美國奧洛維爾大壩溢洪道修復工程設計及實施進展

加利福尼亞州水資源部

1 修復計劃概覽

2017年2月7 日奧洛維爾大壩的溢洪道發(fā)生破壞以來，加利福尼亞州水資源部（Department of Water Resources，DWR）的主要目標一直是：確保公共安全和確保大壩及其相關結構物的完好。加州水資源部對工程進行了持續(xù)的檢查，并定期對天氣和庫水位等情況變化進行評估。加州水資源部也將根據最新的信息調整計劃和工程運營。這包括繼續(xù)使用海厄特電廠，偶爾使用帶閘門的主溢洪道來泄放入庫水流，直至加州水資源部確信在春末和夏季月份不再需要其發(fā)揮作用。

奧洛維爾修復項目的目標是在2017年11月1日之前，系統(tǒng)能就位，即今冬能讓從自然界進入菲澤河（Feather River）流域和奧洛維爾湖的所有洪水流量都能安全順利通過。加州水資源部將與合作機構進行不間斷的合作，以實現這一目標。

奧洛維爾修復項目需將帶閘門的主溢洪道和非常溢洪道恢復至原來的設計過流能力，以通過流經奧洛維爾湖的可能最大洪水。由于工程量巨大和工期的時間限制，對破損的主溢洪道和非常溢洪道的全面修復或更新工程需要分成幾個階段完成。修復工程計劃將帶閘門的主溢洪道的泄流能力恢復至最大歷史流量的2倍，以盡量減少非常溢洪道的使用。該設計方案中，帶閘門的主溢洪道的泄流能力為27×104cfs（約7 645.54 m3/s），遠遠超過其歷史最大流量16×104cfs（約4 530.69 m3/s）。

由于春季氣候仍然存在不確定性，且直到建設工期完全確定之前，加州水資源部將尋求多種設計方案。對帶閘門的主溢洪道，進行了常規(guī)設計和應急設計。這些方法是互補的，因此無論天氣如何，奧洛維爾湖在冬季的管理都是安全的。若遭遇延遲，應急設計也能滿足過流27×104cfs（約7 645.54 m3/s）的目標，但未來的建設期中仍需要完成大量工作。非常溢洪道的修復設計方案中，其施工工作都安排在11月1日之后繼續(xù)。

所有的設計方案中都考慮了長效的解決辦法。

不論溢洪道修復設計如何決策，未來工程區(qū)域內或周邊的工作都是“不反悔”型，如道路建設和邊坡穩(wěn)定處理。

2 帶閘門的主溢洪道的修復工程設計

2.1 上部泄槽段

當前的修復計劃是對帶閘門的主溢洪道上部、未受損部位進行部分拆除和重建，具體包括更換泄槽、底板和邊墻，這是必要項目。另外還需要移除少量或適量基巖，以確保新建的底板坐落在適當的基礎上。設計滿足現行標準要求，并經過了監(jiān)管機構的審批。

應急進度計劃是在一個施工期中盡可能多地重建溢洪道上段的底板，并對剩余的底板和邊墻進行額外的修復或采取保護措施。保護措施可包括巖錨，以改善溢洪道的可靠性，達到過流27×104cfs（約7 645.54 m3/s）的目標。

對主溢洪道的上部泄槽段，潛在的修復措施是：采用現代、可靠的設計，在2017年11月1日之前，盡可能多地重建上部泄槽段。對剩余的底板和邊墻采取錨固措施，直到下一工期中對其進行重建。

圖1 主溢洪道上部泄槽段修復計劃Fig.1 Potential remedial measures for upper chute area

2.2 下部泄槽段

嚴重侵蝕區(qū)域下游的破損溢洪道結構將被拆除并進行重建，包括對附近的邊坡進行加固處理。該區(qū)域的溢洪道結構將按照當前的標準進行建造。具體的計劃取決于2017年夏天的建設進度。進度過程內的決策點將決定將哪個計劃向前推進。

所選擇的方案是將主溢洪道的下部泄槽段恢復到事故發(fā)生前的形態(tài)。這包括在嚴重沖蝕的區(qū)域澆筑混凝土和碾壓混凝土，以使未來新建的鋼筋混凝土溢洪道比事故發(fā)生前的原溢洪道更強韌，并使設計達到當前的標準。

因其澆筑速度比傳統(tǒng)混凝土快許多，碾壓混凝土通常用于大壩建設。碾壓混凝土是一種更干燥的混凝土混合料，需使用大型壓實設備。

應急方案是采用碾壓混凝土對受損的上部泄槽段的尾端進行支撐，并對侵蝕區(qū)域的消力池進行加固。對于被認為安全、可以在冬季繼續(xù)使用的區(qū)段，將對其進行加固和利用，比如左側的排水溝，這樣未來就可以修建更強韌的永久結構物。如果這一方案被執(zhí)行，其余未完成部分的最終建設工作將在2018年夏天完成。

