浅论苏丹上阿特巴拉C1A项目河床心墙坝填筑施工与经验总结
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【摘要】苏丹上阿特巴拉c1a项目河床心墙坝填筑施工条件较为复杂。当地气候干燥炎热、雨季持续时间长、降雨时间短但雨量大对粘土填筑影响大等特点，经过对原有施工方案的优化，对该项目心墙坝填筑的工序进行了合理规划，分期三期施工;根据设计要求，制定了适合现场的特殊填筑流程，填筑施工分段分区分料进行;优化了道路布置;详细阐述炎热气候条件下对粘土填筑面的要求，以及在多雨季节粘土面填筑的注意事项，尤其是对烟囱排水体的保护方法和雨后修复措施。另外，粘土心墙坝的填筑，除了需要根据方案和现场实际情况进行精心规划和组织施工外，还需做好与国外咨询监理的沟通和现场验收准备工作，才能做到知己知彼，保障粘土心墙坝填筑工作顺利进行，满足工期要求。
【关键词】粘土心墙坝;填筑;洒水;碾压;物料污染;修复;验收
On the Sudan on the Atbara river heart C1A project Construction of embankment dam and Experience
Wang Jun-lei
（SINOHYDRO Corporation LimitedBeijing100048）
【Abstract】Sudan， Atbara C1A project on river embankment dam construction heart condition is more complicated. Local weather hot and dry， the rainy season lasted for a long time， but time is short rains clay filling affect rainfall and other characteristics， has been optimized for the original construction of the program， the heart of the project a step embankment dam with a reasonable plan， staging Phase III construction; according to the design requirements， developed a special process for filling site， filling construction materials were segmented sub-district; optimize the road layout; elaborated under hot weather conditions on the clay surface reclamation requirements， as well as in the rainy Notice season clay surface filling， especially on the chimney drain body protection methods and rain restoration measures. In addition， the clay core dam embankment， in addition to the need for careful planning and organization of work in accordance with the program and the actual situation， the need to communicate well and ready to work with the foreign site acceptance consultation and supervision in order to know ourselves， to protect the clay heart embankment dam to proceed， to meet the schedule requirements.
