澳大利亚卡塔古尼亚大坝的修复

2011-08-15胡云鹤

水利水电快报 2011年10期

1 背景

卡塔古尼亚(Catagunya)大坝坐落于澳大利亚塔斯马尼亚(Tasmania)州东南部的德文特(Derwent)河上。它设计于20世纪50年代末,建成于1962年,是开发德文特河下游6座梯级电站中的第3座电站。在20世纪60年代初期大坝施工期间,共设置了412个后张预应力的锚索,但是原来锚的整体性已不再能得到保证。在过去的2 a里,通过使用92个现代的、大直径和防腐蚀、后张预应力锚,大坝的稳定性得到了恢复,并且对这些锚固装置的质量下降情况可以随时进行监测,在当时,这些锚是施加在大坝上的荷载最大的锚。

2 施工中遇到的挑战及解决方案

在工程实施过程中,解决了以下具体问题。

(1)夏季,利用有限的施工窗口,在运行的溢洪道内部,安装了超过半数的锚;

(2)在河床以上25 m,低于溢洪道堰顶的一个54°斜坡上,设置了通道,以供钻孔设备和安装锚固装置之用,拆除通道上的这些工作平台以后,足以使洪水在冬季得以通过;

(3)用长9 m的碳纤维筋来替代切断的表面受力钢筋。

为了获取直达卡塔古尼亚大坝溢洪道的通道,以便能够在溢洪道上安装临时的通道平台支架以及在溢洪道面上安装碳纤维抗拉增强构件,将一个特意设计和建造的移动式门架从溢洪道的堰顶沿坝面悬挂。该门架有5个工作台面,其中的4个用作接近将要被安装的长9 m的碳纤维筋的台面。

建造2个长200 m的临时性平台通达溢洪道。上部的平台用作钻孔、安装和施加预应力的设备通道,同时也可作为洪水状态下的安全和有效的撤离出路。下部的平台则直接通到锚孔位置,用于安装锚索加固装置的组件。

卡塔古尼亚大坝具有独特的横断面,需要在溢洪道下游面的上表面设置抗拉钢筋以支撑悬伸溢洪道的大型悬臂。在为安装溢洪道上端锚块钻大直径孔取芯时,这种钢筋必须被切断,所以在取芯之前要进行一次替换。

该工程的一个主要创新点是在溢洪道坝面内设计和安装了碳纤维筋,给大坝的悬臂截面提供抗拉纤维筋。作为在桥梁行业中对结构升级改造和修复时广泛应用的一种方法,环氧粘合的碳纤维带是一个极具成本效益又简单的解决方案。然而,迄今为止,在坝工行业中,这种碳纤维带还没有得到类似的应用。

在溢洪道面层混凝土上,锯成长9 m、宽 15 mm、深90 mm的槽,将长9 m的碳纤维筋安放在该槽中,6条直径为8 mm的碳纤维筋的每一条均为单独设置,在槽中的底层上注入一层环氧黏结剂作为垫层,然后将碳纤维筋铺设在该垫层上,使其与混凝土粘结在一起。整体解决方案大约需花费4个月的时间来完成,共计安装了超过10km的碳纤维筋。

卡塔古尼亚大坝设计时的要求之一是维持反弧形溢洪道溢流面的水力性能。这意味着设置在溢洪道内的锚索应该建造在当前的坝体轮廓线以内。在坝坡上钻一些直径为1.2 m的孔洞,深入坝体内3 m,以安装钢筋混凝土预制的上端锚块,使荷载能分配到结构中去。坝肩锚安装于一个经特殊设计的位于护墙标高以上的混凝土梁中。

钻孔工作采用Rotomech钻机350 mm的井内锤(DHH)完成。钻孔通过混凝土直达坝基,最长的钻孔长约78 m,整个工程共计完成钻孔约6.2km。

现代的后张锚全部在现场制造,使用专业设备将锚索打开并抹上油脂,然后在自由段上安装一个20 mm的HDPE套管。将粘结段锚索清理干净并让其裸露,将所有的锚索都扭编成沙漏形状,以增加其与该地段辉绿岩的粘结力。

完成的锚索被安装于锚孔中一个部分有波纹,部分为光滑的聚乙烯护套里,以G等Oilwell和GP水泥对孔洞进行灌浆。一旦灌浆达到了所要求的强度,就用一个特制的2200 t容量的油压千斤顶将锚索加荷到超过其最小破坏荷载的70%,使得这些锚索成为世界上受力最大的地锚。