿足水利行業(yè)現(xiàn)
行規(guī)范要求，水庫防洪能力安全性評定為“B級”。
5 滲流安全評價(jià)
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(yīng)選擇壩體最大橫剖面計(jì)算出壩
體浸潤線在不同工況下逸出點(diǎn)的位置，將滲透坡降與允
許最小水力坡降作比較。
5.1計(jì)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(jìn)行
計(jì)算，為高莊水庫大壩最大橫剖面。
5.2計(jì)算工況
根據(jù)規(guī)范并結(jié)合水庫現(xiàn)狀運(yùn)行情況，選取上游設(shè)計(jì)
洪水位、校核洪水位分別與下游無水2 種組合工況進(jìn)行
計(jì)算。
5.3滲流計(jì)算
由于下游無水，對于均質(zhì)土壩（無排水棱體、截水槽）
的滲流計(jì)算，可取x，y坐標(biāo)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(jì)算得出設(shè)計(jì)水位高程1468.40m 時(shí)，壩體背水面壩
坡逸出點(diǎn)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(shí)，壩體迎水面壩坡逸出
點(diǎn)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(wěn)定分析
經(jīng)計(jì)算得出，壩體在20a 一遇設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)年或者
200a一遇校核洪水重現(xiàn)年運(yùn)用情況下，允許水力坡降值
都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滲透坡降計(jì)算值，故壩體不會有流土現(xiàn)象發(fā)
生，即壩體不會滲透破壞。
5.5泄洪建筑物滲流安全評價(jià)
泄洪涵洞（管）已運(yùn)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(wěn)定問題。
5.6滲流安全評價(jià)結(jié)論
根據(jù)高莊水庫壩體探坑土樣室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算
分析，壩體土質(zhì)滲透系數(shù)滿足水利部發(fā)行的現(xiàn)行規(guī)范要
求，且大壩填筑土料允許水力坡降值大于計(jì)算滲透坡降
值，壩體內(nèi)部滲流狀態(tài)正常，在日常運(yùn)行巡查檢查中未
發(fā)現(xiàn)水流滲出或管涌現(xiàn)象。因此，高莊水庫壩體、壩基、
壩肩均無滲透穩(wěn)定問題，大壩滲流性態(tài)安全，評為A級。
6 結(jié)構(gòu)安全評價(jià)
根據(jù)高莊水庫工程級別和規(guī)模，主要、次要、臨時(shí)性建
筑物級別，在設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行條件時(shí)，壩坡抗滑穩(wěn)定最
小安全系數(shù)K 取1.25；在校核洪水標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行條件Ⅰ、Ⅱ時(shí)
壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)K 分別取1.15和1.10。
6.1計(jì)算參數(shù)
計(jì)算參數(shù)選取本次高莊水庫壩體、壩基探坑土樣地
質(zhì)勘測報(bào)告中數(shù)據(jù)的平均值，見表1。
表1 大壩材料填筑指標(biāo)
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(shù)
/(cm/s)
4.20×10-5
9.46×10-6
黏聚力
/kPa
22
25
內(nèi)摩擦
角/°
18°10′
18°26′
6.2計(jì)算方法及基本假定
采用擬靜力圓弧法（瑞典圓弧法）進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算時(shí)
假定：
（1）高莊水庫大壩已建成運(yùn)行多年，認(rèn)為壩體不可
壓縮，不計(jì)孔隙壓力；
66
（2）根據(jù)高莊運(yùn)行情況，下游壩面無水，計(jì)算時(shí)假定
下游水深為零。
6.3計(jì)算成果復(fù)核
根據(jù)規(guī)范中的工況和確定的壩體填筑料物理力學(xué)
指標(biāo)，計(jì)算出壩坡穩(wěn)定成果見表2。
表2 壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果匯總表
工況
設(shè)計(jì)洪水位
校核洪水位
設(shè)計(jì)水位遭遇地震時(shí)
迎水坡
安全系數(shù)
3.201
3.102
2.160
背水坡
安全系數(shù)
2.795
2.476
1.260
允許最小
安全系數(shù)
1.3
1.3
1.1
穩(wěn)定
評價(jià)
穩(wěn)定
穩(wěn)定
穩(wěn)定
復(fù)核計(jì)算成果表明，各計(jì)算工況下，水庫大壩上、下
游坡的穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。
6.4泄洪建筑物安全評價(jià)
受地質(zhì)地形條件的限制，泄洪洞（管）布置在以粉質(zhì)