【Key words】Clay core dam;Filling;Sprinkler;Rolling;Material contamination;Repair;Acceptance
1. 工程概况
1.1概述。
（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。
（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。其中河床心墙坝位于上阿特巴拉河河床，左侧与溢流坝混凝土结构相接，右侧与进水口混凝土结构相接。河床心墙坝坝长425.28m，最大填筑高度50.8m，桩号范围为CH R1+367.94-CH R1+793.22。
1.2水文情况。
上阿特巴拉枢纽工程施工区位于半干旱气候区。在施工区，雨季从六月开始持续到十月，七月和八月雨量最大，月平均降雨量在180mm至200mm之间，且最大单日降水量达157mm之多。全年高温，五月、六月和十月气温最高，最低气温自十一月起至次年四月。全年白天最高温度均在40℃至46℃之间，最低温度在7℃至17℃之间。
1.3工程量。
由表1得知，在苏丹上阿特巴拉项目C1A项目河床心墙坝填筑过程中，涉及到11种料物的填筑，由于涉及到的料物种类较多，在填筑过程中，必然要根据不同的料物特性选择不同的填筑顺序，方可保证大坝整体有序的上升。
表1苏丹上阿特巴拉C1A项目河床心墙坝各区料填筑方量表
2. 施工程序
根据计划和技术方案，河床心墙坝分三期进行填筑，图1为河床心墙坝分期施工图。
图1苏丹上阿特巴拉项目C1A项目河床心墙坝分期施工图
2.1一期施工。
（1）第一期施工为上游组合围堰的填筑，主河床截流后（上下游临时围堰施工），进行基坑的开挖，其中由于基坑范围较大，需分段分块进行施工，每块开挖完成后马上进行基础振冲处理，振冲处理目的是确保基础承载力达到满足要求，其中需要利用静力触探法来测定地基承载力，振冲处理完成后即进行大面的填筑工作。
（2）考虑到河床基坑较深，两侧为陡坡，施工道路不好布置，在组合围堰下游坡脚处预留宽度为8m的范围用于修筑施工道路，该道路底部高程为EL.480.00，顶部高程为EL.500.00，道路沿着组合围堰的下游侧坡脚从左岸延伸到右岸，一期施工完成后，上游组合围堰顶部高程为EL.503.00，下游侧大面为EL.480.00。
2.2二期施工。
苏丹上阿特巴拉项目C1A项目河床心墙坝为典型的粘土心墙坝，中间为粘土心墙，两侧为坝壳料，其中粘土心墙段需要做防渗墙以及帷幕灌浆，考虑到工期较紧以及受苏丹雨季的影响，待组合围堰填筑完成后，河床中间进行帷幕灌浆的施工，河床下游大坝继续上升，即为二期施工，二期施工完成后下游侧大坝顶部高程为EL.502.00，中间粘土心墙段顶部高程为EL.480.00。
2.3三期施工。
粘土区域帷幕灌浆施工完成后，进行粘土心墙的填筑，填筑到一定高程后（EL.486.00），进行防渗墙的施工，防渗墙施工完成后，大面继续上升，达到EL.502.00后，大面与二期填筑顶部高程齐平，之后保持大面整体上升，直到填筑到坝顶。
2.4填筑分区分段。
河床心墙坝填筑采用分期分段的填筑方法，根据施工进度安排，河床心墙坝填筑施工采用分期施工，每期施工是一个工作段，每个工作段又分为几个工作面，每个工作面上分别进行卸料、平料、碾压和质检的流水作业，平起法施工，如图2所示。其中一期施工为上游组合围堰填筑施工，桩号范围为CH R1+437.94-R1+773.28，长度为335.94m，二期施工为大坝下游侧施工，桩号范围为CH R1+510.00-R1+793.22，长度为283.22m，三期施工为主坝体填筑施工，桩号范围为CH R1+367.94-R1+793.22，长度为425.28m。
3. 施工道路布置
（1）由于填筑料物种类多，料场布置比较分散，因此土石坝施工道路繁多，充分利用总体布置的主要施工道路，作为主要坝料运输道路，由主要施工道路修筑临时上坝道路至坝体填筑施工作业面，主要运输道路按双车道布置，路面为碎石路面，路面宽度9米。大坝填筑的临时上坝施工道路主要布置在坝体上下游坡面上，随坝体填筑逐渐形成。为便于坝体填筑，结合实际地形，拟定在上下游侧布置6条临时上坝道路，其中上游布置3条临时上坝道路，下游布置3条临时上坝道路和1条永久上坝道路。临时上坝道路宽8米。
