Canadian Consulting Engineer

Award of Excellence: Chute–Caron Rehabilitation

The Chute--Caron hydroelectric development was built between 1927 and 1931 on the Saguenay River, just upstream of the town of Jonquire in northern Quebec. It consists of a 55-m high, 800-m long overflow dam closing a reservoir. The reservoir su...

November 1, 2004   Canadian Consulting Engineer

The Chute–Caron hydroelectric development was built between 1927 and 1931 on the Saguenay River, just upstream of the town of Jonquire in northern Quebec. It consists of a 55-m high, 800-m long overflow dam closing a reservoir. The reservoir supplies water to the 224-MW Chute–Caron hydroelectric power station, as well as to the 900-MW Shipshaw hydroelectric power station, which has operated in parallel with Chute–Caron since its commissioning in 1943.

The structures and gates of the Chute–Caron overflow dam were showing signs of ageing, so in 1993 Alcan launched a project to rehabilitate the facilities, contracting SNC-Lavalin to carry out the engineering and management of the project. The main objectives were to ensure the safety of the dams and extend their service life for a minimum of 30 years. SNC-Lavalin worked closely with Alcan on all three stages of the rehabilitation: the initial safety evaluation and determining what corrective action should be taken; the preliminary engineering, cost evaluation and scheduling phase; and finally the detailed design and specifications phase for all the project components. An international committee of experts reviewed the three phases.

The main works carried out on the overflow dam were:

the construction of an access bridge;

the installation of post-tensioned anchors to ensure dam stability;

the rehabilitation of the concrete dam facings;

the rehabilitation of the spillway gates, embedded parts and hoisting equipment;

the installation of a computerized dam monitoring system.

The project involved demolishing a quantity of 8,600 m3 of concrete, and installing 17,300-m3 of new concrete, 1,700 tons of structural steel and 31,300-m3 of filling materials.

Innovations

Innovative engineering and construction techniques were developed in the field of dam rehabilitation:

use of a leading edge approach for the structural stability analysis;

use of steel tendons embedded in epoxy in the post-tensioned anchors to ensure a double protection against corrosion; anchors were designed to permit de-tensioning;

application of a technique to measure the level of concrete damage in order to minimize demolition works;

improvement of concrete placing methods for facing repairs to minimize cracking; use of a self-levelling concrete;

development of a very well-performing type of expansion joint for dams, including the joint’s construction method;

design of a bulkhead log system to permit the rehabilitation of the spillway gates; the system’s installation by divers;

computerization of the dam monitoring system;

development of construction methods at the detailed engineering stage;

great use of detailed surveys to obtain precise construction drawings;

choice of a spillway bridge with a wooden deck that was also used as a work platform for the cranes.

The engineering effort produced almost 1,500 AO-type drawings, as well as 225 major technical documents such as design criteria, reports, specifications, procedures, etc.

Further to its technical complexity, the project was characterized by logistic difficulties related to operational and budgetary constraints. Works had to be planned in great detail, since the installation had to remain in operation to ensure that flood evacuation and energy generation continued. The timing of the work had to be adjusted to the availability of project funds.

The project has environmental benefits, since one of its main objectives is to extend this run-of-river hydroelectric facility’s service life by 30 years, thus permitting the generation of clean energy from a renewable resource. The positive social impacts of the project are that it ensures the safety of riparian populations. It also has a domino effect on the regional economy, thanks to the procurement policy of Alcan, which aims to maximize the purchase of goods and services from local suppliers.

Started in 1993, the project was completed in December 2002 at a total cost of $74.3 million. All the objectives were met with a good quality product delivered at a cost lower than was originally anticipated. The facility now meets all the requirements of the Dam Safety Law that was adopted in April 2002 by the Quebec government.

The experience acquired on the project has broadened engineers’ knowledge of dam rehabilitation and established references for proven methods. With the ageing of infrastructures, rehabilitation projects similar to Chute–Caron will represent a growing market for Canadian consulting engineers and contribute to spreading the expertise of Canadian engineering in the world.

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Name of project: Rfection des barrages de Chute–Caron/ Rehabilitation of Chute–Caron Hydroelectric Dam

Award-winning firm: SNC-Lavalin, Montreal (Ren Champoux, ing., Francois Couturier, ing., Michel Tremblay, ing., Toan Cung, ing., Gilbert Pleau, ing., Gilles Hudon, ing., Martin Chapdelaine, ing.

Owner: Alcan

Other key players: Bowe et Landry (materials); Techmat (soils and concrete); Len Gagne, ingnieur-conseil (blasting); Genitique-LMB (instrumentation); SEM (concrete); JMA Consultants (architecture); Triade Multimedia (3D visualization)

Supplier: Roctest (data acquisition)

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L’amnagement hydrolectrique de Chute–Caron a t construit entre les annes 1927 et 1931 sur la rivire Saguenay, juste en amont de la ville de Jonquire. Il comprend un barrage-vacuateur de 55 m de hauteur et de 800 m de longueur qui ferme le rservoir alimentant la centrale hydrolectrique de Chute–Caron (224 MW) et celle de Shipshaw (900 MW), qui est exploite en parallle depuis sa mise en service en 1943.

