苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤烟囱排水体拉模施工工艺
2014-12-22王军雷
王军雷
【摘要】烟囱排水体即粘土心墙坝中由反滤料和排水料组成的排水结构。苏丹上阿特巴拉C1A项目部右岸土堤烟囱排水体填筑施工过程采用了拉模施工新工艺。该烟囱排水体设计尺寸较小，施工误差允许范围小，本身施工难度比较大。如果利用常规的方法采用自卸汽车卸料、推土机铺料、反铲修坡，必然会降低施工效率并增加施工成本。综合考虑项目的烟囱排水体设计、料源储备、使用便捷性等实际情况，反复进行试验确定了拉模的尺寸。并在现场遵照测量放线、模具就为、反铲装料、机械拉模的工艺流程进行施工。该工艺可应用于不同的烟囱排水体设计，修改模具的具体尺寸以满足设计要求，从而制作出合理的施工模具，该拉模工艺的推广使用，必然会对整个粘土心墙坝填筑工程的施工进度产生巨大的影响，提高施工效率并大幅节约施工成本。
【关键词】粘土心墙坝;施工;烟囱排水体;拉模;工艺
Die right bank embankment construction chimney drain body processes Sudan on Atbara C1A project
Wang Jun-lei
（SINOHYDRO Corporation LimitedBeijing100048）
【Abstract】That chimney drain body by anti-filter drainage structures and drainage material consisting of clay core dam. Filling the construction process on the Atbara Sudan C1A right bank embankment project department chimney drain body with a new construction technology die. The small size of the chimney drain body design， construction error allowed a small range， the construction itself is more difficult. If using conventional methods using dump truck unloading， bulldozers shop materials， backhoe repair slope， will inevitably reduce the efficiency of construction and increased construction costs. Considering the project's chimney drain body design， source material reserves， ease of use of the actual situation， etc.， repeated testing to determine the die size. And on-site follow Surveying， mold it is， backhoe loader， mechanical die of the construction process. The process can be applied to different chimney drain body design， modify the specific dimensions of the mold in order to meet the design requirements， thus making a reasonable construction of the mold， to promote the use of the die process， bound to the entire clay core embankment dam project construction schedule have a huge impact， improve construction efficiency and significant savings in construction costs.