（2）坝体设计断面内布置的临时道路在使用完毕后按照坝体分区接缝的处理方法进行处理。坝体设计断面以外的临时道路使用完毕后，采用液压反铲自上而下一次拆除。
图2河床心墙坝分段施工示意图
图3苏丹上阿特巴拉项目C1A项目河床心墙坝一期施工道路布置图
图4苏丹上阿特巴拉项目C1A项目河床心墙坝二期施工道路布置图 图5苏丹上阿特巴拉项目C1A项目河床心墙坝三期施工道路布置图
（3）一期施工（如图3所示），主要利用上游侧临时道路R1和R2进行上游侧EL490.00以下区域的施工，利用临时道路R3进行组合围堰大面的施工，利用临时道路R4进行下游侧EL.480.00以下区域的施工。
（4）二期施工为大坝下游侧施工（如图4所示），主要利用临时道路R4进行EL.486.00以下区域的施工，之后利用临时道路R5进行EL.486.00以上区域的施工，直到EL.502.00。
（5）三期施工为粘土心墙段施工（如图5所示），主要利用临时道路R3进行EL.502.00以下区域的施工，利用临时道路R6进行上游侧EL.512.00以下区域的施工，利用临时道路R5和R7进行下游侧EL.502.00以上区域的施工，直到坝顶。
4. 填筑方法
4.1各区料填筑参数。
通过现场碾压试验，确定了本项目各区料填筑施工参数（如表2所示）。
表2河床心墙坝各区料施工参数表
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[作者简介] 陈国强（1965-），男，籍贯：河南舞钢市人，学历：本科，职称：高级工程师，长期从事公路工程技术与管理工作。
图6苏丹上阿特巴拉C1A项目料物填筑程序框图
4.3各区料填筑顺序。
根据不同的料物特性，确定了各区料的不同填筑顺序，参见图7。组合围堰填筑顺序和纵向排水体填筑顺序分别见图8和图9。
图7苏丹上阿特巴拉C1A项目上游4d料填筑顺序图
图8苏丹上阿特巴拉C1A项目组合围堰填筑顺序图
图9苏丹上阿特巴拉C1A项目纵向排水体填筑顺序图
4.4粘土料（1区料）填筑。
（1）表面处理。
粘土料1层填筑前采用推土机改装的刨毛机进行刨毛，并用洒水车喷洒层间水，补充面层水分损失，以利土料层间结合。表面处理应在填筑前进行（30～50米），且抛毛之后应立即填筑，不应长时间停留，否则需碾压封面。
（2）摊铺。
测量人员先在合格碾压面上，用石灰洒出1区料的上下游边线。1区料的铺筑沿坝轴线方向进行，采用20t自卸汽车进占法卸料，推土机平料，1区料松铺厚度为30-35cm，填筑含水率控制在WO-1%～WO+4%之间。WO为某土料场的最优含水率。
（3）碾压。
粘土料压实采用19T HAMMER3520P型凸块碾振动碾压4遍，碾压方向沿坝轴线方向进行。碾压搭接宽度垂直碾压方向为0.3m，顺碾压方向为1.0m，碾压行车速度小于为3Km/h。
左右岸土堤与混凝土结构相接部位的施工采用特殊填筑方法进行，粘土料采用薄层碾压的方法填筑，压实后厚度不超过10cm，同时特殊碾压的粘土料的含水量要略高于一般标准，约比最优含水率高5%。
（4） 含水率调整。
由于气候炎热和空气干燥、以及土料在掺拌、堆存、装车、运输、铺料、碾压、质检等作业过程中均有水分损失，在坝面采用洒水车洒水补充水分。当局部土料含水率超过施工控制含水率上限时，碾压前在填筑面用自制的耙进行翻松晾晒。
4.5特殊部位填筑。
（1）坝体分期分段填筑时接合部位的施工。
A.坝体分期分段填筑时，在坝坡上容易产生松动料，由于振动碾碾压时，振动碾距坡面边缘留有0.5-1 m的安全距离，坡面上存在一定厚度的松散或半压实料层。另外，铺料过程中难免有部分填料沿坡面向下溜滑，从而增加了坡面较大粒径松料层的厚度。同时由于施工道路和现场施工条件的影响，坝体填筑需设置纵缝（缝面沿坝轴线方向）和横缝（缝面垂直坝轴线方向）。
B.大坝分期分段填筑时设置的横缝可进行局部超填，形成1：1的边坡，边坡处松散料可采用反铲清除并形成1：3边坡，先填筑区1-2m范围内的1区料、2a、2b、3a、3b、5区料与后填筑区采用顺坡骑缝碾压的方法，4a、4d、4b、4c料结合部位采用小型挖机进行摆放、平整。
