王軍雷
【摘要】煙囪排水體即粘土心墻壩中由反濾料和排水料組成的排水結構。蘇丹上阿特巴拉C1A項目部右岸土堤煙囪排水體填筑施工過程采用了拉模施工新工藝。該煙囪排水體設計尺寸較小,施工誤差允許范圍小,本身施工難度比較大。如果利用常規的方法采用自卸汽車卸料、推土機鋪料、反鏟修坡,必然會降低施工效率并增加施工成本。綜合考慮項目的煙囪排水體設計、料源儲備、使用便捷性等實際情況,反復進行試驗確定了拉模的尺寸。并在現場遵照測量放線、模具就為、反鏟裝料、機械拉模的工藝流程進行施工。該工藝可應用于不同的煙囪排水體設計,修改模具的具體尺寸以滿足設計要求,從而制作出合理的施工模具,該拉模工藝的推廣使用,必然會對整個粘土心墻壩填筑工程的施工進度產生巨大的影響,提高施工效率并大幅節約施工成本。
【關鍵詞】粘土心墻壩;施工;煙囪排水體;拉模;工藝
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. 工程概況
(1)蘇丹上阿特巴拉大壩樞紐工程位于蘇丹、埃塞俄比亞和厄立特里亞三國交界,地處蘇丹東南方,距離蘇丹首都喀土穆約490Km、距離蘇丹港659Km。主要由上阿特巴拉河上的魯美拉( Rumela)大壩及塞體提河上的波大那( Burdana)大壩組成,中間由連接渠連接,以最終在上游形成一個連通的大水庫。
(2)樞紐主要功能為灌溉、供水,兼顧發電,總裝機32萬KW。工期2010年5月15日至2015年9月19日。工程建成后水庫庫容將達到30億m3,灌溉面積達50萬公頃,為當地及周邊700萬人口解決灌溉用水,為300萬人口提供飲用水保障,為上百萬人提供電力供應,蘇丹三分之一的人口將因此直接受益。
圖1蘇丹上阿特巴拉C1A項目
右岸土堤設計圖
(3)魯美拉大壩設計全長約6348.28m。從左到右依次分布有:左岸土堤、左岸心墻壩、左岸灌溉取水口、溢流壩、河床心墻壩、進水口及廠房、右岸心墻壩、及右岸土堤。其中右岸土堤位于最后側,最大高度27.8m,長度950m。
圖2蘇丹上阿特巴拉C1A項目
右岸土堤煙囪排水體設計圖
m3
2. 施工模具應用背景
在蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤填筑施工過程中,結合工程師設計圖紙中煙囪排水體設計尺寸較小的因素(反濾料/排水料/反濾料-3a/3b/3a:0.84m/1.26m/0.84m)。根據此設計相應的施工模具,利用該模具可以一次性完成上述三種材料(3a/3b/3a)的填筑,這大大節省了施工時間,減小了施工難度,節省了施工機械的使用頻率,加快了施工進度,保證了施工質量。該模具適用于各種土石壩填筑中煙囪排水體設計尺寸較小,利用大型施工機械施工困難的情形,據此可以設計滿足設計要求的模具。
3. 施工模具設計原理
3.1模具使用原理。
(1)利用施工模具將不同的填筑物料(3a/3b/3a:反濾料/排水料/反濾料)集中于料倉內并成型,利用反鏟或推土機拉動模具前行,隨著模具的前進填筑物料自然下落成型達到滿足設計要求的寬度和坡度。
(2)蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤設計圖、煙囪排水體設計圖、施工圖、模具設計圖見圖1~圖4。
圖3蘇丹上阿特巴拉C1A項目
右岸土堤煙囪排水體施工圖
圖4最終模具設計圖
3.2模具設計理念。
