極端氣溫條件下土石方開挖的技術(shù)措施分析

田雪竹

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

極端氣溫條件下土石方開挖的技術(shù)措施分析

田雪竹

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

介紹了北疆某碾壓混凝土重力壩在極端氣溫條件下土石方開挖的技術(shù)措施，即：使用適合當(dāng)時(shí)氣溫條件的各種油類；在開挖現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)暖棚；加強(qiáng)供風(fēng)管道的加溫、保溫工作；火工材料在低溫環(huán)境中的使用；及時(shí)解除路面打滑問(wèn)題。

全斷面碾壓；混凝土重力壩；極端氣溫；土石方開挖；技術(shù)措施

1 工程概況

位于新疆阿勒泰地區(qū)福?？h與富蘊(yùn)縣境內(nèi)的北疆某水利樞紐是在嚴(yán)寒地區(qū)修建的第一座百米級(jí)以上的全斷面碾壓混凝土重力壩。該水庫(kù)工程總庫(kù)容24.19億 m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容19.18億 m3，死庫(kù)容1.27億 m3。電站總裝機(jī)140MW，保證出力12.5MW，多年平均發(fā)電量5.19億 kW·h。工程等別為Ⅰ等工程，工程規(guī)模為大(1) 型。樞紐由1#副壩、2#副壩、碾壓混凝土重力壩、泄洪中孔、溢流表孔、發(fā)電引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、放水底孔等建筑物組成。碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000a一遇(P=0.1%、洪峰流量Q=8768m3/s) ，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為5000a一遇(P=0.02%、洪峰流量Q=12010m3/s) 。碾壓混凝土重力壩壩頂長(zhǎng)1570m，壩頂高程745.5m，最大壩高121.5m。河床及岸坡部位壩段寬度為15m，兩岸臺(tái)地部位壩段寬度為20m。溢流表孔、泄洪中孔、放水底孔分別布置在碾壓混凝土重力壩主河床部位的27#～31#壩段、32#壩段和33#壩段。其中溢流表孔有4個(gè)，每孔凈寬12m，閘墩厚度3m；壩體橫縫位于閘孔中間部位。

壩址區(qū)具有“冷、熱、風(fēng)、干”氣候特點(diǎn)，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)：多年平均氣溫為2.7℃，極端最高氣溫40.1℃，極端最低氣溫-49.8℃，極端氣溫溫差達(dá)到89.9℃，晝夜溫差平均12.8～16.2℃，多年平均降水量為183.9mm，多年平均蒸發(fā)量為1915.1mm，多年平均風(fēng)速1.8m/s，最大風(fēng)速25m/s，最大積雪厚度75cm，最大凍土深1.75m，年有效施工時(shí)間僅僅只有7個(gè)月，其氣象和氣候條件十分惡劣。

2 極端氣溫條件下土石方開挖的技術(shù)措施

2.1 壩基開挖工程量及工期要求

該水利樞紐工程總工期歷時(shí)約5a，共58個(gè)月，土石方開挖總量225萬(wàn)m3，為控制好碾壓混凝土澆筑施工質(zhì)量，對(duì)土石方開挖要求就比較高，尤其是要在嚴(yán)寒的冬天進(jìn)行開挖施工的時(shí)候。

2.2 冬季零下30℃～40℃的氣溫條件下土石方開挖施工措施

在冬季零下30℃～40℃氣候條件下機(jī)械施工時(shí)，其施工方法應(yīng)注意防凍結(jié)。必須要保證開挖施工的鏟車、挖掘機(jī)、自卸汽車等機(jī)械設(shè)備的正常安全運(yùn)行，提高這些設(shè)備的利用率是土石方開挖結(jié)果好壞的直接體現(xiàn)和關(guān)鍵因素。用于開挖的液壓鉆機(jī)、挖掘機(jī)、鏟車和自卸汽車等設(shè)備，平時(shí)要很好的維護(hù)，持有這些特種作業(yè)上崗證的工作人員要特別在設(shè)備的儀器維修、發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)、汽缸用油、機(jī)箱保溫等細(xì)節(jié)上注意得當(dāng)并一一執(zhí)行，其工作性能才能得到充分發(fā)揮。因此，配備夠用的且操作性能良好的機(jī)械設(shè)備和任用有經(jīng)驗(yàn)的操作人員外，還有必要采取下列措施：

