［澳大利亞］R.廷達爾

張必勇 譯自英刊《水力發(fā)電與壩工建設》2013年第4期

斯克里夫納壩橫跨莫朗格洛河，在澳大利亞堪培拉市的中部形成了格里芬湖。該壩1960年開始施工，于1964年9月20日投入運行。格里芬湖因此也成為澳大利亞首都地區(qū)(ACT)最重要的水生生態(tài)系統(tǒng)之一。

該壩由國家首都管理局(NCA)管理。高33 m的混凝土重力壩有5個高5.06 m、寬30.5 m的“魚腹式”鋼質翻板閘門，用于洪水通過溢洪道下泄。這些翻板閘門由德國一家公司設計，并在悉尼制造。閘門以子組件的方式運送到現(xiàn)場，在現(xiàn)場通過鉚接、焊接和螺栓進行組裝。

每個翻板閘門圍繞沿其水平下緣布置的6個鉸鏈旋轉。120個錘頭形鉸鏈錨栓(每鉸4個)將湖水對翻板門產生的水壓力傳遞到埋設在壩的大體積混凝土中的輔助錨固鋼結構上。錘頭形的錨栓標稱直徑為50mm，長度根據(jù)鉸鏈形式變化，可達2 m。每個翻板閘門上采用2種不同的鉸鏈/錨栓組件，以滿足不同的設計約束，即A型和B型。每個翻板閘門有2個A型鉸鏈/錨栓組件，與閘門密封板相鄰左右端各有一個，中部有4個B型組件。

每個A型鉸鏈/錨栓組件包括鉸鏈支架上游側2個直徑50mm的錘頭形錨栓，下游側2個同樣的錨栓。B型鉸鏈/錨栓組件包括4個直徑為50mm的錘頭形錨栓，位于上游側。據(jù)了解，在大多數(shù)B型鉸鏈附近額外增加了后張預應力錨索，以解決壩原來施工期間鉸鏈的加固強焊接問題。

現(xiàn)有的錘頭形錨栓由英國548型淬火鋼制成，其屈服強度約為320MPa，現(xiàn)在大部分已無法接近，共有100個錨栓位于鉸鏈支架的后(上游)側。它們部分或整體埋嵌在第3期混凝土中，并被夾在鋼板內，這些鋼板為每個鉸鏈支架組件的一部分。

1 存在的問題

在2011年度對壩的安全監(jiān)督檢查中，發(fā)現(xiàn)很多錘頭形錨栓有明顯的腐蝕跡象。對所有錨栓進行了無損檢查，以評估其腐蝕程度。檢查包括超聲波測試和用內窺鏡進行物理檢查，結果表明，錨栓上部0.3～0.5 m段有不同程度的腐蝕，許多錨栓的“有效直徑”可能已減小。因此，NCA臨時降低了湖水位0.5 m，以在錨栓被修復之前保持一定的安全等級。同時還采取了一系列其他額外的預防安全措施。

如果大壩失事，對附近人身安全的潛在風險很高。為確保公眾和主要利益相關者隨時了解該項目的情況，NCA開展了咨詢和宣傳活動。最直接的利益相關者包括東岸澳大利亞聯(lián)邦總督的居民和土地，以及位于西岸壩附近的國家動物園和水族館;也向其他利益相關者告知了該工程狀況，包括ACT和聯(lián)邦政府各部門及委員會，相關安全機構、取水單位、與湖有關的人員，娛樂團體和企業(yè)。

2 解決方案

NCA聘用澳大利亞大壩與水咨詢私營公司為其項目顧問;GHD私營公司為項目管理;辛克萊工程咨詢公司為項目設計團隊。

設計團隊對當前條件下的載荷進行了評價，并評估了風險。認為目前的錨栓即使恢復到原來的狀態(tài)，也不能滿足目前的設計標準。此外，嵌埋到混凝土壩中的錨件結構的完整性通過代表性破壞試驗，也不可能完全查清，這些錨件包括錨栓、后張法預應力錨、鋼筋及其他鋼構件。得出的結論是，現(xiàn)有錨固系統(tǒng)在任何設計方法中的作用都不清楚。

