美国等国碾压混凝土坝概况.pdf

2 0 1 6年 1 月 水 利水 电快 报E WR HI 第 3 7卷第 1 期 文章编 号 ： 1 0 0 6 - 0 0 8 1 ( 2 0 1 6 ) 0 1 - 0 0 1 0 -04 美国等国碾压混凝土坝概况 摘要： 世界多个碾压混凝土( R C C ) 坝工程在建或已建成， 比如美国波图格斯大坝、 巴基斯坦迪阿莫 一 巴沙大坝 、 埃塞俄 比亚 吉布 3大坝 和复兴 大坝、 越 南松邦 4水 电项 目， 以及 美国圣 维森特 大坝加 高 工程 。 分别对上述工程的技术特点与难点、 施Y - 进程、 项 目管理及预期效益作了简要描述。 关键词 ： 碾压混凝土坝概 况； 美国； 巴基 斯坦 ； 埃塞俄 比亚 ； 越 南 中图法分 类号 ： T V 6 4 2 2 文献标 志码 ： A 近期 ， 世界各地许多在建和 已建的大 坝都采用 了碾压混凝土技术 ， 以下分别予以介绍 。 1 美国波图格斯大坝 为了减 轻洪 水对 波多 黎各 庞塞 ( P o n c e )的影 响 ， 美 国陆军工程师 团( U S A C E) 在 2 0 1 4年年 初完 成 了投资 3 8 6亿美元 的波图格斯 ( P o r t u g u e s ) 大坝 工程 。 大坝高6 7 1 n l ， 是波图格斯和布察那( B u c a n a ) 防洪减灾项 目的最后一项工程 。该项 目于 1 9 7 0年 获得建 设 批 准 ， 还 包 括 1 9 9 1年 竣 工 的 西 里 洛斯 ( C e r i l l o s ) 大坝和 1 9 9 7年竣工的庞塞市暴雨分流排 水设施 。 波图格斯大坝总方量 2 6 7 5 8 4 7 Y I n ， 由德拉加 都斯( D r a g a d o s ) 公司负责建设， U S A C E负责设计， 是美国第一座采用单 曲厚拱坝 型式 的 R C C坝。 由 于温度限制， 混凝土制备及浇筑需配备 1套粗骨料 冷却系统 ( 冷冻水管道 ) 和 1台制冰机。根据 现场 气候和可用材料的情况 ， 必须建一些辅助设施 ， 如 1 座骨料加工厂、 1座 冲砂厂、 1个混凝 土高速输送系 统和2 座现场混凝土制备厂， 并保证这些设施的运 行。 克莱菲尔德 ( K l e i n f e t d e r ) 担 任项 目经理 ， 负责 承包方的质量控制管理 ， 包括设置经 U S A C E认证 的 现场实验室并为其配备人员， 以满足全天候建筑材 料实验及现场测试的要求。克莱菲尔德也制定 了一 些质量控制管理措施确保合同文件的严格执行。 由于现场独特的地质条件 ， U S A C E在工程建设 期 间遇到 了重 重困难 。虽 然 2 0 0 0年初波图格斯大 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 1 0 9 1 O 坝就开始施工 ， 但所 设计的薄拱坝 的成 本远高 于预 期 ， 工程师不得不进行返工设计 ， 几年后 ， 推 出了厚 拱坝型式的 R C C坝设计 。2 0 0 8年波 图格斯大坝开 始施工 ， 2 0 1 3年 l 2月完工。2 0 1 4年 2月 5日举行 了大坝竣工典礼 。 2 0 1 5年 6月 1 3日， 大坝建设进入一个新 里程 碑 阶段 ： 杰克逊维尔军区 ( J a c k s o n v i l l e D i s t r i c t ) 工程 师团依据 水控制手册 的授权， 开始了大坝初期蓄 水。初期蓄水分为多个阶段， 降雨经过径流汇集到 水库 中， 当水库达到预定的水位时 ， 管理人员停止水 库蓄水以保证大坝按设计运行。