(1)由于蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤煙囪排水體設計寬度較小(3a/3b/3a:0.84m/1.26m/0.84m),使用大型機械(反鏟、推土機、自卸汽車)直接施工困難,一般自卸汽車卸料寬度為2~3m,遠遠大于該煙囪排水體最小設計寬度0.84m,如果利用常規的方法采用自卸汽車卸料、推土機鋪料、反鏟修坡,必然會大大地降低施工效率,并且增加大量的人員投入,而且該煙囪排水體設計尺寸較小,施工誤差允許范圍小,本身施工難度比較大,綜合上述各方面因素,采用一種全新的施工方法來完成該填筑是必須的,模具就是在這樣的情況下誕生的。
(2)一種新型模具的投入使用必然要經過現場試驗的論證,在該模具的設計過程中,首先需要考慮的就是上下游坡度問題,設計圖紙(圖1)中上游側反濾料邊坡為3:1為反坡,如果按常規方法無法填筑,考慮到實際施工需要,必然要設計成正坡,以滿足施工要求,這就涉及到超填的問題,結合蘇丹上阿特巴拉C1A項目部3a料產量不充足的情況,為減少超填料,最初的模具上游側坡比設計為1:3正坡,下游側坡比設計也為1:3正坡,模具設計高度為65cm,上游側3a料頂部設計寬度為0.74cm,最初模具設計圖見圖5。
圖5最初模具設計圖
圖6模具前段圓弧段
圖7拉模施工工藝流程圖
(3)通過在現場做試驗,在這種情況下,拉模成型后,由于設計坡度較陡(1:3),容易垮坡,監理工程師考慮到上游煙囪排水體3a料設計寬度本來就窄(0.74m),如果再垮坡的話,會對土石壩整體防滲結構造成影響,故在該模具的基礎上,對上述模具進行了設計修改,形成了最終模具(圖3),具體修改就是將上游側和下游側坡度都變緩為1:1,上游側3a料頂部寬度修改為與設計尺寸相同(0.84m),這樣就避免了設計寬度不足和垮坡的隱患。該新模具通過在現場實踐,拉模后成型效果很好,得到了監理工程師的高度認同。
(4)另外一個設計方面的因素就是模具前端設計為弧段,考慮到拉模過程中模具前端難免會存在集料情況以及阻力影響,設計為圓弧段很好的解決了這一問題,詳細見圖6。
(5)模具整體采用5mm和10mm的鋼板焊接組成,考慮到采用VOLVO EC240B反鏟吊裝模具移動,受重量的影響,受力的部位采用10mm鋼板,不承力的部位采用5mm鋼板,該模具總重量約3.0t。
(6)目前該模具已經在蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤填筑工程中得到了很好的應用,該模具的投入使用,保證了上阿特巴拉C1A項目右岸土堤填筑的施工進度,同時大大減小了人力資源以及設備資源的投入。
4. 施工工藝流程
蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤煙囪排水體拉模施工工藝流程圖見圖7。
4.1測量放線。
由于設計邊坡為3:1,在模具設計過程中,為了防止邊坡垮坡,坡度設計修改為1:1,填筑過程中存在料物超填,測量放線時應按照模具實際尺寸進行邊界控制。測量放線圖見圖8。
圖8測量放線圖
4.2模具就位。
測量放線完成后,進行模具的擺放,利用VOLVO EC240B反鏟吊裝模具(模具上部料倉擋板設有拉環),模具就位后應注意保證模具外側輪廓與測量放線邊界平行,不準有偏差。
4.3反鏟裝料。
模具就位后,進行裝料,反鏟自自卸汽車裝料后裝料于料斗,一共有兩種料物(反濾料、排水料),由于設計料斗容料有限,反鏟卸料過程中應防止料物侵占。反鏟卸料圖見圖9。
圖9反鏟卸料圖
4.4推土機或反鏟拉模。
(1)裝料完成后,開始拉模,拉模過程中推土機應緩慢前行,控制行進速度,保持沿水平方向前行,現場施工人員應隨時觀察料斗中物料的剩余情況,及時停止拉模。一般裝一次料可以前進6m(模具長度3m),推土機拉模圖見圖10。