【Key words】Clay core dam;Construction;Chimney drain body;Die;Technology
1. 工程概况
（1）苏丹上阿特巴拉大坝枢纽工程位于苏丹、埃塞俄比亚和厄立特里亚三国交界，地处苏丹东南方，距离苏丹首都喀土穆约490Km、距离苏丹港659Km。主要由上阿特巴拉河上的鲁美拉（ Rumela）大坝及塞体提河上的波大那（ Burdana）大坝组成，中间由连接渠连接，以最终在上游形成一个连通的大水库。
（2）枢纽主要功能为灌溉、供水，兼顾发电，总装机32万KW。工期2010年5月15日至2015年9月19日。工程建成后水库库容将达到30亿m3，灌溉面积达50万公顷，为当地及周边700万人口解决灌溉用水，为300万人口提供饮用水保障，为上百万人提供电力供应，苏丹三分之一的人口将因此直接受益。
图1苏丹上阿特巴拉C1A项目
右岸土堤设计图
（3）鲁美拉大坝设计全长约6348.28m。从左到右依次分布有：左岸土堤、左岸心墙坝、左岸灌溉取水口、溢流坝、河床心墙坝、进水口及厂房、右岸心墙坝、及右岸土堤。其中右岸土堤位于最后侧，最大高度27.8m，长度950m。
图2苏丹上阿特巴拉C1A项目
右岸土堤烟囱排水体设计图
m3
2. 施工模具应用背景
在苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤填筑施工过程中，结合工程师设计图纸中烟囱排水体设计尺寸较小的因素（反滤料/排水料/反滤料-3a/3b/3a：0.84m/1.26m/0.84m）。根据此设计相应的施工模具，利用该模具可以一次性完成上述三种材料（3a/3b/3a）的填筑，这大大节省了施工时间，减小了施工难度，节省了施工机械的使用频率，加快了施工进度，保证了施工质量。该模具适用于各种土石坝填筑中烟囱排水体设计尺寸较小，利用大型施工机械施工困难的情形，据此可以设计满足设计要求的模具。
3. 施工模具设计原理
3.1模具使用原理。
（1）利用施工模具将不同的填筑物料（3a/3b/3a：反滤料/排水料/反滤料）集中于料仓内并成型，利用反铲或推土机拉动模具前行，随着模具的前进填筑物料自然下落成型达到满足设计要求的宽度和坡度。
（2）苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤设计图、烟囱排水体设计图、施工图、模具设计图见图1～图4。
图3苏丹上阿特巴拉C1A项目
右岸土堤烟囱排水体施工图
图4最终模具设计图
3.2模具设计理念。
（1）由于苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤烟囱排水体设计宽度较小（3a/3b/3a：0.84m/1.26m/0.84m），使用大型机械（反铲、推土机、自卸汽车）直接施工困难，一般自卸汽车卸料宽度为2～3m，远远大于该烟囱排水体最小设计宽度0.84m，如果利用常规的方法采用自卸汽车卸料、推土机铺料、反铲修坡，必然会大大地降低施工效率，并且增加大量的人员投入，而且该烟囱排水体设计尺寸较小，施工误差允许范围小，本身施工难度比较大，综合上述各方面因素，采用一种全新的施工方法来完成该填筑是必须的，模具就是在这样的情况下诞生的。
（2）一种新型模具的投入使用必然要经过现场试验的论证，在该模具的设计过程中，首先需要考虑的就是上下游坡度问题，设计图纸（图1）中上游侧反滤料边坡为3：1为反坡，如果按常规方法无法填筑，考虑到实际施工需要，必然要设计成正坡，以满足施工要求，这就涉及到超填的问题，结合苏丹上阿特巴拉C1A项目部3a料产量不充足的情况，为减少超填料，最初的模具上游侧坡比设计为1：3正坡，下游侧坡比设计也为1：3正坡，模具设计高度为65cm，上游侧3a料顶部设计宽度为0.74cm，最初模具设计图见图5。
图5最初模具设计图
图6模具前段圆弧段
