美國等國碾壓混凝土壩概況

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美國等國碾壓混凝土壩概況

摘要：世界多個碾壓混凝土(RCC)壩工程在建或已建成，比如美國波圖格斯大壩、巴基斯坦迪阿莫-巴沙大壩 、埃塞俄比亞吉布3大壩和復興大壩、越南松邦4水電項目，以及美國圣維森特大壩加高工程。分別對上述工程的技術特點與難點、施工進程、項目管理及預期效益作了簡要描述。

關鍵詞：碾壓混凝土壩概況；美國；巴基斯坦；埃塞俄比亞；越南

近期，世界各地許多在建和已建的大壩都采用了碾壓混凝土技術，以下分別予以介紹。

1美國波圖格斯大壩

為了減輕洪水對波多黎各龐塞(Ponce)的影響，美國陸軍工程師團(USACE)在2014年年初完成了投資3.86億美元的波圖格斯(Portugues)大壩工程。

大壩高67.1 m，是波圖格斯和布察那(Bucana)防洪減災項目的最后一項工程。該項目于1970年獲得建設批準，還包括1991年竣工的西里洛斯(Cerillos)大壩和1997年竣工的龐塞市暴雨分流排水設施。

波圖格斯大壩總方量26.758 4萬m3，由德拉加都斯(Dragados)公司負責建設，USACE負責設計，是美國第一座采用單曲厚拱壩型式的RCC壩。由于溫度限制，混凝土制備及澆筑需配備1套粗骨料冷卻系統(冷凍水管道)和1臺制冰機。根據現場氣候和可用材料的情況，必須建一些輔助設施，如1座骨料加工廠、1座沖砂廠、1個混凝土高速輸送系統和2座現場混凝土制備廠，并保證這些設施的運行。

克萊菲爾德(Kleinfelder)擔任項目經理，負責承包方的質量控制管理，包括設置經USACE認證的現場實驗室并為其配備人員，以滿足全天候建筑材料實驗及現場測試的要求。克萊菲爾德也制定了一些質量控制管理措施確保合同文件的嚴格執行。

由于現場獨特的地質條件，USACE在工程建設期間遇到了重重困難。雖然2000年初波圖格斯大壩就開始施工，但所設計的薄拱壩的成本遠高于預期，工程師不得不進行返工設計，幾年后，推出了厚拱壩型式的RCC壩設計。2008年波圖格斯大壩開始施工，2013年12月完工。2014年2月5日舉行了大壩竣工典禮。

2015年6月13日，大壩建設進入一個新里程碑階段：杰克遜維爾軍區(Jacksonville District)工程師團依據《水控制手冊》的授權，開始了大壩初期蓄水。初期蓄水分為多個階段，降雨經過徑流匯集到水庫中，當水庫達到預定的水位時，管理人員停止水庫蓄水以保證大壩按設計運行。通過核查不同水位時的大壩安全，水庫將繼續蓄水至大壩的校核洪水位(134 m)，即水庫的最大蓄水量與最高水位。

2巴基斯坦迪阿莫-巴沙大壩

在施工初步階段，迪阿莫-巴沙(Diamer-Bhasa)大壩計劃修建于巴基斯坦吉爾吉特-巴爾蒂斯坦(Gilgit-Baltistan)地區的印度河上。大壩設計為RCC重力壩，高272 m，一旦竣工，大壩將成為世界上最高的同類型大壩之一。

大壩計劃共布置14個泄洪閘孔，單孔尺寸為11.5 m×16.24 m。水庫設計總庫容10 km3，有效庫容7.9 km3。預布置2座地下電站廠房，每座廠房配置6臺水輪發電機，總裝機容量為4 500 MW。

據報道，聯邦政府已批準為該項目投入140億美元資金，重點用于土地征用。在項目全面展開前，其余款項將尋求國際捐助者的幫助。美國國際開發署(USAID)已同意為該項目的環境和社會影響評價提供2億美元資助。2015年6月，USAID聘請了莫特麥克唐納(Mott Macdonald)咨詢公司進行工程技術審查和項目規劃改進。然而，世界銀行因此項目位于有爭議的領土內而拒絕提供資金支持。

3埃塞俄比亞吉布3大壩工程

吉布3(Gibe Ⅲ)大壩工程位于埃塞俄比亞南部偏遠地區的奧莫河(Omo River)上，壩高249 m，RCC方量650萬m3，是目前世界上最大最高的RCC壩。2011年12月底開始大壩澆筑施工，2014年8月開始蓄水前的準備工作，2015年初開始初期蓄水。

為了滿足“快速實現”(fast tracked)的進度要求，意大利薩利尼-英波基洛股份公司(Salini-Impregilo S.p.A)作為承包商精心設計和實施了RCC的澆筑，克服了重要困難，如大壩規模大、地形復雜、壩肩陡峭和天氣影響等。