圖10推土機拉模圖
(2)模具前端底部焊接有兩個拉環,模具通過鋼絲繩與推土機連接,連接圖詳細見圖11。
圖11推土機與模具連接圖
(3)一次拉模完成后,如果模具前方有集料情況,應及時處理,避免下次拉模時造成料物污染,處理完成后方可進行下一次拉模施工,重復上訴步驟,進行下一次拉模施工,如此循環往復。
5. 質量控制
5.1質量要求。
技術規范中對填筑邊界控制的要求是保證碾壓后填筑料物邊界在設計邊界允許的偏離范圍之內。其中垂直壩軸線方向,允許的誤差范圍為-200mm~+200mm,不允許區間分界線之間有突變。另外還需保證在拉摸施工過程中,3a、3b和1區料3種物料之間無侵占污染,從而確保煙囪排水體可以發揮最優的壩體排水功能。
5.2質量控制。
5.2.1由于煙囪排水體設計寬度本來就小,所以測量放線時一定要按照設計邊線結合模具施工邊線進行嚴格控制,由現場技術員和測量員一起進行放線,放線完成后可對上下層之間的水平距離進行量測以檢驗放線是否準確。
5.2.2模具一定要按照放樣邊線進行放置,不允許有偏離,并保證平行于放樣邊線,避免因錯位太多而影響排水體的功效。
5.2.3拉模過程中控制模具沿水平方向前進,盡可能保證拉摸軌跡與放樣邊線重合,如果在拉模過程中發現有偏離,應立刻停止拉模,并校正模具擺放位置,同時控制推土機行進速度,檢查料物剩余情況,及時停止拉模。
5.2.4每次拉模完成后,應檢查模具前方是否有集料情況,如有應及時處理,防止料物污染。
6. 結束語
伴隨著中國在海外興建的水利水電工程項目的越來越多,海外很多大壩都是土石壩,在土石壩填筑過程中,可以根據不同的煙囪排水體設計,修改模具的具體尺寸以滿足設計要求,從而制作出合理的施工模具,該拉模工藝的推廣使用,必然會對整個工程的施工進度產生巨大的影響,大大的節約施工成本。
3. 施工模具設計原理
3.1模具使用原理。
(1)利用施工模具將不同的填筑物料(3a/3b/3a:反濾料/排水料/反濾料)集中于料倉內并成型,利用反鏟或推土機拉動模具前行,隨著模具的前進填筑物料自然下落成型達到滿足設計要求的寬度和坡度。
(2)蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤設計圖、煙囪排水體設計圖、施工圖、模具設計圖見圖1~圖4。
圖3蘇丹上阿特巴拉C1A項目
右岸土堤煙囪排水體施工圖
圖4最終模具設計圖
3.2模具設計理念。
(1)由于蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤煙囪排水體設計寬度較小(3a/3b/3a:0.84m/1.26m/0.84m),使用大型機械(反鏟、推土機、自卸汽車)直接施工困難,一般自卸汽車卸料寬度為2~3m,遠遠大于該煙囪排水體最小設計寬度0.84m,如果利用常規的方法采用自卸汽車卸料、推土機鋪料、反鏟修坡,必然會大大地降低施工效率,并且增加大量的人員投入,而且該煙囪排水體設計尺寸較小,施工誤差允許范圍小,本身施工難度比較大,綜合上述各方面因素,采用一種全新的施工方法來完成該填筑是必須的,模具就是在這樣的情況下誕生的。
(2)一種新型模具的投入使用必然要經過現場試驗的論證,在該模具的設計過程中,首先需要考慮的就是上下游坡度問題,設計圖紙(圖1)中上游側反濾料邊坡為3:1為反坡,如果按常規方法無法填筑,考慮到實際施工需要,必然要設計成正坡,以滿足施工要求,這就涉及到超填的問題,結合蘇丹上阿特巴拉C1A項目部3a料產量不充足的情況,為減少超填料,最初的模具上游側坡比設計為1:3正坡,下游側坡比設計也為1:3正坡,模具設計高度為65cm,上游側3a料頂部設計寬度為0.74cm,最初模具設計圖見圖5。
