美国奥洛维尔大坝溢洪道修复工程设计及实施进展

加利福尼亚州水资源部

1 修复计划概览

2017年2月7 日奥洛维尔大坝的溢洪道发生破坏以来，加利福尼亚州水资源部（Department of Water Resources，DWR）的主要目标一直是：确保公共安全和确保大坝及其相关结构物的完好。加州水资源部对工程进行了持续的检查，并定期对天气和库水位等情况变化进行评估。加州水资源部也将根据最新的信息调整计划和工程运营。这包括继续使用海厄特电厂，偶尔使用带闸门的主溢洪道来泄放入库水流，直至加州水资源部确信在春末和夏季月份不再需要其发挥作用。

奥洛维尔修复项目的目标是在2017年11月1日之前，系统能就位，即今冬能让从自然界进入菲泽河（Feather River）流域和奥洛维尔湖的所有洪水流量都能安全顺利通过。加州水资源部将与合作机构进行不间断的合作，以实现这一目标。

奥洛维尔修复项目需将带闸门的主溢洪道和非常溢洪道恢复至原来的设计过流能力，以通过流经奥洛维尔湖的可能最大洪水。由于工程量巨大和工期的时间限制，对破损的主溢洪道和非常溢洪道的全面修复或更新工程需要分成几个阶段完成。修复工程计划将带闸门的主溢洪道的泄流能力恢复至最大历史流量的2倍，以尽量减少非常溢洪道的使用。该设计方案中，带闸门的主溢洪道的泄流能力为27×104cfs（约7 645.54 m3/s），远远超过其历史最大流量16×104cfs（约4 530.69 m3/s）。

由于春季气候仍然存在不确定性，且直到建设工期完全确定之前，加州水资源部将寻求多种设计方案。对带闸门的主溢洪道，进行了常规设计和应急设计。这些方法是互补的，因此无论天气如何，奥洛维尔湖在冬季的管理都是安全的。若遭遇延迟，应急设计也能满足过流27×104cfs（约7 645.54 m3/s）的目标，但未来的建设期中仍需要完成大量工作。非常溢洪道的修复设计方案中，其施工工作都安排在11月1日之后继续。

所有的设计方案中都考虑了长效的解决办法。

不论溢洪道修复设计如何决策，未来工程区域内或周边的工作都是“不反悔”型，如道路建设和边坡稳定处理。

2 带闸门的主溢洪道的修复工程设计

2.1 上部泄槽段

当前的修复计划是对带闸门的主溢洪道上部、未受损部位进行部分拆除和重建，具体包括更换泄槽、底板和边墙，这是必要项目。另外还需要移除少量或适量基岩，以确保新建的底板坐落在适当的基础上。设计满足现行标准要求，并经过了监管机构的审批。

应急进度计划是在一个施工期中尽可能多地重建溢洪道上段的底板，并对剩余的底板和边墙进行额外的修复或采取保护措施。保护措施可包括岩锚，以改善溢洪道的可靠性，达到过流27×104cfs（约7 645.54 m3/s）的目标。

对主溢洪道的上部泄槽段，潜在的修复措施是：采用现代、可靠的设计，在2017年11月1日之前，尽可能多地重建上部泄槽段。对剩余的底板和边墙采取锚固措施，直到下一工期中对其进行重建。

图1 主溢洪道上部泄槽段修复计划Fig.1 Potential remedial measures for upper chute area

2.2 下部泄槽段

严重侵蚀区域下游的破损溢洪道结构将被拆除并进行重建，包括对附近的边坡进行加固处理。该区域的溢洪道结构将按照当前的标准进行建造。具体的计划取决于2017年夏天的建设进度。进度过程内的决策点将决定将哪个计划向前推进。

所选择的方案是将主溢洪道的下部泄槽段恢复到事故发生前的形态。这包括在严重冲蚀的区域浇筑混凝土和碾压混凝土，以使未来新建的钢筋混凝土溢洪道比事故发生前的原溢洪道更强韧，并使设计达到当前的标准。