第1年，僅完成RCC澆筑100萬m3，隨后的24個月里，必須完成500萬m3的澆筑(總混凝土方量為610萬m3)。在此期間，平均每月澆筑混凝土超過14萬m3，2013年8月達到最高峰，月澆筑量為25.080 9萬m3，取得了一項了不起的成就。

2014年12月11~12日，薩利尼-英波基洛公司的施工隊伍在24 h內澆筑了18 519 m3混凝土，打破了該類大壩24 h混凝土澆筑量的世界紀錄。

1套皮帶輸送機系統、1座高度相同的RCC廠和1個承包商創造了這項世界紀錄。大壩的RCC骨料生產、配料、傳輸系統由最高品質的混凝土廠和精密的RCC傳輸系統組成，每小時能生產超過850 m3的RCC。工程配備了山特維克(Sandvik)公司制造的破碎機及意大利仕高瑪(Sicoma)公司制造的混凝土攪拌機。輸送系統設備由美國RCC輸送機有限責任公司(RCC Converyors USA LLC)制造。

該工程其他主要特點包括：①進水口位于左壩肩，后接2條直徑13 m的引水隧洞；②導流隧洞共3條，單洞直徑13 m；③布置地下岔管，分別連接10臺發電機組；④地面廠房裝有10臺混流式水輪機組，每臺裝機187 MW；⑤總裝機1 870 MW。

埃塞俄比亞水利與能源部宣布，吉布3大壩水電工程的第1臺機組(187 MW)應于2015年8月雨季之后投產發電。根據該流域降雨量，計劃隨后每月新增1臺機組并網發電。

2015年4月，項目協調人梅布拉圖·特肖梅(Mebratu Teshome)表示，該季度水庫蓄水量將達30億m3，前2臺機組將相繼投產發電，其余8臺機組的運行將取決于水庫蓄水量。大壩將在3 a內完工，而天然湖周邊地區的旅游業和漁業項目建設也將同時進行，給當地創造效益。

薩利尼-英波基洛公司建設該工程所采用的徑向式纜索起重機由意大利萊特納索道集團(Leitner Ropeways Group)下屬的阿奎迪奧公司(Agudio S.p.A)委托制造。這是纜索起重機首次用于RCC大壩施工，主要用于處理施工設備(挖掘機、起重機等)和輸送帶(用于RCC)。纜索起重機的主要特性為：跨度735 m，揚程80 m，大車行駛軌道長147 m，承重索直徑2×60 mm，起重量25 t，起升高度270 m，大車行走速度3.5 m/s，吊鉤升降速度2 m/s，小車牽引速度0.1 m/s，起升電動卷揚機額定功率466 kW，牽引電動卷揚機功率224 kW，牽引繩直徑32 mm，起重繩直徑28 mm，固定塔架高68 m。阿奎迪奧公司表示，68 m高的固定塔架是工程最困難的部分，因為它在設計階段需要特定的靜態和動態模擬工具，在施工階段操作需要格外小心。

意大利佩特蘭格里公司(Studio Pietrangeli)承包了薩利尼-英波基洛公司的工程服務合同，為其提供施工期間的可行性研究、初步設計、最終設計和技術監理。

意大利艾克電力公司(ELC Electroconsult)和法國柯因-貝利葉公司(Coyne Et Bellier)聯合作為埃塞俄比亞電力公司(EEPCo)的代理人負責設計和施工階段的質量控制。

埃塞俄比亞電力公司同時還聘請特拉克特貝爾工程公司(Tractebel Engineering)和意大利艾克電力公司作為業主方工程師，進行設計審核并協助工程總承包(EPC)招標工作。

上海電氣集團股份有限公司負責渥雷塔-索多(Wolayta Sodo )和 阿卡基(Akaki)2個400 kV變電站的設計、制造和調試，同時還包括已建吉格吉布2(Gibe Ⅱ )工程和 瑟伯塔2(Sebeta-Ⅱ)工程的 400kV變電站的擴建工作。

中國特變電工股份有限公司也與薩利尼-英波基洛公司簽訂協議，負責架設從吉布3水電站至渥雷塔(Wolayta)變電站的輸電線路。

4埃塞俄比亞復興大壩

在建的埃塞俄比亞復興大壩(Grand Ethiopian Renaissance Dam)曾稱作“千年大壩”，位于阿貝河(River Abbay)也稱為藍色尼羅河(the Blue Nile)上。大壩長1.8 km，高170 m，將是非洲最大的RCC壩之一。電站裝機16臺，每臺375 MW，總裝機容量6 000 MW，項目建設方與吉布3大壩工程相同，由以意大利薩利尼-英波基洛公司為首的建設團隊負責。

