錨栓的修復施工

［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(zhì)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(zhuǎn)。120個錘頭形鉸鏈錨栓(每鉸4個)將湖水對翻板門產(chǎn)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(jié)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(cè)2個直徑50mm的錘頭形錨栓，下游側(cè)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(cè)。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(cè)。它們部分或整體埋嵌在第3期混凝土中，并被夾在鋼板內(nèi)，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(nèi)窺鏡進行物理檢查，結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構的仔細分析研究結(jié)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(jié)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(cè))，另一個位于其前部(下游側(cè))。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(cè);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(cè)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(nèi)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(zhì)的化合物充填。該護套波紋管能在波紋管的外部和內(nèi)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(jié)構內(nèi)，但對結(jié)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(jié)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(jié)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(zhuǎn)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。