Alliant能源拥有并运营位于Prairie Du Sac的Prairie Du Sac水力发电项目, 威斯康辛州. 最初的大坝建于1914年，是威斯康辛河上的最后一座大坝. 工程包括东岸, 一种带有41个弧形污损闸门的闸门溢洪道, 废弃的航行船闸, 在右/西桥台有个发电站. 该项目作为河流的运行设施, 8台机组，总额定容量31兆瓦. 正常的最大水库水位为El. 774.4英尺，正常的尾水高度在730英尺之间波动.4英尺和732英尺.4英尺，取决于河流的流量.
溢洪道是个坑, 安布尔森式(板和扶壁)混凝土结构，在沙质冲积层中由竖向打入的木桩支撑. 溢洪道的横截面如图1所示. 溢洪道长1010英尺，有41扇闸门. 大门搁在一个ogee辊道板上. 沿踵部呈连续的上游钢板桩防渗墙.
整个溢洪道段及溢洪道下游的混凝土围场由竖向打入的木桩、钢板桩防渗墙组成网格支撑. 大约有4个,200根木桩支撑着溢洪道, 和1,650根木桩支撑着下游的混凝土停机坪. 这些木桩是混合树种，被打入20到35英尺深的沙质冲积层中.
自施工以来，尾水位下降了大约10到12英尺. 这导致相当多的木桩暴露在干湿循环中，从而恶化. 在1980年代进行的调查显示，木桩处于不同的退化阶段(有些缺失)，最终将无法支撑结构. 没有补救, 桩身持续恶化可能导致显著的差异沉降, 混凝土开裂, 和门绑定.
大草原横截面杜囊溢洪道.
I. 设计挑战和解决方案
Alliant签约基顾问, Inc .的设计-建造团队., 和尼克尔森建筑公司(NCC)设计和建造一个永久的结构托换解决方案，以缓慢恶化的木桩基础. 本设计由新型高模量微型桩和钢筋混凝土转换梁组成, 再加上支撑板结构的固有刚度, 允许从腐烂的木桩上缓慢转移荷载，以最大限度地减少大坝移动和未来灾难的风险. 选择微型桩托换系统是因为它简单, 采用低风险钻井方法，具有高承载能力和可靠的结构托换.
溢洪道托换设计包括981根高模量微型桩. 微型桩的设计是为了在没有现有木桩或下游溢洪道挡泥板的情况下，承载大坝上所有的水和重力荷载. 合力通过溢洪道结构(板)传递, 皮尔斯, 拱, 和转换梁)到拉力微桩(a -微桩)和压缩微桩(B, C, 和D-micropiles). 简单的自由体图显示了这种负载转移概念与最终的微型桩布局，如图2所示. 尽量减少微桩上可能导致额外移动的横向载荷, 的一个, B, C和D微型桩形成了一个桁架结构，使荷载作为轴压和拉伸荷载有效地转移到微型桩上. 两排垂直的微型桩, E和F微型桩, 是否也被建造来独立支撑上部混凝土板.
木桩继续以不均匀的方式随时间丧失承载力，造成混凝土坝局部小沉降, 的硬, 高模量micropiles, 还有剩下的木桩, 是否接受与它们的相对刚度和与朽木桩的距离成比例的荷载. 任何单一劣化桩的损失所引起的位移一般都是逐渐发生的，并且由于其荷载分布在其余所有桩上，位移很小, 有效的木桩和新型微型桩. 随着木桩的衰减，这种负载的转移将有效地导致非常小的差动(如.g.，小于0.002英寸的变形)和难以察觉的结构整体运动.
历史照片描绘了溢洪道和裙楼结构下面许多潜在的障碍物, 包括木桩和钢板组成的森林(图3). 为了避免干扰, 微型桩须安装在现有桥墩和扶壁之间的空地上. 设计中考虑了微型桩偏移和附加微型桩的附带条件，如果在设计位置遇到障碍物. 结构设计灵敏度分析表明，在最坏的情况下，当障碍物使微型桩安装不可能时，某些微型桩可以被忽略.
采用三、五单元三维有限元建模分析方法，计算了微桩的荷载分布以及微桩与传递梁的相互作用. 利用有限元模型对各设计荷载工况下的溢洪道结构进行评估，确定基础修复系统单元未发生过应力. 除了, 该有限元模型用于灵敏度分析，以评估整个系统是否安装个别微型桩构件不符合规范.
桁架荷载传递概念(左)与最终微型桩布局
图中叠加在溢洪道断面上(右图).
II. 施工挑战和解决方案
永久支撑解决方案在2018年至2020年的三个施工季节(大约5月至12月)中施工. NCC公司采用双钻法，将微型桩钢管套管推进到目标深度. 抽出钻杆后，用特雷米灌浆管注入干净的水泥浆液. 螺纹钢筋放入微型桩套管中, 然后取出套管切片. 套管通过B-的上部松散的土壤留在原位, C-, D-, E-和f -微型桩提供剪切和弯矩能力. 永久套管从A微型桩设计中移除，因为A微型桩处于受拉状态，不需要套管进行横向支撑.
偶尔, 遇到了阻碍，使微型桩无法达到目标深度. 在设计的981根微型桩中，只有8根无法安装. 当遇到无法通过的障碍时, A-, B-, E-, f微型桩可以从设计位置搬迁至12英寸. 障碍物阻止了在三个隔间内安装五个c型和d型微型桩. 额外的分析后, GEI确定，仅需要两个轻微偏离设计位置的补充d型微桩来满足设计意图.
历史照片显示1914年建造的原始木桩.
3. 结论
溢洪道基础修复工程是目前进行的最大的大坝基础微型桩托换工程之一，将使这座107年历史的建筑寿命再延长100年. 设计-建造采购流程在这个项目中工作得很好，因为它能够根据施工过程中遇到的条件快速调整设计. 在各方的不懈努力和奉献下，项目如期完成.
