锚栓的修复施工

［澳大利亚］R.廷达尔

张必勇 译自英刊《水力发电与坝工建设》2013年第4期

斯克里夫纳坝横跨莫朗格洛河，在澳大利亚堪培拉市的中部形成了格里芬湖。该坝1960年开始施工，于1964年9月20日投入运行。格里芬湖因此也成为澳大利亚首都地区(ACT)最重要的水生生态系统之一。

该坝由国家首都管理局(NCA)管理。高33 m的混凝土重力坝有5个高5.06 m、宽30.5 m的“鱼腹式”钢质翻板闸门，用于洪水通过溢洪道下泄。这些翻板闸门由德国一家公司设计，并在悉尼制造。闸门以子组件的方式运送到现场，在现场通过铆接、焊接和螺栓进行组装。

每个翻板闸门围绕沿其水平下缘布置的6个铰链旋转。120个锤头形铰链锚栓(每铰4个)将湖水对翻板门产生的水压力传递到埋设在坝的大体积混凝土中的辅助锚固钢结构上。锤头形的锚栓标称直径为50mm，长度根据铰链形式变化，可达2 m。每个翻板闸门上采用2种不同的铰链/锚栓组件，以满足不同的设计约束，即A型和B型。每个翻板闸门有2个A型铰链/锚栓组件，与闸门密封板相邻左右端各有一个，中部有4个B型组件。

每个A型铰链/锚栓组件包括铰链支架上游侧2个直径50mm的锤头形锚栓，下游侧2个同样的锚栓。B型铰链/锚栓组件包括4个直径为50mm的锤头形锚栓，位于上游侧。据了解，在大多数B型铰链附近额外增加了后张预应力锚索，以解决坝原来施工期间铰链的加固强焊接问题。

现有的锤头形锚栓由英国548型淬火钢制成，其屈服强度约为320MPa，现在大部分已无法接近，共有100个锚栓位于铰链支架的后(上游)侧。它们部分或整体埋嵌在第3期混凝土中，并被夹在钢板内，这些钢板为每个铰链支架组件的一部分。

1 存在的问题

在2011年度对坝的安全监督检查中，发现很多锤头形锚栓有明显的腐蚀迹象。对所有锚栓进行了无损检查，以评估其腐蚀程度。检查包括超声波测试和用内窥镜进行物理检查，结果表明，锚栓上部0.3～0.5 m段有不同程度的腐蚀，许多锚栓的“有效直径”可能已减小。因此，NCA临时降低了湖水位0.5 m，以在锚栓被修复之前保持一定的安全等级。同时还采取了一系列其他额外的预防安全措施。

如果大坝失事，对附近人身安全的潜在风险很高。为确保公众和主要利益相关者随时了解该项目的情况，NCA开展了咨询和宣传活动。最直接的利益相关者包括东岸澳大利亚联邦总督的居民和土地，以及位于西岸坝附近的国家动物园和水族馆;也向其他利益相关者告知了该工程状况，包括ACT和联邦政府各部门及委员会，相关安全机构、取水单位、与湖有关的人员，娱乐团体和企业。

2 解决方案

NCA聘用澳大利亚大坝与水咨询私营公司为其项目顾问;GHD私营公司为项目管理;辛克莱工程咨询公司为项目设计团队。

设计团队对当前条件下的载荷进行了评价，并评估了风险。认为目前的锚栓即使恢复到原来的状态，也不能满足目前的设计标准。此外，嵌埋到混凝土坝中的锚件结构的完整性通过代表性破坏试验，也不可能完全查清，这些锚件包括锚栓、后张法预应力锚、钢筋及其他钢构件。得出的结论是，现有锚固系统在任何设计方法中的作用都不清楚。

对原设施及结构的仔细分析研究结果表明，现有锚栓已完成了其预计的50a设计寿命期。

3 研发过程

项目团队开展了项目研发工作，包括一系列设计方案的研究、分析和制定。最后确定，解决腐蚀问题最快和最经济的方法是改造现有的铰链支架组件;部分或全部依赖于现有锚固系统的设计方案都不完全可靠，因为结构的完整性不确定，且没有办法全面经济地确定这一不确定性。首选方法是通过尽量降低对现有铰链锚固系统组件的影响而使技术风险较低。所有设计分析和研发报告均由NCA独立技术审查小组进行仔细检查，审查小组成员包括澳大利亚大坝与水咨询私营有限公司、理查德·罗德联合公司和GHD私营公司。

A型铰链/锚栓组件设计包括安装2个新的锚栓，一个位于铰链后部(上游侧)，另一个位于其前部(下游侧)。新定制的板状钢铰支架延长段将被焊接在现有铰链支架上，以便将荷载从现有铰链支架传递到新的锚栓上。前面的每个铰链支架延长段都要直接嵌入到现有铰链组件下游倾斜的大体积混凝土中，以确保非常洪水时不与全开启、降低位置后的相关翻板门相冲突。

B型铰链/锚栓组件设计与A型有着明显的不同，包括安装2个新的锚栓，分别位于已有铰链支架的一侧;一种定制的钢板鞍形铰支架将安装在现有铰链支架之上。这样，通过新的锚栓将现有铰链支架有效地“钉”在坝体上。为了安放鞍形支架组件，将拆除2个外侧已有的锤头形锚栓上段和周围的钢板。

在修复期间，翻板门仍将保持安全的支承状态，同时所有铰链支架都将保持其现场原有的对中位置。因为修复时所有的A型锚均将保持原状，仅需拆除上游2个保证B型铰链支架安全的锚栓部分。

一个双层防腐系统将新锚隔离，以防水进入。植入的锚杆封装在聚乙烯波纹护套内并在套管中灌浆，采用镀锌钢锚帽保护锚头，锚头与帽盖之间的空隙用一种凡士林基质的化合物充填。该护套波纹管能在波纹管的外部和内部灌浆体之间起到轴向力传递作用，因此可增加锚的抗拔力。

一旦新锚和铰链支架修改部件安装好并投入使用，大部分现有锤头形锚栓将留在坝的大体积混凝土结构内，但对结构的承载需求来说将成为冗余。

新构件具有100a的设计寿命，也有助于未来维护和检查，能将按要求设计的防腐蚀保护结合成一个整体，以使未来任何受腐蚀的机会减到最小。

4 施工

2012年末进行了施工招标。由结构系统(西部)私营有限公司承担该修复工程，重点是锚的安装。该公司团队为合作联盟，包括霍金斯土木工程公司、贝里迪康公司和巴克斯特工程公司，它们曾于2010年一起合作过昆士兰州一座大坝的升级工程。

修复工作按从莫朗格洛河东岸至西岸的顺序，一次修复一个翻板闸门，时间为2013年3月至2014年3月。锚栓修复涉及:①将相关的翻板闸门(转动)移离工作状态;②将铰链周围的保护钢板拆除，方便钻孔;③新锚栓的安装和灌浆;④安装铰链支架修复组件;⑤锚栓试运行;⑥将翻板闸门恢复到原位。

该坝运行和维护承包商在施工期间将继续对其进行管理。目前的安全和监督承包商——SMEC控股有限公司，在施工期间也将保持其检查制度，闸门在修复完成后将被依次恢复到原位。施工时一次只修复一个闸门，另4个闸门仍维持运行，以保证较大洪水通过，且对修复工程的影响最小。如果发生洪水，现场必须临时撤出。

通往现场的道路有限且受到相当大的限制，为此将修建大量的临时工程，包括修建一条悬臂通道，其宽度几乎和坝宽一样。