通过核查不同水位 时的大坝安全 ， 水库将继续蓄水至大坝 的校核洪水 位( 1 3 4 12 0 ) ， 即水库的最大蓄水量与最高水位 。 2 巴基斯坦迪阿莫 一巴沙大坝 在施工初步阶段， 迪阿莫 一巴沙( D i a m e r B h a s a ) 大坝计划修建于 巴基斯坦吉尔吉特 一巴尔蒂斯 坦 ( G i l g i t B a h i s t a n ) 地区的印度河上。大坝设计为 R C C重力坝 ， 高 2 7 2 m， 一旦竣工 ， 大坝将成为世界 上最高的同类型大坝之一。 大坝计划共 布置 1 4个 泄洪 闸孔 ， 单孔 尺寸为 1 1 5 m1 6 2 4 m。水库设计总库容 1 0 k m ， 有效 库容 7 9 k m 。预布置 2座地下 电站厂房 ， 每座厂 房配置 6台水轮发电机 ， 总装机容量为 4 5 0 0 MW。 据报道， 联邦政府已批准为该项 目投人 1 4 0 亿 美元资金 ， 重点用于土地征用。在项 目全面展开前 ， 其余款项将寻求 国际捐助者的帮助 。美 国国际开发 署( U S A I D ) 已同意为该项目的环境和社会影响评价 美国等国碾压混凝土坝概况 提供 2 亿美元资助。2 0 1 5年 6月， U S A I D聘请了莫 特麦克唐纳 ( Mo t t Ma c d o n a l d ) 咨询公司进行工程技 术审查和项 目规划改进。然而 ， 世界银行 因此项 目 位于有争议的领土内而拒绝提供资金支持。 3 埃塞俄比亚吉布 3大坝工程 吉布 3 ( G i b e I I I ) 大坝工程位于埃塞俄 比亚南 部偏远地区的奥莫河( O m o R i v e r ) 上， 坝高 2 4 9 in ， R C C方量 6 5 0万 r f l ， 是 目前世界上最大最高的 R C C 坝。2 0 1 1年 1 2月底开始 大坝浇筑施工 ， 2 0 1 4年 8 月开始蓄水前 的准备 工作 ， 2 0 1 5年初 开始初 期蓄 水 。 为 了满足 “ 快速实 现” ( f a s t t r a c k e d ) 的进度 要 求， 意大利萨利尼 一 英波基洛股份公司( S a l in i I m p r e g i l o S P A) 作为承包商精心设计和实施 了 R C C 的浇筑 ， 克服了重要 困难 ， 如大坝规模大、 地形复杂 、 坝肩陡峭和天气影响等。 第 1年， 仅完成 R C C浇筑 1 0 0万 i n ， 随后的 2 4 个月里 ， 必须完成 5 0 0万 i n 的浇筑 ( 总混凝土方量 为 6 1 0万 m ) 。在此期间 ， 平均每月浇筑混凝 土超 过 1 4万 m。 ， 2 0 1 3年 8月达到最高峰 ， 月浇筑量 为 2 5 0 8 0 9万 m ， 取得了一项 了不起的成就 。 2 0 1 4年 1 2月 1 11 2日， 萨利尼 一英波基洛公 司的施工队伍在 2 4 h内浇筑了 1 8 5 1 9 I n 混凝土 ， 打破了该类大坝 2 4 h混凝土浇筑量的世界纪录。 1 套皮带输送机系统、 1 座高度相同的 R C C厂 和 1 个承包商创造 了这项世界纪 录。大坝 的 R C C 骨料生产、 配料、 传输系统由最高品质的混凝土厂和 精密的 R C C传输系统组成 ， 每小时能生产超过 8 5 0 m 的 R C C 。工程配备 了山特维克 ( S a n d v i k ) 公司制 造的破碎机及意大利仕高玛( S i c o ma ) 公 司制造的混 凝土搅拌机。输送系统设备由美国 R C C输送机有 限责任公司( R C C C o n v e r y o r s U S A L L C ) 制造。 