黃土為基礎(chǔ)的右岸壩肩處，采用豎井涵洞形式泄洪，現(xiàn)
階段泄洪洞運(yùn)行良好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
6.5結(jié)構(gòu)安全評價(jià)結(jié)論
（1）經(jīng)計(jì)算，高莊水庫在3 種不同運(yùn)用工況下，迎水
面、背水面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，均小于允許最小安全系
數(shù)，結(jié)構(gòu)安全評價(jià)為穩(wěn)定。壩體迎水面、背水面壩坡維
護(hù)良好；水庫大壩無安全監(jiān)測設(shè)備，缺少大壩壩體變形
及滲流觀測數(shù)據(jù)。
（2）分別對泄洪涵洞（管）的豎井段、涵洞段、HDPE
雙壁波紋管段進(jìn)行水利計(jì)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(shè)施。
綜上所述，高莊水庫壩體結(jié)構(gòu)安全，泄洪涵洞（管）
可以保證水庫泄流安全，評價(jià)為B級。
7 抗震安全復(fù)核
土石壩抗震穩(wěn)定分析計(jì)算的目的：復(fù)核土石壩在內(nèi)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(wěn)定性足夠，避免發(fā)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(shè)防烈度復(fù)核
高莊水庫所在地區(qū)50a 超越概率10% 時(shí)，地震動峰
值加速度、地震基本烈度、地震動反應(yīng)譜特征周期分別
為0.15g、Ⅶ度和0.45s，與原設(shè)計(jì)一致。
7.2大壩抗震安全復(fù)核
本次壩體抗震安全復(fù)核采用瑞典圓弧法，復(fù)核在穩(wěn)
定滲流階段，壩體遭遇地震情況下迎水坡、背水坡的穩(wěn)
定性。
7.3計(jì)算參數(shù)
本次穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)選擇土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(nèi)摩擦角φ ＇取14°10′。計(jì)算工況和結(jié)果見表3。
表3 壩體抗震穩(wěn)定分析計(jì)算成果表
序號
1
2
計(jì)算工況
上游壩坡設(shè)計(jì)
水位遇地震
下游壩坡設(shè)計(jì)
水位遇地震
安全系數(shù)
允許值
1.1
1.1
最小安全
系數(shù)計(jì)算值
2.16
1.26
結(jié)論
滿足要求
滿足要求
7.4泄洪洞抗震安全評價(jià)
泄洪洞豎井口完好，無混凝土塊脫落、裂縫等現(xiàn)象
發(fā)生，地基無滑動沉降等現(xiàn)象，洞室結(jié)構(gòu)抗震是安全的。
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，整體的抗滑能力、抗傾覆及基礎(chǔ)承載能力都
是安全的。
7.5抗震安全評價(jià)結(jié)論
經(jīng)復(fù)核，高莊水庫工程抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，與原
設(shè)計(jì)烈度一致。用瑞典圓弧法計(jì)算，大壩迎水坡、背水
坡抗震穩(wěn)定性滿足要求。據(jù)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(yǎng)建議
8.1存在的問題
（1）由于缺少沖沙設(shè)施，水庫淤積嚴(yán)重。
（2）庫區(qū)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(jiān)測設(shè)備，缺少大壩壩體變形
及滲流觀測數(shù)據(jù)。
（4）壩頂兼通行路面，無安全防護(hù)欄桿。
（5）豎井口無安全防護(hù)措施，泄洪涵洞前段為漿砌
石涵洞結(jié)構(gòu)，已運(yùn)行40多年，存在安全隱患。
8.2運(yùn)行管理養(yǎng)護(hù)建議
（1）對水庫泄洪豎井口增設(shè)防護(hù)設(shè)施并定期進(jìn)行清
障，確保水庫在正常運(yùn)行期泄水通暢。
（2）增設(shè)水庫大壩安全監(jiān)測設(shè)施及設(shè)備，加強(qiáng)安全
監(jiān)測及其數(shù)據(jù)分析預(yù)報(bào)。
（3）壩頂增設(shè)安全防護(hù)欄，確保上壩道路安全通暢。
9 結(jié)束語
根據(jù)評價(jià)內(nèi)容，該水庫工程質(zhì)量“基本合格”，運(yùn)行
管理“較規(guī)范”，防洪能力為“B”級，滲流安全為“A”級，結(jié)
構(gòu)安全為“B”級，抗震安全為“A”級，綜合各項(xiàng)安全評價(jià)
結(jié)論，高莊水庫大壩安全類別評定為“二類壩”，屬病險(xiǎn)
庫。依據(jù)安全評價(jià)結(jié)論，及時(shí)制定除險(xiǎn)加固方案，著重
解決壩體結(jié)構(gòu)安全，優(yōu)化安全監(jiān)測系統(tǒng)，加強(qiáng)科學(xué)監(jiān)測，
加強(qiáng)安全防護(hù)，確保水庫工程運(yùn)行安全。
參考文獻(xiàn)
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研究與探討
YANJIU YU TANTAO 67

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