Les ouvrages et les quipements de vannage du barrage-vacuateur commenaient montrer des signes de leur ge. En 1993, Alcan a lanc un projet de rfection en confiant SNC-Lavalin les mandats d’ingnierie et de gestion de projet. Les principaux objectifs du projet taient d’assurer la scurit des barrages et d’en prolonger la vie utile d’au moins 30 ans.

Le projet s’est droul en trois tapes au cours desquelles SNC-Lavalin a travaill de concert avec Alcan: l’tude d’valuation des ouvrages et des quipements a permis de poser les diagnostics et d’tablir les mesures correctives apporter; l’tape d’ingnierie prliminaire pour estimer les cots de construction et planifier la ralisation compte tenu de contraintes oprationnelles et budgtaires; enfin, la conception dtaille des lments du projet. Un comit d’experts internationaux a revu les trois phases.

Les principaux travaux raliss sur le barrage-vacuateur de Chute–Caron comprenaient:

la construction d’un pont d’accs;

l’installation d’ancrages post-tendus afin d’assurer la stabilit du barrage;

la rfection des parements en bton du barrage;

la rfection des vannes de l’vacuateur de crue, de leurs pices encastres et des quipements de levage;

l’installation d’un systme d’auscultation informatis.

Les principales quantits requises pour la mise en uvre du projet se rsument comme suit : bton mis en place 17,300 m3; bton dmoli 8,600 m3; nouvel acier de charpente 1,700 tonnes; remblai mis en place 31,300 m3.

Au cours des tudes et de la ralisation du projet, des techniques novatrices d’ingnierie et de construction ont t dveloppes dans le domaine de la rfection des barrages. Les faits saillants suivants ont t retenus:

l’utilisation d’une approche avant-gardiste pour l’analyse de stabilit des ouvrages;

l’utilisation de torons d’acier enrobs d’poxy dans les ancrages post-tendus pour assurer une double protection contre la corrosion; ttes d’ancrage conues pour permettre le d-tensionnement;

l’application d’une technique de mesure de l’endommagement du bton afin de minimiser les travaux de dmolition;

le perfectionnement des techniques de mise en place du bton de rparation des parements pour rduire la fissuration; utilisation de bton autolissant;

la mise au point d’un type de joint de dilatation trs performant pour barrage et de sa mthode de construction;

la conception d’un systme de poutrelles batardeau pour permettre la rfection des vannes de l’vacuateur de crue; son installation par des plong
eurs;

l’informatisation du systme d’instrumentation du barrage;

le dveloppement des mthodes de construction au stade de l’ingnierie dtaille;

une grande utilisation de l’arpentage dtaill des ouvrages afin d’obtenir des dessins de construction prcis;

le choix d’un pont tablier de bois sur l’vacuateur de crue, qui servit aussi de plate-forme de travail pour les grues.

En outre, l’effort d’ingnierie a produit 1,500 dessins format A0 ainsi que 225 documents techniques (critres, rapports, spcifications, procdures, etc.).

En plus de la complexit technique, le projet tait caractris par des difficults logistiques lies aux contraintes oprationnelles et budgtaires. Les travaux ont donc fait l’objet d’une planification trs dtaille, tant donn que l’ouvrage devait rester fonctionnel durant les travaux pour assurer l’vacuation des crues et la production d’lectricit. Enfin, le rythme des travaux a d tre ajust la disponibilit des fonds.

Le projet s’inscrit bien dans le concept du dveloppement durable, puisque l’un de ses principaux objectifs consiste prolonger sa vie utile d’au moins 30 ans. Cet amnagement hydrolectrique exploit au fil de l’eau permet de produire une nergie propre partir d’une ressource renouvelable.

Les impacts sociaux du projet sont galement positifs puisque son objectif principal vise la scurit des barrages et donc celle des populations riveraines. En outre, les effets d’entranement du projet sur l’conomie rgionale ont t accrus par la politique d’approvisionnement d’Alcan qui vise maximiser l’acquisition de biens et services auprs des fournisseurs locaux.

Le projet a t achev en dcembre 2002 un cot global de $74.3 millions — cot infrieur celui prvu l’origine. L’amnagement satisfait maintenant toutes les exigences de la Loi sur la scurit des barrages qui a t adopte en avril 2002 par le gouvernement du Qubec.

La ralisation du projet a atteint tous les objectifs fixs au dpart en donnant un produit de trs bonne qualit. L’exprience acquise sur ce projet a permis de parfaire le savoir-faire en rfection de barrages et d’tablir des points de rfrence quant aux mthodes prouves. Avec le vieillissement des infrastructures, les projets de rfection comme celui des barrages de Chute–Caron reprsentent une part grandissante du march pour les ingnieurs-conseils. Ces projets contribuent donc au rayonnement du gnie canadien dans le monde.


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