图7拉模施工工艺流程图
（3）通过在现场做试验，在这种情况下，拉模成型后，由于设计坡度较陡（1：3），容易垮坡，监理工程师考虑到上游烟囱排水体3a料设计宽度本来就窄（0.74m），如果再垮坡的话，会对土石坝整体防渗结构造成影响，故在该模具的基础上，对上述模具进行了设计修改，形成了最终模具（图3），具体修改就是将上游侧和下游侧坡度都变缓为1：1，上游侧3a料顶部宽度修改为与设计尺寸相同（0.84m），这样就避免了设计宽度不足和垮坡的隐患。该新模具通过在现场实践，拉模后成型效果很好，得到了监理工程师的高度认同。
（4）另外一个设计方面的因素就是模具前端设计为弧段，考虑到拉模过程中模具前端难免会存在集料情况以及阻力影响，设计为圆弧段很好的解决了这一问题，详细见图6。
（5）模具整体采用5mm和10mm的钢板焊接组成，考虑到采用VOLVO EC240B反铲吊装模具移动，受重量的影响，受力的部位采用10mm钢板，不承力的部位采用5mm钢板，该模具总重量约3.0t。
（6）目前该模具已经在苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤填筑工程中得到了很好的应用，该模具的投入使用，保证了上阿特巴拉C1A项目右岸土堤填筑的施工进度，同时大大减小了人力资源以及设备资源的投入。
4. 施工工艺流程
苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤烟囱排水体拉模施工工艺流程图见图7。
4.1测量放线。
由于设计边坡为3：1，在模具设计过程中，为了防止边坡垮坡，坡度设计修改为1：1，填筑过程中存在料物超填，测量放线时应按照模具实际尺寸进行边界控制。测量放线图见图8。
图8测量放线图
4.2模具就位。
测量放线完成后，进行模具的摆放，利用VOLVO EC240B反铲吊装模具（模具上部料仓挡板设有拉环），模具就位后应注意保证模具外侧轮廓与测量放线边界平行，不准有偏差。
4.3反铲装料。
模具就位后，进行装料，反铲自自卸汽车装料后装料于料斗，一共有两种料物（反滤料、排水料），由于设计料斗容料有限，反铲卸料过程中应防止料物侵占。反铲卸料图见图9。
图9反铲卸料图
4.4推土机或反铲拉模。
（1）装料完成后，开始拉模，拉模过程中推土机应缓慢前行，控制行进速度，保持沿水平方向前行，现场施工人员应随时观察料斗中物料的剩余情况，及时停止拉模。一般装一次料可以前进6m（模具长度3m），推土机拉模图见图10。
图10推土机拉模图
（2）模具前端底部焊接有两个拉环，模具通过钢丝绳与推土机连接，连接图详细见图11。
图11推土机与模具连接图
（3）一次拉模完成后，如果模具前方有集料情况，应及时处理，避免下次拉模时造成料物污染，处理完成后方可进行下一次拉模施工，重复上诉步骤，进行下一次拉模施工，如此循环往复。
5. 质量控制
5.1质量要求。
技术规范中对填筑边界控制的要求是保证碾压后填筑料物边界在设计边界允许的偏离范围之内。其中垂直坝轴线方向，允许的误差范围为-200mm～+200mm，不允许区间分界线之间有突变。另外还需保证在拉摸施工过程中，3a、3b和1区料3种物料之间无侵占污染，从而确保烟囱排水体可以发挥最优的坝体排水功能。
5.2质量控制。
5.2.1由于烟囱排水体设计宽度本来就小，所以测量放线时一定要按照设计边线结合模具施工边线进行严格控制，由现场技术员和测量员一起进行放线，放线完成后可对上下层之间的水平距离进行量测以检验放线是否准确。
5.2.2模具一定要按照放样边线进行放置，不允许有偏离，并保证平行于放样边线，避免因错位太多而影响排水体的功效。
5.2.3拉模过程中控制模具沿水平方向前进，尽可能保证拉摸轨迹与放样边线重合，如果在拉模过程中发现有偏离，应立刻停止拉模，并校正模具摆放位置，同时控制推土机行进速度，检查料物剩余情况，及时停止拉模。
5.2.4每次拉模完成后，应检查模具前方是否有集料情况，如有应及时处理，防止料物污染。
6. 结束语
伴随着中国在海外兴建的水利水电工程项目的越来越多，海外很多大坝都是土石坝，在土石坝填筑过程中，可以根据不同的烟囱排水体设计，修改模具的具体尺寸以满足设计要求，从而制作出合理的施工模具，该拉模工艺的推广使用，必然会对整个工程的施工进度产生巨大的影响，大大的节约施工成本。