因其浇筑速度比传统混凝土快许多，碾压混凝土通常用于大坝建设。碾压混凝土是一种更干燥的混凝土混合料，需使用大型压实设备。

应急方案是采用碾压混凝土对受损的上部泄槽段的尾端进行支撑，并对侵蚀区域的消力池进行加固。对于被认为安全、可以在冬季继续使用的区段，将对其进行加固和利用，比如左侧的排水沟，这样未来就可以修建更强韧的永久结构物。如果这一方案被执行，其余未完成部分的最终建设工作将在2018年夏天完成。

主溢洪道下部泄槽段的修复概念见图2。

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

3 非常溢洪道的修复工程设计

所有的努力，其目的是让来年的洪水流量100%地通过带闸门的主溢洪道，尽量不使用非常溢洪道。

目前为止，在非常溢洪道上完成的工作都是临时的，未来需要对其进行改善。

非常溢洪道的设计：

（1）在地下浇筑混凝土墙，深入现有堰体下游的基岩中。在大坝工程中，这种做法很常见，通常被称为“截渗墙”，其作用是在必须使用非常溢洪道时，防止混凝土堰底部发生“水力切割”。

（2）倚现有堰体浇筑混凝土。在大坝工程中，这种做法很常见，通常被称为加强大坝的支撑，以确保在洪水工况中或在未来可能的地震荷载条件下保持结构的完好。

（3）在堰体下游浇筑碾压混凝土，以向下游泄洪。这通常被称为碾压混凝土防冲板，以防止基岩的侵蚀。

已制定了施工进度，以保证最关键的混凝土截渗墙能在2017年11月1日前完工。

其余部分的施工工作于2017年夏天开始，如果有必要的话，11月1日之后也可以继续施工。所有的水流都通过海厄特发电厂泄放，如果需要的话，可通过带闸门的主溢洪道泄放。

非常溢洪道修复方案见图3，包括碾压混凝土支墩、防冲板和下游截渗墙。

图3 非常溢洪道修复剖面图Fig.3 A profile view of an emergency spillway recovery concept

4 修复工程进度表

加州水资源部已经向承包商发出通知，无论最终实施的设计方案是什么，若必要，都允许其进行相关的“不反悔”型初步项目。这些项目包括：（1）对上坝道路的建设或改善；（2）对施工准备区域的开发；（3）对受损主溢洪道附近的边坡进行稳定加固；（4）非常溢洪道的设计建模模拟。

5 主要施工合同

2017年春天和夏天，加州水资源部一直在快速推进设计和修复工程施工等事项。对主要修复工程，包含设计细节的招标文件于2017年3月31日发放给合格的承包商。招标前也走访了现场，投标截止日期是2017年4月12日。由于招标文件中包含敏感的设计细节，因此被认为是关键的能源/电力基础设施信息，不能公开。

4月21日，加州水资源部通知承包商开始主要的修复工作。根据加州水资源部发布的工作命令，基特基础设施西部公司（Kiewit Infrastructure West Co.）得到了这份价值2.75亿美元的合同，与该合同相关的早期工作包括承包商搬迁到施工准备和施工区域以及其他承包商可以进行的前期工作，以便未来几个月在溢洪道区域顺利开展主要的施工工作。

6 修复项目最新进展

2017年7 月，加州水资源部宣布其收到关于奥洛维尔溢洪道紧急修复项目施工计划的最后批复。加利福尼亚大坝安全部门（California Division of Safety of Dams，DSOD）和联邦能源监管委员会（Federal Energy Regulatory Commission，FERC）分别于7月13日和15日给予批复。日前，修复项目已收到了所需的所有批复。独立顾问委员会（Board of Consultants，BOC）也于6月批准了加州水资源部的施工计划，当时正在等待联邦能源监管委员会的最后批复。

为期2年的施工计划被划分为几个阶段执行，第一阶段的节点是2017年11月1日。第一阶段施工内容主要包括：对2 270 ft（约691.9 m）长的部分主溢洪道进行拆除和重建；对最重要的730 ft（约222.5 m）长的连接弧形闸门的溢洪道部分进行修复，该部分的拆除和重建将在2018年进行；在非常溢洪道下修建地下截渗墙，防止使用非常溢洪道时发生侵蚀。