该工程其他 主要特点包括 ： 进水 口位于左坝 肩， 后接2 条直径 1 3 1T I 的引水隧洞； 导流隧洞共 3 条， 单洞直径 1 3 n l ； 布置地下岔管， 分别连接 1 0 台发电机组； 地面厂房装有 1 0台混流式水轮机 组 ， 每台装机 1 8 7 M W； 总装机 1 8 7 0 MW。 埃塞俄 比亚水利与能源部宣布 ， 吉布 3大坝水 电工程的第 1 台机组( 1 8 7 M W) 应于2 0 1 5 年 8 月雨 季之后投产发电。根据该流域降雨量 ， 计划 随后每 月新增 1台机组并 网发 电。 2 0 1 5年 4月 ， 项 目协调 人梅布 拉 图 特 肖梅 ( M e b r a tu T e s h o m e ) 表示， 该季度水库蓄水量将达3 0 亿 n l ， 前2台机组将相继投产发电， 其余 8台机组 的运行将取决 于水 库蓄水 量。大坝将 在 3 a内完 工 ， 而天然湖周边地 区的旅游业和渔业 项 目建设也 将 同时进行 ， 给当地创造效益。 萨利尼 一英波基洛公司建设该工程所采用的径 向式缆索起重机 由意大利莱特纳索道集 团( L e i t n e r R o p e w a y s G r o u p ) 下属的阿奎迪奥公 司( A g u d i o S P A ) 委托制造。这是缆索起重机首次用于 R C C大坝 施工 ， 主要用于处理施工设备 ( 挖 掘机 、 起重机等 ) 和输送带( 用于 R C C) 。缆索起重机的主要特性为 ： 跨度 7 3 5 I n ， 扬程 8 0 i n ， 大车行驶轨道长 1 4 7 i n ， 承 重索直径 2 6 0 I B m， 起重量 2 5 t ， 起升高度 2 7 0 i n ， 大车行走速度 3 5 m s ， 吊钩升 降速度 2 m s ， 小车 牵引速 度 0 1 m s ， 起升 电动卷扬 机额定 功率 4 6 6 k W， 牵引 电动卷扬机功率 2 2 4 k W， 牵引绳直径 3 2 m m， 起重绳直径 2 8 m m， 固定塔架高 6 8 m。阿奎迪 奥公 司表示 ， 6 8 i n高的固定塔架是工程最困难 的部 分 ， 因为它在设计阶段需要特定的静态 和动态模 拟 工具 ， 在施工阶段操作需要格外小心。 意大利佩特 兰格 里公 司 ( S t u d i o P i e t r a n g e l i ) 承 包了萨利尼 一英波基洛公司的工程服务合同， 为其 提供施工期 间的可行性研究 、 初步设计、 最终设计和 技术监理。 意大利艾克电力公司( E L C E l e c t r o c o n s u l t ) 和法 国柯 因 一贝利叶公司( C o y n e E t B e l l i e r ) 联合作为埃 塞俄比亚电力公司( E E P C o ) 的代理人负责设计和施 工阶段的质量控制。 埃塞俄 比亚 电力公司同时还聘请特拉克特贝尔 工程公司( T r a c t e b e l E n g i n e e r i n g ) 和意大利艾克电力 公 司作为业主方工程师 ， 进行设计审核并协助工程 总承包 ( E P C) 招标工作 。 上海电气集团股份有限公司负责渥雷塔 一 索多 ( Wo l a y t a S o d o) 和 阿卡基 ( A k a k i ) 2个 4 0 0 k V变电 站的设计、 制造和调试 ， 同时还包括已建吉格吉布 2 ( G i b e I I ) 工程 和 瑟 伯塔 2( S e b e t aI I ) 工 程 的 4 0 0 k V变电站的扩建工作。 中国特变电工股份有限公司也与萨利尼 一 英波 基洛公司签订协议 ， 负责架设从吉布 3水电站至渥 雷塔( Wo l a y t a ) 变电站的输电线路。 