守口堡水庫膠凝砂礫石壩冬季防凍保溫措施方案比選

呂建文

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 引言

膠凝砂礫石壩是一種新型壩，具有獨特的經(jīng)濟性和適用性，在世界范圍內(nèi)尚無成熟的施工工法和經(jīng)驗可循，尤其是在高寒地區(qū)防凍保溫措施更是無據(jù)可查，受自然條件和施工工期制約，膠凝砂礫石壩冬季防凍保溫勢在必行。由于膠凝砂礫石本身不具有抗凍性的特點，所以隨著不同的施工時段和周邊地理條件的變化，應(yīng)對膠凝砂礫石冬季防凍保溫采取相應(yīng)不同的措施，使其既能達(dá)到施工便捷，成本低廉的效果，又能對膠凝砂礫石層實現(xiàn)全覆蓋。

據(jù)不完全統(tǒng)計，膠凝砂礫石壩在國外已有一定的發(fā)展，但世界范圍內(nèi)已建成的也僅有10余座。我國福建的尤溪街面板堆石壩下游圍堰、福建街面水電站下游圍堰等工程中也使用了該壩型，這些工程均在氣候比較溫和的地區(qū)進(jìn)行施工，不需要面對冬季防凍保溫的問題。

大同市守口堡水庫屬高寒區(qū)域，冬季最低氣溫可達(dá)到零下30多度，凍土深度為2m，且有多雪、大風(fēng)等氣候特點。因此，確定膠凝砂礫石壩在不同情況下采取何種保溫措施，成為擺在建設(shè)者面前急需解決的首要問題。關(guān)于守口堡水庫膠凝砂礫石壩防凍保溫措施的研究，在我國筑壩史上屬首創(chuàng)，可為今后國內(nèi)外同類型壩的防凍保溫施工起到指導(dǎo)和推廣作用。

2 工程概況

守口堡水庫位于大同市陽高縣境內(nèi)海河流域黑水河上游段，在陽高縣城西北方向約10km處，控制流域面積291km2，是一座集工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉及防洪等綜合利用的?。?）型水庫。總庫容980萬m3，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級，臨時建筑物為5級。壩頂長度354m，最大壩高61.6m，大壩主體為膠凝砂礫石壩，上、下游面板均采用常態(tài)混凝土。

3 膠凝砂礫石壩保溫措施

3.1 常規(guī)覆土法

當(dāng)膠凝砂礫石壩填筑高程超過基坑頂高程時，覆水法保溫已不再滿足保溫的需求。若采用覆土法保溫，根據(jù)守口堡工地氣候條件，凍土深度為2m，覆蓋面積約1.3萬m2，按覆蓋土料層厚2m考慮，所需的土料約2.6萬m3。因工地附近土料稀缺，從其它地方外運土料將大大增加費用，關(guān)鍵是運到大壩上的土料，待第二年氣溫轉(zhuǎn)暖后需再運出去同等方量的土料。經(jīng)用土料保溫過的壩面，涉及到壩面的清理，需要投入大量的勞力，延長了開工時間。

3.2 浸水保溫法

膠凝砂礫石壩在填筑完成后不能直接浸入水中，否則會影響其抗壓強度技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)過現(xiàn)場試驗確定，在填筑完成7～10d后，抗壓強度可達(dá)到設(shè)計強度的60%以上，此時浸水不會影響到其后期的強度增長。采用這種保溫方法，關(guān)鍵的技術(shù)難題是控制好浸水過程的時段，以及膠凝砂礫石壩壩面淹沒時的水深。浸水過程分三個階段進(jìn)行，分別為準(zhǔn)備階段、浸水階段和排水清理階段。浸水前為了在浸水完成后監(jiān)測到各水層溫度變化情況，在基坑內(nèi)待浸水區(qū)范圍內(nèi)沿不同的高程提前安裝溫度監(jiān)測儀器。

準(zhǔn)備階段，當(dāng)膠凝砂礫石壩體填筑完成后，清理并撤出基坑內(nèi)所有機械設(shè)備，同時做好大壩監(jiān)測儀器的保護(hù)，并對大壩監(jiān)測儀器的電纜和穿線電纜管進(jìn)行防水保護(hù)，使電纜芯內(nèi)和電纜管內(nèi)無水浸入。

