岩土工程分析助力长坝高效建设

Bentley软件帮助将砂土用作填筑材料，大幅减少采石场的开采量

通过新建水坝改善生活水平

印度尼西亚东爪哇省Nganjuk县每年都会遭遇强降雨。由于Semantok河上游区域缺乏雨水下渗条件，Nganjuk县经常发生洪涝。为缓解这一问题，印度尼西亚公共工程与住房部启动了Semantok大坝项目开发，投资额为8790万美元。该大坝现已投入运行，不仅将可能最大洪水（PMF）的流量从822 m³/s降至328 m³/s，大幅提升防洪能力，同时还确保了丰枯两季的稳定供水。另外，大坝还为1900公顷农田提供灌溉水源，大幅提升当地主要收入来源——水稻的产量，同时也给区域发展带来多重综合效益。PT Hutama Karya的BIM开发经理Amy Rachmadhani Widyastuti表示：“这座大坝建成后，将有助于减少洪涝灾害、增加原水供应、提升灌溉能力、改善种植条件，并推动旅游业发展为东爪哇新的经济增长点。”

该部委委托印尼国有施工企业PT Hutama Karya开发Semantok大坝。尽管该机构在印度尼西亚开发了多座水坝，但库容达3300万立方米的Semantok大坝仍是其开发规模较大的项目之一。这座大坝全长3.1千米、高31.56米，据称是东南亚最长的大坝。要在1800天的工期内完成这座大型坝体的建设，是一项巨大的挑战。

应对易崩解、松散的土体

在开始验证Semantok大坝施工设计时，PT Hutama Karya很快发现特殊地形带来了诸多问题。顾问工程师最初设计了灌浆系统作为大坝主体部分的基础，但 Hutama Karya 发现，易崩解、松散的砂土层会导致持续渗漏，渗漏量超过允许上限。因此，PT Hutama Karya需要开展土壤分析，以确定替代性设计方案，并确保大坝有足够强度拦蓄暴雨，不致发生洪涝灾害。

在设计阶段，工程师原计划使用堆石作为大坝的主要填筑材料。这一方案虽然具有创新性，但实施难度很大，因为若要为这座长坝供应充足石料，附近采石场不得不进行深度且具有破坏性的开挖。由于在场外新建采石场成本过高，PT Hutama Karya决定使用现场区域内的杂填土作为填筑材料。由于土体性能与堆石不同，因此需要重新设计大坝边坡。

该机构还希望采用实时、通过远程监测全面掌握项目情况，改进决策并提升安全性。

PT Hutama Karya项目经理Akhyaarul Azzaqy表示：“作为国家级战略工程，Semantok大坝的利益相关方对项目全周期的建设成效与成果均给予了高度重视。我们时刻谨记，修建大坝本身也伴随着灾害风险，因此，应当采取一切可行的创新手段以降低风险。”

推进数字化以优化设计

PT Hutama Karya认定，可借助 Bentley及其旗下地质公司的实景建模与岩土工程设计应用，解决设计难题并实现大坝优化。他们首先对项目区域进行了激光扫描，生成点云，并利用iTwin Capture构建出现场的数字模型。借助数字模型，团队得以精准掌握现场实况，并合理规划本地采石场选址，从而有效降低开挖深度，减轻了对环境的影响。随后，团队将实景建模数据导入其定制的项目信息管理系统，使项目经理能够洞察实时状况。

其后，该机构通过PLAXIS将岩土工程分析整合到实景模型中，从而能够模拟不同基础方案并测试地下水流动。团队利用PLAXIS基于拟建坝体设计方案进行填方建模，并针对项目地形条件验证其工程性能。虽然初始边坡设计未达到安全要求，但他们使用GeoStudio评估了其他边坡方案，最终确认左侧采用 1:3 的较大边坡、右侧采用1:2.75的较小边坡，并结合将砂土用作填料后，能够同时满足施工和运营阶段的安全要求。Azzaqy表示：“主坝坝体设计的确会比初始设计更宽，但由于基础承载力足够，无需像初始设计那样将下部结构开挖得那么深。”最后，为确保设计变更不会影响紧张的工期，PT Hutama Karya使用SYNCHRO对施工进行了模拟。除了验证新设计的施工可行性外，该应用还帮助其规划施工流程。

改进决策，节省时间和资金

为项目区域创建实景模型后，设计团队能够更好地了解地形并规划采石场。借助点云数据，建模工作三天内即告完成，较传统设计验证所需的八天时间，效率提升近两倍。实景模型与PT Hutama Karya规划系统所生成的实时数据，为项目经理优化施工计划与决策提供了有力支撑。该机构定期更新勘测数据，并将其与地理空间数据和BIM相结合，在施工期间创建了真正的数字孪生模型。借助这些数据细化施工工序、把握项目全局，最终缩短工期183天、节约成本64.6万美元，同时提升了坝体施工质量。

通过岩土工程分析，确定如何在以土壤作为填筑材料的情况下安全建造大坝，显著提高了施工效率。该分析还帮助他们制定了多种安全加固大坝下部结构的替代方法，包括加深坝槽、采用咬合桩进行截水墙处理，以及铺设黏土垫层和衬层。因此，PT Hutama Karya无需再修建灌浆基础，也无需重建咬合桩，从而节省了200万美元。此外，通过优化边坡设计方案以保障结构强度与安全性，该机构不仅规避了约 180 万美元的返工成本，同时持续保障工程安全。Rachmadhani Widyastuti表示：“我们在Semantok大坝项目中利用Bentley产品进行数字化施工创新，不仅凭借高精度数据有效解决了工程难题，还推动了更具可持续性的基础设施建设，进而助力环境改善、民生福祉提升与经济发展。”