圖5最初模具設計圖
圖6模具前段圓弧段
圖7拉模施工工藝流程圖
(3)通過在現場做試驗,在這種情況下,拉模成型后,由于設計坡度較陡(1:3),容易垮坡,監理工程師考慮到上游煙囪排水體3a料設計寬度本來就窄(0.74m),如果再垮坡的話,會對土石壩整體防滲結構造成影響,故在該模具的基礎上,對上述模具進行了設計修改,形成了最終模具(圖3),具體修改就是將上游側和下游側坡度都變緩為1:1,上游側3a料頂部寬度修改為與設計尺寸相同(0.84m),這樣就避免了設計寬度不足和垮坡的隱患。該新模具通過在現場實踐,拉模后成型效果很好,得到了監理工程師的高度認同。
(4)另外一個設計方面的因素就是模具前端設計為弧段,考慮到拉模過程中模具前端難免會存在集料情況以及阻力影響,設計為圓弧段很好的解決了這一問題,詳細見圖6。
(5)模具整體采用5mm和10mm的鋼板焊接組成,考慮到采用VOLVO EC240B反鏟吊裝模具移動,受重量的影響,受力的部位采用10mm鋼板,不承力的部位采用5mm鋼板,該模具總重量約3.0t。
(6)目前該模具已經在蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤填筑工程中得到了很好的應用,該模具的投入使用,保證了上阿特巴拉C1A項目右岸土堤填筑的施工進度,同時大大減小了人力資源以及設備資源的投入。
4. 施工工藝流程
蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤煙囪排水體拉模施工工藝流程圖見圖7。
4.1測量放線。
由于設計邊坡為3:1,在模具設計過程中,為了防止邊坡垮坡,坡度設計修改為1:1,填筑過程中存在料物超填,測量放線時應按照模具實際尺寸進行邊界控制。測量放線圖見圖8。
圖8測量放線圖
4.2模具就位。
測量放線完成后,進行模具的擺放,利用VOLVO EC240B反鏟吊裝模具(模具上部料倉擋板設有拉環),模具就位后應注意保證模具外側輪廓與測量放線邊界平行,不準有偏差。
4.3反鏟裝料。
模具就位后,進行裝料,反鏟自自卸汽車裝料后裝料于料斗,一共有兩種料物(反濾料、排水料),由于設計料斗容料有限,反鏟卸料過程中應防止料物侵占。反鏟卸料圖見圖9。
圖9反鏟卸料圖
4.4推土機或反鏟拉模。
(1)裝料完成后,開始拉模,拉模過程中推土機應緩慢前行,控制行進速度,保持沿水平方向前行,現場施工人員應隨時觀察料斗中物料的剩余情況,及時停止拉模。一般裝一次料可以前進6m(模具長度3m),推土機拉模圖見圖10。
圖10推土機拉模圖
(2)模具前端底部焊接有兩個拉環,模具通過鋼絲繩與推土機連接,連接圖詳細見圖11。
圖11推土機與模具連接圖
(3)一次拉模完成后,如果模具前方有集料情況,應及時處理,避免下次拉模時造成料物污染,處理完成后方可進行下一次拉模施工,重復上訴步驟,進行下一次拉模施工,如此循環往復。
5. 質量控制
5.1質量要求。
技術規范中對填筑邊界控制的要求是保證碾壓后填筑料物邊界在設計邊界允許的偏離范圍之內。其中垂直壩軸線方向,允許的誤差范圍為-200mm~+200mm,不允許區間分界線之間有突變。另外還需保證在拉摸施工過程中,3a、3b和1區料3種物料之間無侵占污染,從而確保煙囪排水體可以發揮最優的壩體排水功能。
5.2質量控制。