該項目位于偏遠地區，區域地形與吉布3大壩截然不同，壩址處山谷狹長，兩岸壩肩較緩，利于大壩建設。

大壩包括1座RCC壩(工程量1 000萬m3)、1座堆石副壩(高70 m)、2座地面電站廠房(分別位于大壩近下游的左、右岸)，共裝有16臺混流式水輪機組。

2010年12月，開始進行施工前準備工作。2013年底開始RCC制備，到2014年12月，完成主壩混凝土澆筑量190萬m3，月均澆筑14.217 7萬m3，日最大澆筑量為1.694 9萬m3，澆筑速率稍遜于吉布3大壩工程。

溢洪道位于主壩左岸，設有6扇弧形閘門，最大洪水工況時，各閘孔下泄量為2 450 m3/s。設有500 kV開關站1座，連接廠房和輸電電網。

截至2014年12月，工程已經進展近半。第一階段700 MW機組將于2015年投產發電。

與此同時，周邊國家一直關注該項目的影響，也使其倍受爭議。埃及、埃塞俄比亞和蘇丹在3月共同簽署了一項關于該大壩開發的《原則聲明》。埃塞俄比亞總理海爾馬里亞姆·德薩萊尼表示，這份《原則聲明》奠定了該國與埃及和蘇丹達成協議的基礎。預計三國之間將會達成更多協議，促進三方合作，尋求互惠互利，實現水資源利益共享。

工程的主要功能為發電，此外，主壩和副壩建成后，蓄水庫容可達740億m3。大壩防洪庫容19 370 m3/s，可減少蘇丹1億m3的沖積物，新增農業灌溉面積約50萬hm2。工程竣工后還將減少蘇丹洪水波及范圍約40 km。

大壩的徑流調節功能將改善農業條件，而相較于埃塞俄比亞的其他大壩，該水庫受水蒸發的影響最小，有利于蓄水。阿斯旺高壩和埃塞俄比亞其他大壩水蒸發總量約190億m3，埃塞俄比亞復興大壩將減少阿斯旺高壩的庫容，減少大約60億m3的水蒸發量。大壩橫跨藍色尼羅河，壩上建有數座橋梁和少量人行天橋。

5越南松邦4水電項目

松邦4(Song Bung 4)水電項目位于越南廣南省(Quang Nam)，裝機156 MW，包括1座110 m高的RCC壩、1個取水建筑物，1條引水隧洞(洞徑7.2 m，長3.2 km)、1個調壓井(直徑16 m)以及電站廠房。

該項目是越南的第1個由亞洲開發銀行資助的重大水電項目，于2010年開工，2014年9月開始蓄水。現場一天連續工作24 h，每月混凝土澆筑量達75 000 m3。

工程投資2.5億美元，從2009年開始，莫特麥克唐納咨詢公司擔任業主方工程師和技術顧問。公司通過越南電力公司(Electricity Vietnam)的管理機構——松邦 4水電站管理委員會為該公司提供工程監理、合同管理和專業技術支持等服務。

水庫蓄水時，莫特麥克唐納公司的項目經理安德魯·柯比(Andrew Kirby)說：“在過去的12個月，為了在今年雨季前完成大壩工程，我們一直與時間賽跑。因此，能夠完成這樣一項里程碑式的工程，是一項了不起的成就。正是由于業主、承包商、設計方、現場監理之間的友好、開放的合作關系，施工中各方積極主動地解決問題，才使我們能克服所面臨的重重挑戰。”

由于壩址地帶地形陡峭、崎嶇，位置偏僻，工作區域分布面積廣，使施工現場后勤保障工作尤為困難。同時，施工時間受雨季和洪水期限制，日程安排非常緊張，任何耽誤都會將整個工期延遲1 a。

左壩肩巖石條件差，需要進行深入調查研究、二次設計及改進施工方法。此外，現場各方使用越南語、漢語和英語三種語言，交流上有較大困難。

業主、承包商、設計方、現場監理之間通過友好、開放的合作關系，積極主動地解決問題，最終戰勝了各種困難。

莫特麥克唐納公司通力協作，解決了左壩肩的巖土工程技術問題，因而大大節省了工期和成本。

公司還向業主、當地合作方的員工和承包商傳授了工程、采購、移民安置和合同管理領域的當前國際慣例和標準規范等知識。

6美國圣維森特大壩加高工程

2014年7月，圣維森特(San Vicente)大壩加高工程竣工，水庫庫容擴充至原來的2倍。

該項目是圣地亞哥歷史上最大的蓄水工程，是預防當地缺水問題的關鍵項目。新增庫容約1.874億m3，足以為30多萬個家庭供水1 a。水庫蓄水將根據水的供需情況，持續2～5 a。