對原設施及結構的仔細分析研究結果表明，現(xiàn)有錨栓已完成了其預計的50a設計壽命期。

3 研發(fā)過程

項目團隊開展了項目研發(fā)工作，包括一系列設計方案的研究、分析和制定。最后確定，解決腐蝕問題最快和最經(jīng)濟的方法是改造現(xiàn)有的鉸鏈支架組件;部分或全部依賴于現(xiàn)有錨固系統(tǒng)的設計方案都不完全可靠，因為結構的完整性不確定，且沒有辦法全面經(jīng)濟地確定這一不確定性。首選方法是通過盡量降低對現(xiàn)有鉸鏈錨固系統(tǒng)組件的影響而使技術風險較低。所有設計分析和研發(fā)報告均由NCA獨立技術審查小組進行仔細檢查，審查小組成員包括澳大利亞大壩與水咨詢私營有限公司、理查德·羅德聯(lián)合公司和GHD私營公司。

A型鉸鏈/錨栓組件設計包括安裝2個新的錨栓，一個位于鉸鏈后部(上游側)，另一個位于其前部(下游側)。新定制的板狀鋼鉸支架延長段將被焊接在現(xiàn)有鉸鏈支架上，以便將荷載從現(xiàn)有鉸鏈支架傳遞到新的錨栓上。前面的每個鉸鏈支架延長段都要直接嵌入到現(xiàn)有鉸鏈組件下游傾斜的大體積混凝土中，以確保非常洪水時不與全開啟、降低位置后的相關翻板門相沖突。

B型鉸鏈/錨栓組件設計與A型有著明顯的不同，包括安裝2個新的錨栓，分別位于已有鉸鏈支架的一側;一種定制的鋼板鞍形鉸支架將安裝在現(xiàn)有鉸鏈支架之上。這樣，通過新的錨栓將現(xiàn)有鉸鏈支架有效地“釘”在壩體上。為了安放鞍形支架組件，將拆除2個外側已有的錘頭形錨栓上段和周圍的鋼板。

在修復期間，翻板門仍將保持安全的支承狀態(tài)，同時所有鉸鏈支架都將保持其現(xiàn)場原有的對中位置。因為修復時所有的A型錨均將保持原狀，僅需拆除上游2個保證B型鉸鏈支架安全的錨栓部分。

一個雙層防腐系統(tǒng)將新錨隔離，以防水進入。植入的錨桿封裝在聚乙烯波紋護套內并在套管中灌漿，采用鍍鋅鋼錨帽保護錨頭，錨頭與帽蓋之間的空隙用一種凡士林基質的化合物充填。該護套波紋管能在波紋管的外部和內部灌漿體之間起到軸向力傳遞作用，因此可增加錨的抗拔力。

一旦新錨和鉸鏈支架修改部件安裝好并投入使用，大部分現(xiàn)有錘頭形錨栓將留在壩的大體積混凝土結構內，但對結構的承載需求來說將成為冗余。

新構件具有100a的設計壽命，也有助于未來維護和檢查，能將按要求設計的防腐蝕保護結合成一個整體，以使未來任何受腐蝕的機會減到最小。

4 施工

2012年末進行了施工招標。由結構系統(tǒng)(西部)私營有限公司承擔該修復工程，重點是錨的安裝。該公司團隊為合作聯(lián)盟，包括霍金斯土木工程公司、貝里迪康公司和巴克斯特工程公司，它們曾于2010年一起合作過昆士蘭州一座大壩的升級工程。

修復工作按從莫朗格洛河東岸至西岸的順序，一次修復一個翻板閘門，時間為2013年3月至2014年3月。錨栓修復涉及:①將相關的翻板閘門(轉動)移離工作狀態(tài);②將鉸鏈周圍的保護鋼板拆除，方便鉆孔;③新錨栓的安裝和灌漿;④安裝鉸鏈支架修復組件;⑤錨栓試運行;⑥將翻板閘門恢復到原位。

該壩運行和維護承包商在施工期間將繼續(xù)對其進行管理。目前的安全和監(jiān)督承包商——SMEC控股有限公司，在施工期間也將保持其檢查制度，閘門在修復完成后將被依次恢復到原位。施工時一次只修復一個閘門，另4個閘門仍維持運行，以保證較大洪水通過，且對修復工程的影響最小。如果發(fā)生洪水，現(xiàn)場必須臨時撤出。

通往現(xiàn)場的道路有限且受到相當大的限制，為此將修建大量的臨時工程，包括修建一條懸臂通道，其寬度幾乎和壩寬一樣。