1)精確并且合理使用適合當(dāng)時(shí)氣溫條件下的機(jī)械用油。如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)WD615使用—30#抗凍柴油，機(jī)油使用CD10W/30型柴機(jī)油，液壓油使用32號(hào)低溫油，潤(rùn)滑油使用0#鋰基脂等。

2)在開挖施工現(xiàn)場(chǎng)為機(jī)械設(shè)備搭設(shè)暖棚。施工人員用煤炭爐子加熱，使暖棚內(nèi)的溫度始終保持在0℃～5℃，機(jī)械設(shè)備在這個(gè)溫度之間所有的動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及電器部分能控制在最佳的工作狀態(tài)。

3)進(jìn)一步提高施工開挖現(xiàn)場(chǎng)供風(fēng)管道的加溫、保溫工作。機(jī)械設(shè)備中鉆孔儀器中含有風(fēng)動(dòng)系統(tǒng)，高壓空氣是風(fēng)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源泉。當(dāng)周邊環(huán)境空氣溫度比較低的時(shí)候由空氣壓縮機(jī)送出高壓氣體，通過(guò)送風(fēng)管道的高壓氣體溫度也會(huì)隨之下降，致使風(fēng)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法正常開展工作。施工人員采用一個(gè)加熱的煤炭爐，把送風(fēng)管中的一段放在加熱爐內(nèi)加溫，保持比外界較高的溫度，經(jīng)過(guò)循環(huán)加熱的氣體直接送到風(fēng)動(dòng)設(shè)備，這樣就有效地解決了風(fēng)管中高壓氣體迅速下降的問(wèn)題。

4)在低溫環(huán)境中巧妙的使用火工材料。施工人員在工地現(xiàn)場(chǎng)使用乳化炸藥，此炸藥在外界極地氣溫下：-23℃～-31℃，會(huì)造成炸藥爆炸速度明顯下降(實(shí)踐中由3800m/s下降到2900m/s)，因而發(fā)生拒絕爆炸的現(xiàn)象。針對(duì)所用炸藥的這種特性，施工人員與制造炸藥的廠家進(jìn)行溝通，在制造炸藥時(shí)添加耐低溫的一種油相材料，使炸藥中的水溶液冰點(diǎn)降低，從而提高炸藥的抗凍性能。另外，根據(jù)當(dāng)天的爆破量，準(zhǔn)確領(lǐng)取炸藥量。然后，合理地組織現(xiàn)場(chǎng)炸藥的運(yùn)輸和人員配置，力求做到及時(shí)、快速、高效地使用，盡量縮短炸藥在低溫空氣中的暴露時(shí)間。

5)要做好汽車出渣運(yùn)輸路線中的防滑措施。采用炸藥爆破后的土石方需用20t自卸汽車運(yùn)出來(lái)。在極端氣溫條件下，由于天氣降雪或出渣車輛從基坑內(nèi)挖裝時(shí)帶來(lái)的河水灑落到路面上會(huì)結(jié)冰，使出渣運(yùn)輸?shù)缆纷兊挠譂裼只?，從而?dǎo)致車輛不能正常行駛，充滿潛在的安全隱患[1]。施工人員在解決濕滑路面問(wèn)題采用以下6項(xiàng)措施：①適當(dāng)加大運(yùn)輸路面寬度，放緩運(yùn)輸?shù)缆返钠露?，路面寬度按原?lái)寬度的兩倍來(lái)設(shè)計(jì)，坡度改為9%；②遇到天氣降雪時(shí)及時(shí)組織人員打掃清除路面堆積的積雪；③保持大壩基坑干燥，有利于減少出渣車輛在行駛時(shí)將水灑落路面；④在濕滑運(yùn)輸路面上拋灑工業(yè)鹽或煤渣、石粉，一方面加速冰雪融化，另一方面煤渣、石粉可以大大增強(qiáng)路面的摩擦力；⑤在路況較差的路段用挖掘機(jī)在路面上刻上槽子，用以增大路面粗糙度，從而提高摩擦力；⑥在出渣運(yùn)輸汽車的后輪上安裝防滑鏈。

