澳大利亚辛兹大坝升级改造

［澳大利亚］R.戴维森 等

夏智翼 译自英刊《水力发电与坝工建设》2012年第9期

辛兹(Hinze)大坝位于奈蕴(Nerang)河上，离澳大利亚西黄金海岸约28.97 km，于1976年初步完成，1989年对其进行了升级，但仍然过时。随着人口的快速增长及大面积干旱，供水压力也持续增长。

为了改善这种情况，黄金海岸市议会(GCCC)组成了辛兹大坝联盟(HDA)，设计并交付了辛兹大坝第3期工程(HDS3)。HDA团队由业主GCCC(2008年后改为昆士兰东南部供水局)以及3个非业主单位组成。这3个单位为URS(设计单位)、SKM(审批单位和利益相关者管理部门)，以及Thiess公司(施工单位)。

第3期项目的目标是:减少奈蕴河流域潜在洪水的影响，增加大坝的蓄水能力，并最终提高该地区的供水安全性和可靠性。这就要求坝高必须从93.5 m加高至108.15 m。

1 主要设计特征

工程设计需要广泛的实地调查和研究。这其中包括:

(1)岩土工程勘察。坝址处的地质条件复杂，其实地调查工程包括钻80多个钻探孔以及开挖200多个探坑和探槽。

(2)溢洪道设计。URS采用了3D计算机模拟技术来设计溢洪道。它还建立了一个物理缩尺模型以优化设计，同时确保全流域的洪水都可以安全地通过溢洪道。

(3)坝墙设计。坝墙高度提高了近15 m，达到108.15 m，跨过大坝的鞍状线使其延伸了800m。右坝肩的基础条件非常复杂，这对于设计团队来讲是一项重大的挑战，地基处理包括建设一道深度超过50m的塑性混凝土防渗墙，这在澳大利亚同类型防渗墙中是最大的。

(4)进水塔。两座进水塔位于水库内，以便取用蓄水供给附近的水处理厂。一项关于地震危险性的研究旨在确认加高的进水塔的设计地震荷载，根据研究结果，允许减少其所需的工作范围，这将大大节约成本。

(5)鱼道。大坝长期以来一直是鱼类运动的障碍物。在大坝下游坝趾处设计了一项创新的鱼类“捕集和拖动”的转运系统，40多年来第一次允许鱼类越过坝堤达到上游。

2 二期工程

该项目需要经历两个不同的阶段。

第1阶段为优化阶段。在该项目确定之前就已经获奖。现有目标均是防洪减灾、增加供水和法规遵从的项目重点目标。联盟进行了详细的优化研究，重点是蓄水配置，具体办法是调查大坝高度和库容对比关系，大坝可接受的防洪能力，以及经济方面的一些考虑事项。

根据优化研究的结果，最终确定了大坝的结构形状，优化研究过程包括举办利益相关者研讨会，参加会议的代表来自:联盟中的设计、环保、通信、施工团队，黄金海岸市议会，黄金海岸水务官员，独立专家审查组的成员，以及昆士兰大坝安全监管人员。

开发了一个概率定量的成本效益分析程序，以方便选择最佳的升级解决方案，这其中主要考虑经济、社会和环境等方面的问题。成本效益分析包括:项目交付的基建费用，运行成本以及项目交付的风险成本。

如果在环境影响报告中包括影响的全面评估，那么大多数的环境和社会影响成本就包含在评估的风险成本部分内。联盟中的施工团队采用单位比率的成本估算方法编制成本估算。采用50%置信限度的建筑工程量和成本比率的最佳估算，并采用95%置信限度的建筑工程量和成本比率的高估算，进行了一系列的概率性成本估算分析。采用80%的置信度确定每个方案的预算造价。为了考虑该工程的防洪减灾和供水的效益，对一系列方案的经济效益进行评估和分类。

第2阶段是工程交付阶段。联盟提供的方法使多项有利于该工程的创新措施容易实施。由于该项目涉及现有建筑物的改造，以及与第1、第2阶段中完成的前期工程有关联的不确定性因素，因此设计方、监管方、施工方和业主之间的密切合作是至关重要的。

从一开始，联盟制定了建筑物升级的基本策略，采用该策略管理潜在的洪水、黏土供应短缺，并修改了淹没清理要求。当出现新的问题时早期的计划允许团队转移到不同的工作领域并修改工作顺序。

该工程存在的主要岩土问题是右坝肩处潜在的内部侵蚀以及复杂地质结构内的管涌。为了将管涌的风险降低至可接受水平，选择塑性混凝土防渗墙作为最佳解决方案，并要求制定计划以控制一系列主要风险，这其中就包括复杂的技术挑战，对大坝安全环境和周围社区的潜在风险，以及按照紧凑的施工进度计划在预算范围内交付项目。

3 堤坝施工

就大坝安全和稳定性而言，大坝施工工程中的一个关键因素是右坝肩基础的开挖。当水库接近正常蓄水位线时进行开挖，并且为了露出基础以及与第3期工程接界的第2期反滤层，需要拆除堆石坝现有的稳定护堤，所需的挖掘工程削弱了堤坝的稳定性，因此在施工期间采取了谨慎的分段施工和施工监测措施以控制大坝的安全。为了保证大坝符合安全标准，制定了一个全面的大坝安全管理计划。

在拆除下游堆石护堤的施工中，曾记录到主堤上出现显著的变形。由于堤坡是由高品质的堆石建造且其基岩为微风化硬砂岩，安全系数在1.3以上，因此坝体变形与其稳定性无关。

在整个项目实施过程中，就可持续发展设计和最优实施方法的原则向社区展开宣传教育，并且邀请社会团体或利益相关者参与设计开发过程。这就导致公众接受了一些最初并不被认可的想法，如关闭穿过坝顶的公共的车辆通道。当地居民终于认识到大坝升级改造施工造成的出勤不方便是次要，相比之下，水库供水面临的潜在风险更为重要。

4 结语

大坝建成运行35 a后，到达其使用年限。第3阶段的升级加高了堤坝，增大了水库的水面面积，几乎使水库的库容增加了1倍，并减少了上奈蕴河流域的洪水风险，确保了未来50a的供水安全性和可靠性。

为了对溢洪道泄出的洪水进行消能，升级工程中还改进了大型的消力墩。所设计的溢洪道在遇到百年一遇的洪水时可将最大下泄流量削减到入库流量的一半，减少大坝下游洪水破坏的风险。

经过升级改造后，辛兹大坝最终成为昆士兰州最高的粘土心墙堆石坝。