5.2.1由于煙囪排水體設計寬度本來就小,所以測量放線時一定要按照設計邊線結合模具施工邊線進行嚴格控制,由現場技術員和測量員一起進行放線,放線完成后可對上下層之間的水平距離進行量測以檢驗放線是否準確。
5.2.2模具一定要按照放樣邊線進行放置,不允許有偏離,并保證平行于放樣邊線,避免因錯位太多而影響排水體的功效。
5.2.3拉模過程中控制模具沿水平方向前進,盡可能保證拉摸軌跡與放樣邊線重合,如果在拉模過程中發現有偏離,應立刻停止拉模,并校正模具擺放位置,同時控制推土機行進速度,檢查料物剩余情況,及時停止拉模。
5.2.4每次拉模完成后,應檢查模具前方是否有集料情況,如有應及時處理,防止料物污染。
6. 結束語
伴隨著中國在海外興建的水利水電工程項目的越來越多,海外很多大壩都是土石壩,在土石壩填筑過程中,可以根據不同的煙囪排水體設計,修改模具的具體尺寸以滿足設計要求,從而制作出合理的施工模具,該拉模工藝的推廣使用,必然會對整個工程的施工進度產生巨大的影響,大大的節約施工成本。
3. 施工模具設計原理
3.1模具使用原理。
(1)利用施工模具將不同的填筑物料(3a/3b/3a:反濾料/排水料/反濾料)集中于料倉內并成型,利用反鏟或推土機拉動模具前行,隨著模具的前進填筑物料自然下落成型達到滿足設計要求的寬度和坡度。
(2)蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤設計圖、煙囪排水體設計圖、施工圖、模具設計圖見圖1~圖4。
圖3蘇丹上阿特巴拉C1A項目
右岸土堤煙囪排水體施工圖
圖4最終模具設計圖
3.2模具設計理念。
(1)由于蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤煙囪排水體設計寬度較小(3a/3b/3a:0.84m/1.26m/0.84m),使用大型機械(反鏟、推土機、自卸汽車)直接施工困難,一般自卸汽車卸料寬度為2~3m,遠遠大于該煙囪排水體最小設計寬度0.84m,如果利用常規的方法采用自卸汽車卸料、推土機鋪料、反鏟修坡,必然會大大地降低施工效率,并且增加大量的人員投入,而且該煙囪排水體設計尺寸較小,施工誤差允許范圍小,本身施工難度比較大,綜合上述各方面因素,采用一種全新的施工方法來完成該填筑是必須的,模具就是在這樣的情況下誕生的。
(2)一種新型模具的投入使用必然要經過現場試驗的論證,在該模具的設計過程中,首先需要考慮的就是上下游坡度問題,設計圖紙(圖1)中上游側反濾料邊坡為3:1為反坡,如果按常規方法無法填筑,考慮到實際施工需要,必然要設計成正坡,以滿足施工要求,這就涉及到超填的問題,結合蘇丹上阿特巴拉C1A項目部3a料產量不充足的情況,為減少超填料,最初的模具上游側坡比設計為1:3正坡,下游側坡比設計也為1:3正坡,模具設計高度為65cm,上游側3a料頂部設計寬度為0.74cm,最初模具設計圖見圖5。
圖5最初模具設計圖
圖6模具前段圓弧段
圖7拉模施工工藝流程圖
(3)通過在現場做試驗,在這種情況下,拉模成型后,由于設計坡度較陡(1:3),容易垮坡,監理工程師考慮到上游煙囪排水體3a料設計寬度本來就窄(0.74m),如果再垮坡的話,會對土石壩整體防滲結構造成影響,故在該模具的基礎上,對上述模具進行了設計修改,形成了最終模具(圖3),具體修改就是將上游側和下游側坡度都變緩為1:1,上游側3a料頂部寬度修改為與設計尺寸相同(0.84m),這樣就避免了設計寬度不足和垮坡的隱患。該新模具通過在現場實踐,拉模后成型效果很好,得到了監理工程師的高度認同。