浸水階段，浸水使用的水源可利用基坑上游的滲水，根據(jù)施工期的經(jīng)常性排水量即可推算出大壩基坑上游內(nèi)每天的滲水量，從而可以確定有效的浸水天數(shù)，只有當(dāng)膠凝砂礫石倉面最高點浸入水中2m時，才可對膠凝砂礫石的防凍保溫起到有效保護(hù)作用。在浸水期間，針對不同的待浸水倉面不被凍壞，應(yīng)采取臨時保溫措施（如臨時覆蓋工程被），隨著水位的不斷上升，工程被也跟著不斷揭除。在水位上升期間，派專人對浸水過程相應(yīng)水位的水溫變化情況做好記錄。

排水清理階段，第二年開工時，根據(jù)氣候情況適時安排抽排水時間，抽排水的水位下降速度控制是浸水保溫法控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)水位下降速度過快時，會引起基坑周邊砂礫石層突然減壓，從而造成邊坡坍塌，結(jié)合本工程施工期經(jīng)常性排水的施工經(jīng)驗和基坑邊坡的地質(zhì)特點，每天以1.2m的水位下降高度為宜。為了更好地驗證浸水法對膠凝砂礫石后期強度是否有影響，待膠凝砂礫石倉面清理干凈后，可采用鉆孔取芯法來檢測。經(jīng)采用地質(zhì)鉆機現(xiàn)場對守口堡水庫普通膠凝砂礫石壩實體鉆孔取芯檢測，平均抗壓強度為7.3MPa，滿足設(shè)計要求（設(shè)計指標(biāo)為C6），充分說明此種保溫法是合理可行的。

浸水保溫法有很多的優(yōu)點，最主要的是它不需要考慮冬季基坑內(nèi)的經(jīng)常性排水，因為冬季排水存在諸多的不確定因素，若遇中途停電或水泵配套設(shè)備出現(xiàn)故障，在搶修過程中容易使大壩保溫面出現(xiàn)漫水情況，很快結(jié)冰，給膠凝砂礫石壩的保溫帶來極大的風(fēng)險，直接影響到保溫的效果和保溫質(zhì)量。用浸水方法施工更方便，投入的工程費用較低，也給第二年的開工提供了更為有利的先決條件。浸水保溫法的缺點是浸水時間較長，為防止待浸水區(qū)被凍壞，必須提前預(yù)留浸水時間，從而占用了有效的施工時間。

3.3 工程被覆蓋法

當(dāng)壩體膠凝砂礫石填筑至超出基坑時，浸水法已不再適用膠凝砂石倉面過冬保溫，經(jīng)過參建單位多次討論和咨詢相關(guān)專家，并結(jié)合守口堡樞紐工程氣候特點，最后提出采用覆蓋法保溫。但關(guān)鍵的技術(shù)難點是選取什么樣的保溫材料，覆蓋層多厚，可以確保膠凝砂礫石安全越冬。經(jīng)過分析和比選，最后選定覆蓋層為4布2膜的工程保溫被來覆蓋，覆蓋層為上、下兩層，覆蓋總厚度為6cm。

鋪設(shè)工程被前，應(yīng)先把鋪筑面上的石子、雜物等清掃干凈，以防止尖銳的物體損壞保溫被防水層，從而影響保溫質(zhì)量；鋪筑時應(yīng)注意上、下覆蓋層之間要錯縫搭接，相鄰的兩塊之間要用繩子扎好，以確保保溫的嚴(yán)密性；最后在鋪筑上層壓上編織土袋，間、排距為10m，以防刮風(fēng)時引起工程被空鼓或卷曲。另外，在覆蓋層保溫被內(nèi)沿壩軸線的不同部位設(shè)置幾個溫度監(jiān)測點，并派專人進(jìn)行記錄，每隔4h讀一次數(shù)值，隨時監(jiān)測覆蓋層內(nèi)的溫度變化是否在正溫以上，如若有異常情況，應(yīng)及時采取應(yīng)對措施。

采用工程被覆蓋法的優(yōu)點是施工時間短、操作簡單。與浸水法相比，缺點是工程投入費用較高。

4 結(jié)語

經(jīng)綜合比較分析，用浸水法保溫方案施工更方便，投入的工程費用更低，同時也給第二年的開工創(chuàng)造了有利條件,初步估算浸水法與常規(guī)覆土法相比能使保溫成本降低約18元/m3?？梢姡哂锌刹僮餍缘谋卮胧?，不僅能帶來很大的經(jīng)濟效益，又能提高大壩的工程質(zhì)量，為水庫安全運行打下良好的基礎(chǔ)。