剩余的施工工作将于2018年完成，同样也需要联邦和州的批准。剩余的施工内容包括：对主溢洪道浇筑结构混凝土；重新铺设位于溢洪道底部的消能工表面并用高压水冲洗；修建碾压混凝土支撑结构（斜墙）和在非常溢洪道上修建防冲板，以达到消能目的。

加州水资源部的最终设计和施工方案将继续接受加利福尼亚大坝安全部门、联邦能源监管委员会和独立顾问委员会的监督，包括使用现代的技术和方法以达到和超过现行的安全和施工标准。

就修复项目的具体进展，根据9月初的最新消息，当前约有700名合同工，每周7×24 h不间断工作，他们已经工作超过45万h来修复主溢洪道，未来还需工作数十万小时。

基特公司的工作人员表示，其工作内容包括浇筑不同的混凝土，浇筑深度为8～150 ft（约2.44～45.72 m）。溢洪道中心最大的断裂将采用碾压混凝土回填，每次回填1 ft（约0.305 m），保持每天约回填2 ft（约0.71 m）的速度。

施工的首要任务是主溢洪道，但非常溢洪道的修复施工也在同时进行，其节点是2017年12月或2018年1月。将在非常溢洪道表面浇筑混凝土，跨度为1 450 ft（约441.96 m）——大约相当于4个足球场的距离，在奥洛维尔湖坝顶700多ft（213.36 m）以下。加州水资源部的工作人员表示，之前非常溢洪道的性态并没有预想的好，恰巧来了一场大暴雨，不得不使用非常溢洪道，现在既然知道了它的缺陷，所以就要做得更好。

图4 奥洛维尔大坝溢洪道侵蚀部位浇筑混凝土Fig.4 Concrete is pumped between rocks in the erosion area between the upper and lower chute at the Lake Oroville spillway

图5 在结构混凝土浇筑前，工人用千斤顶搭制模架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

图6 奥洛维尔大坝溢洪道下部的修复，主要是浇筑找平混凝土。最后一块结构混凝土板已浇筑好，其他的也已搭好模架，可通过内部的绿色钢筋辨认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

图7 奥洛维尔大坝溢洪道顶部的修复工作，与底部工作类似Fig.7 Work at the top of the Oroville Dam spillway is similar to that being done at the bottom

图8 奥洛维尔大坝溢洪道上部泄槽结构混凝土板的模架，以及用于加固新的混凝土墙的钢筋竖板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

图9 奥洛维尔大坝溢洪道新浇混凝土的洒水养护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

图10 奥洛维尔大坝溢洪道上部泄槽段浇筑找平混凝土Fig.10 Leveling concrete is placed on the upper chute of the Lake Oroville flood control spillway in Butte County,California

图11 奥洛维尔大坝溢洪道下部泄槽段的修复Fig.11 More than 100 construction workers race to rebuild on the lower chute of Oroville Dam spillway in Butte County,California

图12 工人在奥洛维尔大坝溢洪道下部350英尺（约106.68 m）泄槽段的找平混凝土上进行锚固工作，对该部分溢洪道，将浇筑结构混凝土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

图13 工人冲洗最近回填某一冲坑的碾压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

图14 奥洛维尔大坝和受损的主溢洪道鸟瞰图Fig.14 The Lake Oroville Dam and damaged control spillway are seen during a flight over the area

随着施工的稳步推进，奥洛维尔湖目前正在泄洪。加州水资源部计划将水位降到700 ft（约213.36 m），这样可以为即将到来的冬天腾出250万英亩-英尺（约30.85亿m3）的库容。加州水资源部有关工作人员表示，其目的是将施工期尽量拉长，并为多雨的冬天腾出库容。自2017年2月发现侵蚀问题后，奥洛维尔湖已泄放的水量达450万英亩-英尺（约55.53亿m3），远远多于水库300万英亩-英尺（约37.02亿m3）的库容。

美国奥洛维尔大坝溢洪道的修复工程分为两个阶段，11月1日是第一阶段的截止日，根据11月中旬的最新消息，加州水资源部宣布，第一阶段对主溢洪道和非常溢洪道的修复达到了预期的效果。第二阶段的修复主要集中于排水密封、排水管道和现场清理等内容。 ■