3. 施工模具设计原理
3.1模具使用原理。
（1）利用施工模具将不同的填筑物料（3a/3b/3a：反滤料/排水料/反滤料）集中于料仓内并成型，利用反铲或推土机拉动模具前行，随着模具的前进填筑物料自然下落成型达到满足设计要求的宽度和坡度。
（2）苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤设计图、烟囱排水体设计图、施工图、模具设计图见图1～图4。
图3苏丹上阿特巴拉C1A项目
右岸土堤烟囱排水体施工图
图4最终模具设计图
3.2模具设计理念。
（1）由于苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤烟囱排水体设计宽度较小（3a/3b/3a：0.84m/1.26m/0.84m），使用大型机械（反铲、推土机、自卸汽车）直接施工困难，一般自卸汽车卸料宽度为2～3m，远远大于该烟囱排水体最小设计宽度0.84m，如果利用常规的方法采用自卸汽车卸料、推土机铺料、反铲修坡，必然会大大地降低施工效率，并且增加大量的人员投入，而且该烟囱排水体设计尺寸较小，施工误差允许范围小，本身施工难度比较大，综合上述各方面因素，采用一种全新的施工方法来完成该填筑是必须的，模具就是在这样的情况下诞生的。
（2）一种新型模具的投入使用必然要经过现场试验的论证，在该模具的设计过程中，首先需要考虑的就是上下游坡度问题，设计图纸（图1）中上游侧反滤料边坡为3：1为反坡，如果按常规方法无法填筑，考虑到实际施工需要，必然要设计成正坡，以满足施工要求，这就涉及到超填的问题，结合苏丹上阿特巴拉C1A项目部3a料产量不充足的情况，为减少超填料，最初的模具上游侧坡比设计为1：3正坡，下游侧坡比设计也为1：3正坡，模具设计高度为65cm，上游侧3a料顶部设计宽度为0.74cm，最初模具设计图见图5。
图5最初模具设计图
图6模具前段圆弧段
图7拉模施工工艺流程图
（3）通过在现场做试验，在这种情况下，拉模成型后，由于设计坡度较陡（1：3），容易垮坡，监理工程师考虑到上游烟囱排水体3a料设计宽度本来就窄（0.74m），如果再垮坡的话，会对土石坝整体防渗结构造成影响，故在该模具的基础上，对上述模具进行了设计修改，形成了最终模具（图3），具体修改就是将上游侧和下游侧坡度都变缓为1：1，上游侧3a料顶部宽度修改为与设计尺寸相同（0.84m），这样就避免了设计宽度不足和垮坡的隐患。该新模具通过在现场实践，拉模后成型效果很好，得到了监理工程师的高度认同。
（4）另外一个设计方面的因素就是模具前端设计为弧段，考虑到拉模过程中模具前端难免会存在集料情况以及阻力影响，设计为圆弧段很好的解决了这一问题，详细见图6。
（5）模具整体采用5mm和10mm的钢板焊接组成，考虑到采用VOLVO EC240B反铲吊装模具移动，受重量的影响，受力的部位采用10mm钢板，不承力的部位采用5mm钢板，该模具总重量约3.0t。
（6）目前该模具已经在苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤填筑工程中得到了很好的应用，该模具的投入使用，保证了上阿特巴拉C1A项目右岸土堤填筑的施工进度，同时大大减小了人力资源以及设备资源的投入。
4. 施工工艺流程
苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤烟囱排水体拉模施工工艺流程图见图7。
4.1测量放线。
由于设计边坡为3：1，在模具设计过程中，为了防止边坡垮坡，坡度设计修改为1：1，填筑过程中存在料物超填，测量放线时应按照模具实际尺寸进行边界控制。测量放线图见图8。
图8测量放线图
4.2模具就位。
测量放线完成后，进行模具的摆放，利用VOLVO EC240B反铲吊装模具（模具上部料仓挡板设有拉环），模具就位后应注意保证模具外侧轮廓与测量放线边界平行，不准有偏差。
4.3反铲装料。
模具就位后，进行装料，反铲自自卸汽车装料后装料于料斗，一共有两种料物（反滤料、排水料），由于设计料斗容料有限，反铲卸料过程中应防止料物侵占。反铲卸料图见图9。