主溢洪道下部泄槽段的修復概念見圖2。

圖2 主溢洪道上部泄槽段和下部泄槽段平面圖Fig.2 A plan view of both the upper and lower chute portions of the gated flood control spillway

3 非常溢洪道的修復工程設計

所有的努力，其目的是讓來年的洪水流量100%地通過帶閘門的主溢洪道，盡量不使用非常溢洪道。

目前為止，在非常溢洪道上完成的工作都是臨時的，未來需要對其進行改善。

非常溢洪道的設計：

（1）在地下澆筑混凝土墻，深入現有堰體下游的基巖中。在大壩工程中，這種做法很常見，通常被稱為“截滲墻”，其作用是在必須使用非常溢洪道時，防止混凝土堰底部發(fā)生“水力切割”。

（2）倚現有堰體澆筑混凝土。在大壩工程中，這種做法很常見，通常被稱為加強大壩的支撐，以確保在洪水工況中或在未來可能的地震荷載條件下保持結構的完好。

（3）在堰體下游澆筑碾壓混凝土，以向下游泄洪。這通常被稱為碾壓混凝土防沖板，以防止基巖的侵蝕。

已制定了施工進度，以保證最關鍵的混凝土截滲墻能在2017年11月1日前完工。

其余部分的施工工作于2017年夏天開始，如果有必要的話，11月1日之后也可以繼續(xù)施工。所有的水流都通過海厄特發(fā)電廠泄放，如果需要的話，可通過帶閘門的主溢洪道泄放。

非常溢洪道修復方案見圖3，包括碾壓混凝土支墩、防沖板和下游截滲墻。

圖3 非常溢洪道修復剖面圖Fig.3 A profile view of an emergency spillway recovery concept

4 修復工程進度表

加州水資源部已經向承包商發(fā)出通知，無論最終實施的設計方案是什么，若必要，都允許其進行相關的“不反悔”型初步項目。這些項目包括：（1）對上壩道路的建設或改善；（2）對施工準備區(qū)域的開發(fā)；（3）對受損主溢洪道附近的邊坡進行穩(wěn)定加固；（4）非常溢洪道的設計建模模擬。

5 主要施工合同

2017年春天和夏天，加州水資源部一直在快速推進設計和修復工程施工等事項。對主要修復工程，包含設計細節(jié)的招標文件于2017年3月31日發(fā)放給合格的承包商。招標前也走訪了現場，投標截止日期是2017年4月12日。由于招標文件中包含敏感的設計細節(jié)，因此被認為是關鍵的能源/電力基礎設施信息，不能公開。

4月21日，加州水資源部通知承包商開始主要的修復工作。根據加州水資源部發(fā)布的工作命令，基特基礎設施西部公司（Kiewit Infrastructure West Co.）得到了這份價值2.75億美元的合同，與該合同相關的早期工作包括承包商搬遷到施工準備和施工區(qū)域以及其他承包商可以進行的前期工作，以便未來幾個月在溢洪道區(qū)域順利開展主要的施工工作。

6 修復項目最新進展

2017年7 月，加州水資源部宣布其收到關于奧洛維爾溢洪道緊急修復項目施工計劃的最后批復。加利福尼亞大壩安全部門（California Division of Safety of Dams，DSOD）和聯邦能源監(jiān)管委員會（Federal Energy Regulatory Commission，FERC）分別于7月13日和15日給予批復。日前，修復項目已收到了所需的所有批復。獨立顧問委員會（Board of Consultants，BOC）也于6月批準了加州水資源部的施工計劃，當時正在等待聯邦能源監(jiān)管委員會的最后批復。

為期2年的施工計劃被劃分為幾個階段執(zhí)行，第一階段的節(jié)點是2017年11月1日。第一階段施工內容主要包括：對2 270 ft（約691.9 m）長的部分主溢洪道進行拆除和重建；對最重要的730 ft（約222.5 m）長的連接弧形閘門的溢洪道部分進行修復，該部分的拆除和重建將在2018年進行；在非常溢洪道下修建地下截滲墻，防止使用非常溢洪道時發(fā)生侵蝕。

剩余的施工工作將于2018年完成，同樣也需要聯邦和州的批準。剩余的施工內容包括：對主溢洪道澆筑結構混凝土；重新鋪設位于溢洪道底部的消能工表面并用高壓水沖洗；修建碾壓混凝土支撐結構（斜墻）和在非常溢洪道上修建防沖板，以達到消能目的。

加州水資源部的最終設計和施工方案將繼續(xù)接受加利福尼亞大壩安全部門、聯邦能源監(jiān)管委員會和獨立顧問委員會的監(jiān)督，包括使用現代的技術和方法以達到和超過現行的安全和施工標準。