4 埃塞俄比亚复兴大坝 在建 的埃塞 俄 比亚复兴大坝 ( G r a n d E t h i o p i a n R e n a i s s a n c e D a m ) 曾称作“ 千年大坝” ， 位于阿贝河 ( R i v e r A b b a y ) 也 称为蓝 色尼 罗河 ( t h e B l u e N i l e ) 1 l 2 0 1 6年 1月 水利 水 电 快报E WR H I 第 3 7卷第 1 期 上。大坝 长 1 8 k m， 高 1 7 0 m， 将 是 非 洲 最 大 的 R C C坝之一。电站装机 1 6台， 每台 3 7 5 MW， 总装 机容量 6 0 0 0 M W， 项 目建设方与吉布 3大坝工程相 同， 由以意大利萨利尼 一英波基洛公司为首的建设 团队负责。 该项 目位于偏远地区， 区域地形与吉布 3大坝 截然不同， 坝址处山谷狭长 ， 两岸坝肩较缓 ， 利于大 坝建设。 大坝包括 1 座 R C C坝( 工程量 1 0 0 0万 m ) 、 1 座堆石副坝( 高 7 0 m) 、 2座地面电站厂房 ( 分别位 于大坝近下游 的左 、 右岸 ) ， 共装有 l 6台混流式水 轮机组 。 2 0 1 0年 1 2月 ， 开 始 进 行 施 工 前 准 备 工 作 。 2 0 1 3年底开始 R C C制备 ， 到 2 0 1 4年 1 2月 ， 完成主 坝混 凝土浇 筑量 1 9 0万 i n 。 ， 月 均浇筑 1 4 2 1 7 7 万 m ， 日最大浇筑量为 1 6 9 4 9 万 m ， 浇筑速率稍逊于 吉布 3大坝工程 。 溢洪道位于主坝左岸， 设有 6扇弧形闸门 ， 最大 洪水工况时 ， 各 闸孔下泄量为 2 4 5 0 m。 s 。设有 5 0 0 k V开关站 1 座 ， 连接厂房和输电电网。 截至2 0 1 4年 1 2月， 工程已经进展近半。第一 阶段 7 0 0 M W 机组将于 2 0 1 5年投产发电。 与此 同时， 周边国家一直关注该项 目的影响 ， 也 使其倍受争议 。埃及、 埃塞俄 比亚 和苏丹在 3月共 同签署了一项关于该大坝开发的 原则声明 。埃 塞俄 比亚总理海尔马里亚姆 德萨莱尼表示 ， 这份 原则声明 奠定了该国与埃及和苏丹达成协议的 基础。预计三国之间将会达成更多协议 ， 促进三方 合作 ， 寻求互惠互利， 实现水资源利益共享。 工程的主要功能为发电， 此外， 主坝和副坝建成 后 ， 蓄水库容可达7 4 0 亿 m 。大坝防洪库容 1 9 3 7 0 m s ， 可减少苏丹 1亿 m 的冲积物 ， 新增农业灌溉 面积约 5 0万 h m 。工程竣工后还将减少苏丹洪水 波及范围约 4 0 k m。 大坝 的径流调节功能将改善农业条件 ， 而相较 于埃塞俄 比亚的其他大坝 ， 该水库受水蒸 发的影响 最小 ， 有利于蓄水 。阿斯旺高坝 和埃塞俄 比亚其他 大坝水蒸发总量约 1 9 0亿 m ， 埃塞俄 比亚复兴大坝 将减少阿斯旺高坝的库容， 减少大约6 O亿 m 的水 蒸发量。大坝横跨 蓝色尼罗河 ， 坝上建有数座桥梁 和少量人行天桥。 5 越南松邦 4水电项目 松邦4 ( S o n g B u n g 4 ) 水电项目位于越南广南省 1 2 ( Q u a n g N a m) ， 装机 1 5 6 MW， 包括 1座 1 1 0 m高 的 R C C坝 、 1个 取 水 建 筑 物， 1条 引 水 隧 洞 ( 洞 径 7 2 m， 长 3 2 k m) 、 1 个调压井 ( 直径 1 6 m) 以及 电 站厂房。 该项 目是越南的第 1个由亚洲开发银行资助的 重大水 电项 目， 于 2 0 1 0年开工 ， 2 0 1 4年 9月开始蓄 水 。