图9反铲卸料图
4.4推土机或反铲拉模。
（1）装料完成后，开始拉模，拉模过程中推土机应缓慢前行，控制行进速度，保持沿水平方向前行，现场施工人员应随时观察料斗中物料的剩余情况，及时停止拉模。一般装一次料可以前进6m（模具长度3m），推土机拉模图见图10。
图10推土机拉模图
（2）模具前端底部焊接有两个拉环，模具通过钢丝绳与推土机连接，连接图详细见图11。
图11推土机与模具连接图
（3）一次拉模完成后，如果模具前方有集料情况，应及时处理，避免下次拉模时造成料物污染，处理完成后方可进行下一次拉模施工，重复上诉步骤，进行下一次拉模施工，如此循环往复。
5. 质量控制
5.1质量要求。
技术规范中对填筑边界控制的要求是保证碾压后填筑料物边界在设计边界允许的偏离范围之内。其中垂直坝轴线方向，允许的误差范围为-200mm～+200mm，不允许区间分界线之间有突变。另外还需保证在拉摸施工过程中，3a、3b和1区料3种物料之间无侵占污染，从而确保烟囱排水体可以发挥最优的坝体排水功能。
5.2质量控制。
5.2.1由于烟囱排水体设计宽度本来就小，所以测量放线时一定要按照设计边线结合模具施工边线进行严格控制，由现场技术员和测量员一起进行放线，放线完成后可对上下层之间的水平距离进行量测以检验放线是否准确。
5.2.2模具一定要按照放样边线进行放置，不允许有偏离，并保证平行于放样边线，避免因错位太多而影响排水体的功效。
5.2.3拉模过程中控制模具沿水平方向前进，尽可能保证拉摸轨迹与放样边线重合，如果在拉模过程中发现有偏离，应立刻停止拉模，并校正模具摆放位置，同时控制推土机行进速度，检查料物剩余情况，及时停止拉模。
5.2.4每次拉模完成后，应检查模具前方是否有集料情况，如有应及时处理，防止料物污染。
6. 结束语
伴随着中国在海外兴建的水利水电工程项目的越来越多，海外很多大坝都是土石坝，在土石坝填筑过程中，可以根据不同的烟囱排水体设计，修改模具的具体尺寸以满足设计要求，从而制作出合理的施工模具，该拉模工艺的推广使用，必然会对整个工程的施工进度产生巨大的影响，大大的节约施工成本。
3. 施工模具设计原理
3.1模具使用原理。
（1）利用施工模具将不同的填筑物料（3a/3b/3a：反滤料/排水料/反滤料）集中于料仓内并成型，利用反铲或推土机拉动模具前行，随着模具的前进填筑物料自然下落成型达到满足设计要求的宽度和坡度。
（2）苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤设计图、烟囱排水体设计图、施工图、模具设计图见图1～图4。
图3苏丹上阿特巴拉C1A项目
右岸土堤烟囱排水体施工图
图4最终模具设计图
3.2模具设计理念。
（1）由于苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤烟囱排水体设计宽度较小（3a/3b/3a：0.84m/1.26m/0.84m），使用大型机械（反铲、推土机、自卸汽车）直接施工困难，一般自卸汽车卸料宽度为2～3m，远远大于该烟囱排水体最小设计宽度0.84m，如果利用常规的方法采用自卸汽车卸料、推土机铺料、反铲修坡，必然会大大地降低施工效率，并且增加大量的人员投入，而且该烟囱排水体设计尺寸较小，施工误差允许范围小，本身施工难度比较大，综合上述各方面因素，采用一种全新的施工方法来完成该填筑是必须的，模具就是在这样的情况下诞生的。
（2）一种新型模具的投入使用必然要经过现场试验的论证，在该模具的设计过程中，首先需要考虑的就是上下游坡度问题，设计图纸（图1）中上游侧反滤料边坡为3：1为反坡，如果按常规方法无法填筑，考虑到实际施工需要，必然要设计成正坡，以满足施工要求，这就涉及到超填的问题，结合苏丹上阿特巴拉C1A项目部3a料产量不充足的情况，为减少超填料，最初的模具上游侧坡比设计为1：3正坡，下游侧坡比设计也为1：3正坡，模具设计高度为65cm，上游侧3a料顶部设计宽度为0.74cm，最初模具设计图见图5。
图5最初模具设计图
图6模具前段圆弧段
图7拉模施工工艺流程图