(4)另外一個設計方面的因素就是模具前端設計為弧段,考慮到拉模過程中模具前端難免會存在集料情況以及阻力影響,設計為圓弧段很好的解決了這一問題,詳細見圖6。
(5)模具整體采用5mm和10mm的鋼板焊接組成,考慮到采用VOLVO EC240B反鏟吊裝模具移動,受重量的影響,受力的部位采用10mm鋼板,不承力的部位采用5mm鋼板,該模具總重量約3.0t。
(6)目前該模具已經在蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤填筑工程中得到了很好的應用,該模具的投入使用,保證了上阿特巴拉C1A項目右岸土堤填筑的施工進度,同時大大減小了人力資源以及設備資源的投入。
4. 施工工藝流程
蘇丹上阿特巴拉C1A項目右岸土堤煙囪排水體拉模施工工藝流程圖見圖7。
4.1測量放線。
由于設計邊坡為3:1,在模具設計過程中,為了防止邊坡垮坡,坡度設計修改為1:1,填筑過程中存在料物超填,測量放線時應按照模具實際尺寸進行邊界控制。測量放線圖見圖8。
圖8測量放線圖
4.2模具就位。
測量放線完成后,進行模具的擺放,利用VOLVO EC240B反鏟吊裝模具(模具上部料倉擋板設有拉環),模具就位后應注意保證模具外側輪廓與測量放線邊界平行,不準有偏差。
4.3反鏟裝料。
模具就位后,進行裝料,反鏟自自卸汽車裝料后裝料于料斗,一共有兩種料物(反濾料、排水料),由于設計料斗容料有限,反鏟卸料過程中應防止料物侵占。反鏟卸料圖見圖9。
圖9反鏟卸料圖
4.4推土機或反鏟拉模。
(1)裝料完成后,開始拉模,拉模過程中推土機應緩慢前行,控制行進速度,保持沿水平方向前行,現場施工人員應隨時觀察料斗中物料的剩余情況,及時停止拉模。一般裝一次料可以前進6m(模具長度3m),推土機拉模圖見圖10。
圖10推土機拉模圖
(2)模具前端底部焊接有兩個拉環,模具通過鋼絲繩與推土機連接,連接圖詳細見圖11。
圖11推土機與模具連接圖
(3)一次拉模完成后,如果模具前方有集料情況,應及時處理,避免下次拉模時造成料物污染,處理完成后方可進行下一次拉模施工,重復上訴步驟,進行下一次拉模施工,如此循環往復。
5. 質量控制
5.1質量要求。
技術規范中對填筑邊界控制的要求是保證碾壓后填筑料物邊界在設計邊界允許的偏離范圍之內。其中垂直壩軸線方向,允許的誤差范圍為-200mm~+200mm,不允許區間分界線之間有突變。另外還需保證在拉摸施工過程中,3a、3b和1區料3種物料之間無侵占污染,從而確保煙囪排水體可以發揮最優的壩體排水功能。
5.2質量控制。
5.2.1由于煙囪排水體設計寬度本來就小,所以測量放線時一定要按照設計邊線結合模具施工邊線進行嚴格控制,由現場技術員和測量員一起進行放線,放線完成后可對上下層之間的水平距離進行量測以檢驗放線是否準確。
5.2.2模具一定要按照放樣邊線進行放置,不允許有偏離,并保證平行于放樣邊線,避免因錯位太多而影響排水體的功效。
5.2.3拉模過程中控制模具沿水平方向前進,盡可能保證拉摸軌跡與放樣邊線重合,如果在拉模過程中發現有偏離,應立刻停止拉模,并校正模具擺放位置,同時控制推土機行進速度,檢查料物剩余情況,及時停止拉模。
5.2.4每次拉模完成后,應檢查模具前方是否有集料情況,如有應及時處理,防止料物污染。
6. 結束語
伴隨著中國在海外興建的水利水電工程項目的越來越多,海外很多大壩都是土石壩,在土石壩填筑過程中,可以根據不同的煙囪排水體設計,修改模具的具體尺寸以滿足設計要求,從而制作出合理的施工模具,該拉模工藝的推廣使用,必然會對整個工程的施工進度產生巨大的影響,大大的節約施工成本。