现场一天连续工作 2 4 h ， 每月混凝土浇筑量达 7 5 00 0 m 。 工程投资 2 5亿美元 ， 从 2 0 0 9年开始 ， 莫特麦 克唐纳咨询公司担任业主方工程师和技术顾问。公 司通过越南电力公司( E l e c t r i c i t y V i e t n a m) 的管理机 构松邦 4水 电站管理 委员会为该公 司提供 工 程监理、 合同管理和专业技术支持等服务。 水库蓄水时 ， 莫特麦克唐纳公 司的项 目经理安 德鲁 柯比( A n d r e w K i r b y ) 说 ： “ 在过去的 1 2个月 ， 为了在今年雨季前完成大坝工程， 我们一直与时间 赛跑。因此， 能够完成这样一项里程碑式的工程， 是 一 项了不起的成就。正是由于业主、 承包商、 设计 方、 现场监理之间的友好、 开放的合作关系， 施工中 各方积极主动地解决问题 ， 才使我们能克服所面临 的重重挑战。 ” 由于坝址地带地形陡峭、 崎岖 ， 位置偏僻 ， 工作 区域分布面积广， 使施工现场后勤保障工作尤为困 难。同时 ， 施工时间受雨季和洪水期限制 ， 日程安排 非常紧张 ， 任何耽误都会将整个工期延迟 1 a 。 左坝肩岩石条件差 ， 需要进行深入调查研究 、 二 次设计及改进施工方法。此外 ， 现场各方使用越南 语 、 汉语和英语三种语言 ， 交流上有较大困难 。 业主、 承包商、 设计方、 现场监理之间通过友好、 开放的合作关系， 积极主动地解决问题 ， 最终战胜了 各种困难。 莫特麦克唐纳公司通力协作 ， 解决 了左坝肩 的 岩土工程技术问题 ， 因而大大节省了工期和成本 。 公司还向业主、 当地合作方的员工和承包商传 授 了工程 、 采购 、 移民安置和合同管理领域的当前国 际惯例和标准规范等知识 。 6 美国圣维森特大坝加高工程 2 0 1 4年 7月 ， 圣维森特 ( S a n V i c e n t e ) 大坝加高 工程竣工 ， 水库库容扩充至原来的 2倍。 该项 目是圣地亚哥历史上最大的蓄水工程， 是 预防当地缺水 问题的关键项 目。新增库容约1 8 7 4 亿 m ， 足以为 3 0多万个家庭供水 1 a 。水库蓄水将 根据水的供需情况 ， 持续 2 5 a 。 美国等国碾压混凝土坝概况 该项目耗资 1 5 亿美元， 是圣地亚哥县( S a n D i e g o C o u n t y ) 水务局的紧急储水工程 ( E m e r g e n c y S t o r a g e P r o j i e c t ) 中最大 、 也是最后的重要组成部分之一。 该储水工程由水库 系统 、 相互连通的管道和泵站组 成 ， 用 以在地震等外来供水 中断的情况下 ， 确保维持 圣地亚哥 市 6个 月 的供水 。水 库新增库 容 的 1 3 ( 约6 4 1 1 6 万 m 。 ) 是供紧急情况下使用的。 项 目还设计将 丰水年积 蓄的 1 2 3 3 亿 m 库容 作为“ 多年调节库容 ( c a r r y o v e r s t o r a g e ) ” ， 供 干旱年 份使用。 工程总成本为8 3 8 亿美元， 包括大坝加高、 调 压井、 泵站和 1 7 7 k m长的大直径地下管道等 ， 其 中 大坝加高成本为 4 1 6亿美元。 大约有 2 0 0名州和地方水务机构领 导人 、 当选 官员 、 公民 、 商业领袖 以及社区的利益相关者参加了 大坝加高现场的工程竣工仪式 。 “ 升级圣地亚哥地 区的储水 系统 至关重要 ， 能 在未来 的干旱和供水紧急情况下保证我们 的经济和 生活质 量。 ” 水 务 局董 事会 主席 托 马斯 沃 蒙涵 ( T h o ma s V Wo m h a m) 说 ， “ 这再次证明了我们的水 务机构、 公 民领袖和纳税人都竭尽所能 ， 致力于为当 代以及子孙后代， 维持水资源的可靠供给。 ” 大坝 自 1 9 4 3年建成 以来就 由圣地亚 哥市所有 并运营管理， 水库向该市用户供水 1 1 亿 m 。扩容 之后的水库库容由该市( 1 1 亿 m ) 和县水务局 ( 1 8 7 4亿 m ) 共同拥有 ， 运营成本 由双方共担。 “ 该项 目提高 了每一位圣地亚哥居民及数千家 企业的用水安全性 ， 可靠 的水源是他们发展繁荣 的 前提 ， ” 圣地 亚哥 市长 凯文 福 尔科 纳 ( K e v i n L F a u l c o n e r ) 说 ， “ 我为能与圣地亚哥县水务局出色 的 合作伙伴共同完成该项 目而骄傲 !该项 目为我们携 手完成 大 胆 而有 远见 的项 目提供 了一个 合 作 模 式 ! ” 加州 自然 资 源 厅 厅 长 约 翰 莱 尔 德 ( J o h n L a i r d ) 也参加了竣工仪式 ， 他说 ： “ 全州持续干旱 ， 更 加突显了圣维森特大坝加高这类前瞻性项 目的必要 性。圣地亚哥县水务局早在当前的旱灾来临前就 已 启动这个项目， 值得褒奖。全加州人民应将其视作 榜样 ， 认识到严谨 的规划和强大 的财政支撑将使水 源的可靠供给成为可能。 ” 圣地亚哥地区商会总裁兼首席执行官杰里 桑 德斯( J e r r y S a n d e r s ) 赞扬 了县水务局 的供水来源多 元化的举措 ， 使得该地区可不再依赖单一的供水商。 “ 商会多年来将供水 问题视为公共政策 中的头等大 事。 ” 他说 ， “ 综合开发多种渠道 的供水来源 ， 并大幅 提升储水量的措施 ， 正为圣地亚哥县建立起一个更 牢靠的安全屏障。 ” “ 可靠的供水对维持经济增长和商业竞争环境 至关重要” ， 圣地亚哥 地区经济发展公司总裁兼首 席执行官马克 卡弗蒂( Ma r k C a f f e r t y ) 说 ， “ 大坝加 高工程将提升圣地亚哥 的地位 ， 使其成 为新建或扩 营公司的首选之地 ， 因为它将为我们平稳度过旱灾 和供水紧急情况提供更强的保障。 ” 蓄水及供水扩容综合项 目于 2 0 0 0年开始施工 ， 是县水务局紧急储水工程 的一部分。工程包括 ： 在 北县( N o A h C o u n ty ) 修建奥利弗海恩( O l i v e n h a in ) 大 坝并同时修建 1条连接奥利佛海恩水库和县水务局 第二渡槽的管道 ， l条连接圣 维森特水库和县水务 局第二渡槽 的管道( 长l 7 7 k m) ， 在霍奇斯湖( L a k e H o d g e s ) 和圣维森特水库修建抽水设施 。扩建 的管 道系统可保证紧急情况下全区的配供水。 圣维森特水库扩建项 目 最初是紧急储水工程的 一 部分 ， 当县水务局通过研究发现该地 区需要更大 的多年调节库容后 ， 大坝被大幅加高， 以同时满足枯 水年的储水需求 。 “ 通过将这两个项 目合 二为一 ， 我们 能更 迅速 地大幅增加储水量， 保持我局优化资源配置的传统， 惠及地 区发展。 ” 县水务局总经理玛伦 斯塔普莱 顿 ( Ma u r e e n S t a p l e t o n ) 说 ， “ 实践证 明， 大 幅加 高大 坝是为该地区创造供水效益 ， 实现纳税人利益最大 化的最好方法 。 ” 2 0 0 9年 6月 ， 圣维森特大坝加高的坝基处理工 作开 始 ， 2 0 1 4 年 6月 工 程 完 工。大 坝 目前 高 1 0 2 7 m， 较之前增高了3 5 7 m， 这是美国大坝加高 工程之最 ， 也是 R C C坝加高的世界之最 。 ( 刘嫦娥陈紫薇编译) 1 3