（2）防止土料剪力破坏措施。
河床心墙坝填筑过程中，为防止土料在施工中因车辆运输受剪力遭受破坏，必须布置好坝面临时道路，尽量减少载重车辆在土料坝面的行驶距离。填筑过程中有时运输车辆需穿过中间排水体，此时必须在排水体上设置专门的路口，且上下两层之间的路口不允许设在同一位置上。土料填筑交通线路图如图10所示。
图10车辆运输路线图
（3） 粘土料与混凝土建筑物结合部位填筑。
A.河床心墙坝基础开挖完毕后，基础各部分适合填筑或适合浇筑或采用其它基础处理措施，将由工程师现场决定。基础表面需经过工程师检查、勘测并书面批准方可开始基础部位的填筑。
B.在基础准备前，应立即清除开挖底层有可能变形的土壤或软岩石不少于30 cm，并且根据工程师指示用填筑材料覆盖起来。
C.在基础层碾压、找平层的范围较小和混凝土基础或灌浆盖重上粘土厚度小于30 cm时，对基础表面凹陷和凹凸不平的地方采用小型振动碾压实或装载机带负荷压实，找平层范围较大和粘土层厚大于30 cm时可改用凸块碾压实。
D.在坝肩与混凝土结构结合处凸块振动碾压实不到的1～2 m范围采用小型振动碾或装载机沿接坡方向碾压，铺料厚度不超过为15 cm。在交界处的砼表面应首先淋湿，然后在其上填筑含水量稍高的粘土。
5. 雨季填筑施工
（1）雨季填筑施工除了做好工作面的排水工作之外，应重点注意粘土料及过滤料的施工。现场施工员如已预见降雨来临，应停止1区料的摊铺。已摊铺的1区料应立即使用平碾碾压，对土料进行封闭处理。
（2）填筑施工应尽量保持整个填筑面整体上升。右岸土堤的烟囱排水体应高于1区料约5-10cm，以免雨水冲刷粘土料造成3a料和3b料的污染。而1区料的大面应从烟囱排水体向两侧形成较缓的边坡（约0.6%-1.2%之间），降水排至上下游两侧。上下游两侧应设置集水坑，用水泵将水抽排至基坑的天然洼地。详见图11。
图11烟囱排水体保护方法及工作面排水布置图
（3）如某一段填筑面1区料比3a、3b料的水平高，应加快3a、3b料的填筑，直至高于1区料约5-10cm。并且在加快3a、3b填筑的同时，应在1区料靠近3a、3b料侧布置约5-10cm的挡水坎，防止物料污染。对确实已经造成污染的3a料、3b料应在雨后及时清除、修复。清除、修复前应在监理工程师的参与下共同确定被污染的深度。
（4）长时间连续的降雨必须停止填筑施工。雨季中恢复填筑之前要保护好大坝工作面，特别是反滤料区不被人员和车辆破坏和污染。在施工恢复后要迅速的除去工作面上的积水。含水量超高的粘土料根据含水超高的程度分别按照监理工程师指定的方法进行处理。暴露在外的已完成且经工程师批准的填筑层，在雨后应及时根据监理工程师意见进行修复，并最终获得监理工程师的认可，方可进行后续的填筑。
6. 就该项目心墙坝填筑其他经验
6.1现场作业与监理沟通交流非常重要。
土石坝的填筑，除了需要根据方案和现场实际情况进行精心规划和组织施工外，更需做好与国外咨询监理的沟通和现场验收准备工作。本工程的咨询监理为国际著名咨询单位德国Lahmeyer国际咨询公司。以笔者与国Lahmeyer工程师打交道四年的经验来看，德国人思维缜密、工作严谨，就工程问题与之沟通交流时应本着尊重事实、有理有据的原则进行探讨交流，对监理工程师的意见进行一一回应。做到知己知彼，现场验收前做好充分准备，才能保障粘土心墙坝填筑工作顺利进行，满足工期要求。
6.2气候炎热空气干燥条件下粘土填筑面的洒水养护作业非常重要。
粘土填筑面的洒水养护是粘土填筑质量的重要一环，直接影响到粘土层与层间的粘结质量。
在气候炎热空气干燥条件下，各工作面应安排专人负责洒水养护。养护的方式分为洒水车养护和供水管养护。作业面较长的填筑面应采用洒水车养护，并且配备洒水车数量足够，同时机械管理部门应为洒水车配备足够的洒水车配件和司机，以保证粘土面的充分养护。
[文章编号]1619-2737（2014）11-03-841
[作者简介] 王军雷（1980-），男，籍贯：河北邯郸人，职称：工程师，从事水利水电工程工程管理，工作单位：中国水电建设集团国际工程有限公司，从事水利水电工程工程管理，2005年毕业于西安理工大学，水利水电工程专业。