2.3 按防火凍結(jié)法進(jìn)行土石方開挖施工

采用防火凍結(jié)法開挖土方的，可在凍結(jié)以前，用保溫材料覆蓋或?qū)⒈韺油练宜?，其翻耕深度?yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁貤l件確定。一般≥30cm。開挖基坑(槽)或管溝時(shí)，必須防止基礎(chǔ)下基土受凍。應(yīng)在基底標(biāo)高以上預(yù)留適當(dāng)厚度的松土?；蛴闷渌夭牧细采w。如遇開挖土方引起鄰近建筑物或構(gòu)筑物的地基和基礎(chǔ)暴露時(shí)，應(yīng)采取防凍措施，以防產(chǎn)生凍結(jié)破環(huán)。填方工程在冬期施工時(shí)，其施工方法需經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。冬期填方前，應(yīng)清除基底上的冰雪和保溫材料；距離邊坡表層1m以內(nèi)不得用凍土填筑；填方上層應(yīng)用未凍、不凍脹或透水性好的土料填筑，其厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。冬期施工室外平均氣溫在-5℃以上時(shí)，填方高度不受限制；平均溫度在-5℃以下時(shí)，填方高度不宜超過(guò)下表的規(guī)定。但用石塊和不含冰塊的砂土(不包括粉砂)、碎石類土填筑時(shí)，可不受表內(nèi)填方高度的限制。冬期回填土方，每層鋪筑厚度應(yīng)比常溫施工時(shí)減少20%～25%，其中凍土塊體積不得超過(guò)填方總體積的15%；其粒徑≤ 50mm。鋪凍土塊要均勻分布，逐層壓(夯)實(shí)。回填土方的工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，防止基土或已填方土層受凍。并且要及時(shí)采取防凍措施。施工時(shí)，對(duì)定位標(biāo)準(zhǔn)樁、軸線控制樁、標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)及龍門板等，填運(yùn)土方時(shí)不得碰撞，也不得在龍門板上休息。并應(yīng)定期復(fù)測(cè)檢查這些標(biāo)準(zhǔn)樁點(diǎn)是否正確。夜間施工時(shí)，應(yīng)合理安排施工順序，要有足夠的照明設(shè)施。防止鋪填超厚，嚴(yán)禁用汽車直接將土倒入基坑(槽)內(nèi)。但大型地坪不受限制?；A(chǔ)或管溝的現(xiàn)澆混凝土應(yīng)達(dá)到一定強(qiáng)度，不致因回填土而受破壞時(shí)，方可回填土方。

該水利樞紐工程于2008年8月通過(guò)水庫(kù)安全鑒定，9月進(jìn)行下閘蓄水階段驗(yàn)收，大壩歷經(jīng)6年寒冬的考驗(yàn)，鉆孔取芯、試驗(yàn)各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)、廊道內(nèi)的滲水量等均在設(shè)計(jì)和理論計(jì)算的范圍內(nèi)，達(dá)到了工程的預(yù)期目標(biāo)，質(zhì)量控制效果良好，目前工程運(yùn)行充分發(fā)揮了生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]湯柱堅(jiān).談水利工程土石方開挖及填筑技術(shù)[J].科技資訊，2011(08)：56.

1007-7596(2014)10-0125-02

2014-05-12

田雪竹(1982-)，女，重慶人，工程師，從事水庫(kù)大壩建設(shè)與管理工作。

TV541

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