該項目耗資15億美元，是圣地亞哥縣(San Diego County)水務局的緊急儲水工程(Emergency Storage Project)中最大、也是最后的重要組成部分之一。該儲水工程由水庫系統、相互連通的管道和泵站組成，用以在地震等外來供水中斷的情況下，確保維持圣地亞哥市6個月的供水。水庫新增庫容的1/3(約6 411.6萬m3)是供緊急情況下使用的。

項目還設計將豐水年積蓄的1.233億m3庫容作為“多年調節庫容(carryover storage)”，供干旱年份使用。

工程總成本為8.38億美元，包括大壩加高、調壓井、泵站和17.7 km長的大直徑地下管道等，其中大壩加高成本為4.16億美元。

大約有200名州和地方水務機構領導人、當選官員、公民、商業領袖以及社區的利益相關者參加了大壩加高現場的工程竣工儀式。

“升級圣地亞哥地區的儲水系統至關重要，能在未來的干旱和供水緊急情況下保證我們的經濟和生活質量。”水務局董事會主席托馬斯·沃蒙涵(Thomas V. Womham)說，“這再次證明了我們的水務機構、公民領袖和納稅人都竭盡所能，致力于為當代以及子孫后代，維持水資源的可靠供給。”

大壩自1943年建成以來就由圣地亞哥市所有并運營管理，水庫向該市用戶供水1.1億m3。擴容之后的水庫庫容由該市(1.1億m3)和縣水務局(1.874億m3)共同擁有，運營成本由雙方共擔。

“該項目提高了每一位圣地亞哥居民及數千家企業的用水安全性，可靠的水源是他們發展繁榮的前提，”圣地亞哥市長凱文·福爾科納(Kevin L.Faulconer)說，“我為能與圣地亞哥縣水務局出色的合作伙伴共同完成該項目而驕傲！該項目為我們攜手完成大膽而有遠見的項目提供了一個合作模式！”

加州自然資源廳廳長約翰·萊爾德(John Laird)也參加了竣工儀式，他說：“全州持續干旱，更加突顯了圣維森特大壩加高這類前瞻性項目的必要性。圣地亞哥縣水務局早在當前的旱災來臨前就已啟動這個項目，值得褒獎。全加州人民應將其視作榜樣，認識到嚴謹的規劃和強大的財政支撐將使水源的可靠供給成為可能。”

圣地亞哥地區商會總裁兼首席執行官杰里·桑德斯(Jerry Sanders)贊揚了縣水務局的供水來源多元化的舉措，使得該地區可不再依賴單一的供水商。“商會多年來將供水問題視為公共政策中的頭等大事。”他說，“綜合開發多種渠道的供水來源，并大幅提升儲水量的措施, 正為圣地亞哥縣建立起一個更牢靠的安全屏障。”

“可靠的供水對維持經濟增長和商業競爭環境至關重要”，圣地亞哥地區經濟發展公司總裁兼首席執行官馬克·卡弗蒂(Mark Cafferty)說，“大壩加高工程將提升圣地亞哥的地位，使其成為新建或擴營公司的首選之地，因為它將為我們平穩度過旱災和供水緊急情況提供更強的保障。”

蓄水及供水擴容綜合項目于2000年開始施工，是縣水務局緊急儲水工程的一部分。工程包括：在北縣(North County)修建奧利弗海恩(Olivenhain)大壩并同時修建1條連接奧利佛海恩水庫和縣水務局第二渡槽的管道，1條連接圣維森特水庫和縣水務局第二渡槽的管道(長17.7 km)，在霍奇斯湖(Lake Hodges)和圣維森特水庫修建抽水設施。擴建的管道系統可保證緊急情況下全區的配供水。

圣維森特水庫擴建項目最初是緊急儲水工程的一部分，當縣水務局通過研究發現該地區需要更大的多年調節庫容后，大壩被大幅加高，以同時滿足枯水年的儲水需求。

“通過將這兩個項目合二為一，我們能更迅速地大幅增加儲水量，保持我局優化資源配置的傳統，惠及地區發展。”縣水務局總經理瑪倫·斯塔普萊頓(Maureen Stapleton)說，“實踐證明，大幅加高大壩是為該地區創造供水效益，實現納稅人利益最大化的最好方法。”

2009年6月，圣維森特大壩加高的壩基處理工作開始，2014年6月工程完工。大壩目前高102.7 m，較之前增高了35.7 m，這是美國大壩加高工程之最，也是RCC壩加高的世界之最。

(劉嫦娥陳紫薇編譯)

收稿日期：2015-11-09

中圖法分類號：TV642.2

文獻標志碼：A

文章編號：1006-0081(2016)01-0010-04