就修復項目的具體進展，根據9月初的最新消息，當前約有700名合同工，每周7×24 h不間斷工作，他們已經工作超過45萬h來修復主溢洪道，未來還需工作數十萬小時。

基特公司的工作人員表示，其工作內容包括澆筑不同的混凝土，澆筑深度為8～150 ft（約2.44～45.72 m）。溢洪道中心最大的斷裂將采用碾壓混凝土回填，每次回填1 ft（約0.305 m），保持每天約回填2 ft（約0.71 m）的速度。

施工的首要任務是主溢洪道，但非常溢洪道的修復施工也在同時進行，其節(jié)點是2017年12月或2018年1月。將在非常溢洪道表面澆筑混凝土，跨度為1 450 ft（約441.96 m）——大約相當于4個足球場的距離，在奧洛維爾湖壩頂700多ft（213.36 m）以下。加州水資源部的工作人員表示，之前非常溢洪道的性態(tài)并沒有預想的好，恰巧來了一場大暴雨，不得不使用非常溢洪道，現在既然知道了它的缺陷，所以就要做得更好。

圖4 奧洛維爾大壩溢洪道侵蝕部位澆筑混凝土Fig.4 Concrete is pumped between rocks in the erosion area between the upper and lower chute at the Lake Oroville spillway

圖5 在結構混凝土澆筑前，工人用千斤頂搭制模架Fig.5 Kim Kerns uses a jack to line up the form work prior to structural concrete placement on the lower chute of the Lake Oroville spillway

圖6 奧洛維爾大壩溢洪道下部的修復，主要是澆筑找平混凝土。最后一塊結構混凝土板已澆筑好，其他的也已搭好模架，可通過內部的綠色鋼筋辨認Fig.6 Work on the lower part of the main Oroville Dam spillway as of Wednesday still was largely placing the leveling concrete.However one of the final structural concrete slabs has been poured,and the framing for others is in place,identifiable by the green rebar inside

圖7 奧洛維爾大壩溢洪道頂部的修復工作，與底部工作類似Fig.7 Work at the top of the Oroville Dam spillway is similar to that being done at the bottom

圖8 奧洛維爾大壩溢洪道上部泄槽結構混凝土板的模架，以及用于加固新的混凝土墻的鋼筋豎板Fig.8 Frames for the structural concrete slabs and vertical rebar panels in place to reinforce the new concrete walls on the upper chute of the main Oroville Dam spillway

圖9 奧洛維爾大壩溢洪道新澆混凝土的灑水養(yǎng)護Fig.9 A worker sprays water on recently placed roller compacted concrete in an erosion area between the upper and lower chute of the main Oroville Dam spillway

圖10 奧洛維爾大壩溢洪道上部泄槽段澆筑找平混凝土Fig.10 Leveling concrete is placed on the upper chute of the Lake Oroville flood control spillway in Butte County,California

圖11 奧洛維爾大壩溢洪道下部泄槽段的修復Fig.11 More than 100 construction workers race to rebuild on the lower chute of Oroville Dam spillway in Butte County,California

圖12 工人在奧洛維爾大壩溢洪道下部350英尺（約106.68 m）泄槽段的找平混凝土上進行錨固工作，對該部分溢洪道，將澆筑結構混凝土Fig.12 Crews work on slab anchors placed and grouted into the leveling concrete on the bottom 350 feet of the chute of the main Oroville Dam spillway.Structural concrete will be poured over this portion of the spillway

圖13 工人沖洗最近回填某一沖坑的碾壓混凝土表面的疏松材料Fig.13 Crews wash loose material from the surface of roller compacted concrete recently placed into one of the voids that eroded from under the chute of the main Oroville dam spillway during the February emergency

圖14 奧洛維爾大壩和受損的主溢洪道鳥瞰圖Fig.14 The Lake Oroville Dam and damaged control spillway are seen during a flight over the area

隨著施工的穩(wěn)步推進，奧洛維爾湖目前正在泄洪。加州水資源部計劃將水位降到700 ft（約213.36 m），這樣可以為即將到來的冬天騰出250萬英畝-英尺（約30.85億m3）的庫容。加州水資源部有關工作人員表示，其目的是將施工期盡量拉長，并為多雨的冬天騰出庫容。自2017年2月發(fā)現侵蝕問題后，奧洛維爾湖已泄放的水量達450萬英畝-英尺（約55.53億m3），遠遠多于水庫300萬英畝-英尺（約37.02億m3）的庫容。

美國奧洛維爾大壩溢洪道的修復工程分為兩個階段，11月1日是第一階段的截止日，根據11月中旬的最新消息，加州水資源部宣布，第一階段對主溢洪道和非常溢洪道的修復達到了預期的效果。第二階段的修復主要集中于排水密封、排水管道和現場清理等內容。 ■