是大坝的时候了!
这是本系列关于美国基础设施的第四篇文章,前一篇是关于桥梁的文章,“一座通向世界各地的桥梁。”美国土木工程师协会(ASCE)将美国的大坝基础设施a级“D”在他们的2009年美国基础设施报告。
正如先前的基础设施文章中所讨论的,美国桥梁的平均使用年限现在是44年。一般的大坝比普通的桥梁要老一些,有52年的历史。美国的水坝和桥梁有许多共同之处。这两种国家体系都很慷慨,并假设平均寿命与人类寿命相当,都处于中年危机之中。
就像美国联邦公路管理局(FHWA)编制的全国桥梁清单一样,这里也有a全国水坝清查(NID)由美国陆军工程兵团(USACE)维护。美国大约有8万座大坝。正如我们之前的航空和桥梁等基础设施项目一样,安全担忧和严重的系统故障推动了监管和和雷竞技一样的APP投资。这是一个持续的美国政治动态,如果不是世界范围的,这也证明了我们的大坝基础设施的历史是真实的。
就像桥梁一样,大坝也要定期检查结构缺陷。与桥梁不同的是,大坝也被归类为反映其破坏程度的危险等级。高险情坝、高险情坝和低险情坝分别代表着可能的人员伤亡、重大的资本财产损失,或者仅仅是大坝结构的损失。结构缺陷记录时,现有的现场或材料条件,可能导致一个失败是确定在检查。结构缺陷的确定与大坝的危险等级无关。特别是在资源匮乏的环境下,必须根据这两项评价标准仔细考虑为大坝的改善和维护提供资金的决定。
的说法成绩单描述了我们大坝基础设施的资金现状。它估计每五年需要125亿美元。现在只花了50.5亿美元,还差74.5亿美元。报告还指出,2007年,美国有4095座大坝存在缺陷其中,有1826个国家属于“高危险”级别。
常见的大坝施工技术包括重力坝、混凝土拱坝、扶壁坝和路堤坝。重力坝,通常由混凝土或砖石建造,依靠其建筑材料的巨大重量来抵消大坝的侧向力储层在大坝后面。混凝土拱坝通过将荷载通过坝墙传递到结构两端的土基上,从而支持水库产生的水力。这一设计理念与建筑施工中使用的结构拱非常相似,以较少的建筑材料获得高的承载能力。混凝土拱坝非常适合陡峭、狭窄的河谷,有坚实的岩石地基。扶壁坝类似于重力坝,但其特点是短的支撑墙垂直于坝面,提供额外的横向支撑。这减少了主坝墙所需的建筑材料的数量。土石坝是最常见的筑坝方式。筑堤坝的核心墙结构是由大量的逐渐倾斜的土质或石料堆积在两侧。一些大坝工程依靠这些基本施工方法的组合来实现有效的设计方法。
有几个大坝失效模式,其中最常见的是大坝的堆顶、结构构件或地基的材料破坏,以及大坝结构周围或内部未过滤的渗流所造成的灾难性侵蚀。
虽然某些种类的混凝土和砖石大坝被设计成被过量的水流淹没,但大多数都没有。在土石坝中,过顶引起土壤结构的快速侵蚀,使坝墙倒塌。不设计为超顶的混凝土大坝也很脆弱,因为超顶水流会迅速侵蚀毗邻大坝侧壁的土堤。大多数水坝都设计有泄洪道系统,用来安全地调节水库下游的水流,这样就不会发生溢流。
由于设计或施工缺陷,可能会出现混凝土、砌体或其他用于坝墙的主要建筑材料的直接产品失效。缺乏足够的日常维护也会导致这些材料的失效。地基土如果没有经过适当的设计,不能承受目前的全部实际荷载,则是另一类材料失效。类似于挡土墙在美国,由于基础设计不佳,大坝经常发生滑动和倾覆。
未过滤的渗漏可能是大坝健康的最潜在威胁。当细微的土壤颗粒从大坝底部的土壤基质中被冲走时,局部的空隙就产生了,它们引导水,在土壤中形成了更大的水流通道。最终,严重的侵蚀会发生,部分土壤基础会受到水流的影响而完全破坏,导致大坝上方的部分墙体倒塌。“管道”是土石坝内部可能发生的一种渗水侵蚀形式,其危害同样严重。
美国的大多数水坝都是私人所有,但由州政府和地方政府管理。有一个以国家为中心的大坝安全组织是合乎逻辑的,那就是:国家大坝安全官员协会(ASDSO)。他们的目标之一是扩大公共服务和教育。ASDSO有一个名为“101年大坝安全”。这个在线教育网站提供了丰富的信息,描述了我们今天大坝结构的普遍缺陷,建设方法,资金短缺,以及我们简要讨论过的政治问题。ASDSO网站对于那些对这类美国基础设施感兴趣的人来说是一个很好的资源。其中包括美国主要水坝的故障清单1889年发生在宾夕法尼亚州约翰斯顿的那场著名的洪水事件,是我们许多人在小学时就知道的。美国每年发生的大坝溃坝数量比人们最初想象的要多得多。
当大多数人想到水坝时,他们可能会想到那些著名的巨型建筑,它们是美国文化的一部分,也是我们国家基础设施的关键。一个令人敬畏的例子是胡佛大坝,它包含了内华达州拉斯维加斯附近的米德湖。胡佛大坝是美国大坝基础设施的一个伟大代表,不仅因为它非常上相;它还提供了所有水坝建设的主要原因的好例子。它提供水力发电,娱乐设施,也许最重要的是,它通过创造一个巨大的米德湖水库来调节科罗拉多河的流量。米德湖为美国西南部的人们提供了可靠的、全年的饮用水和灌溉用水。胡佛大坝的混凝土拱顶也是连接内华达州和亚利桑那州的“桥梁”。胡佛大坝自20世纪30年代以来的投资回报率使它成为我们国家完成的最好的建设项目之一。
下次和我们一起在Buildipedia.com上看美国基础设施系列的第五篇文章,“我们可能有饮水问题”,当我们调查ASCE的饮用水类别时美国基础设施报告卡。
安德鲁省钱
Andrew Kimos在美国海岸警卫队学院(B.S. 1987)和伊利诺伊大学(M.S. 1992)完成了土木工程课程,是威斯康星州的注册专业工程师。他在海岸警卫队担任设计工程师、建设项目经理、设施工程师和执行领导超过20年。在加入Buildipedia.com团队担任运营频道制作人之前,他曾在美国西部担任地区航空公司飞行员。
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