（3）通过在现场做试验，在这种情况下，拉模成型后，由于设计坡度较陡（1：3），容易垮坡，监理工程师考虑到上游烟囱排水体3a料设计宽度本来就窄（0.74m），如果再垮坡的话，会对土石坝整体防渗结构造成影响，故在该模具的基础上，对上述模具进行了设计修改，形成了最终模具（图3），具体修改就是将上游侧和下游侧坡度都变缓为1：1，上游侧3a料顶部宽度修改为与设计尺寸相同（0.84m），这样就避免了设计宽度不足和垮坡的隐患。该新模具通过在现场实践，拉模后成型效果很好，得到了监理工程师的高度认同。
（4）另外一个设计方面的因素就是模具前端设计为弧段，考虑到拉模过程中模具前端难免会存在集料情况以及阻力影响，设计为圆弧段很好的解决了这一问题，详细见图6。
（5）模具整体采用5mm和10mm的钢板焊接组成，考虑到采用VOLVO EC240B反铲吊装模具移动，受重量的影响，受力的部位采用10mm钢板，不承力的部位采用5mm钢板，该模具总重量约3.0t。
（6）目前该模具已经在苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤填筑工程中得到了很好的应用，该模具的投入使用，保证了上阿特巴拉C1A项目右岸土堤填筑的施工进度，同时大大减小了人力资源以及设备资源的投入。
4. 施工工艺流程
苏丹上阿特巴拉C1A项目右岸土堤烟囱排水体拉模施工工艺流程图见图7。
4.1测量放线。
由于设计边坡为3：1，在模具设计过程中，为了防止边坡垮坡，坡度设计修改为1：1，填筑过程中存在料物超填，测量放线时应按照模具实际尺寸进行边界控制。测量放线图见图8。
图8测量放线图
4.2模具就位。
测量放线完成后，进行模具的摆放，利用VOLVO EC240B反铲吊装模具（模具上部料仓挡板设有拉环），模具就位后应注意保证模具外侧轮廓与测量放线边界平行，不准有偏差。
4.3反铲装料。
模具就位后，进行装料，反铲自自卸汽车装料后装料于料斗，一共有两种料物（反滤料、排水料），由于设计料斗容料有限，反铲卸料过程中应防止料物侵占。反铲卸料图见图9。
图9反铲卸料图
4.4推土机或反铲拉模。
（1）装料完成后，开始拉模，拉模过程中推土机应缓慢前行，控制行进速度，保持沿水平方向前行，现场施工人员应随时观察料斗中物料的剩余情况，及时停止拉模。一般装一次料可以前进6m（模具长度3m），推土机拉模图见图10。
图10推土机拉模图
（2）模具前端底部焊接有两个拉环，模具通过钢丝绳与推土机连接，连接图详细见图11。
图11推土机与模具连接图
（3）一次拉模完成后，如果模具前方有集料情况，应及时处理，避免下次拉模时造成料物污染，处理完成后方可进行下一次拉模施工，重复上诉步骤，进行下一次拉模施工，如此循环往复。
5. 质量控制
5.1质量要求。
技术规范中对填筑边界控制的要求是保证碾压后填筑料物边界在设计边界允许的偏离范围之内。其中垂直坝轴线方向，允许的误差范围为-200mm～+200mm，不允许区间分界线之间有突变。另外还需保证在拉摸施工过程中，3a、3b和1区料3种物料之间无侵占污染，从而确保烟囱排水体可以发挥最优的坝体排水功能。
5.2质量控制。
5.2.1由于烟囱排水体设计宽度本来就小，所以测量放线时一定要按照设计边线结合模具施工边线进行严格控制，由现场技术员和测量员一起进行放线，放线完成后可对上下层之间的水平距离进行量测以检验放线是否准确。
5.2.2模具一定要按照放样边线进行放置，不允许有偏离，并保证平行于放样边线，避免因错位太多而影响排水体的功效。
5.2.3拉模过程中控制模具沿水平方向前进，尽可能保证拉摸轨迹与放样边线重合，如果在拉模过程中发现有偏离，应立刻停止拉模，并校正模具摆放位置，同时控制推土机行进速度，检查料物剩余情况，及时停止拉模。
5.2.4每次拉模完成后，应检查模具前方是否有集料情况，如有应及时处理，防止料物污染。
6. 结束语
伴随着中国在海外兴建的水利水电工程项目的越来越多，海外很多大坝都是土石坝，在土石坝填筑过程中，可以根据不同的烟囱排水体设计，修改模具的具体尺寸以满足设计要求，从而制作出合理的施工模具，该拉模工艺的推广使用，必然会对整个工程的施工进度产生巨大的影响，大大的节约施工成本。
