薛秀清

（山西省水利建筑工程局有限公司山西太原030006）

0 引言

膠凝砂礫石壩是介于剛性壩和散粒體壩之間的一種新壩型。其特點(diǎn)是：對(duì)筑壩材料要求較低，可就地取材，大壩施工基本實(shí)現(xiàn)零棄料，凸顯了在適應(yīng)環(huán)境方面的優(yōu)勢(shì)，具有施工速度快、安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，得到壩工界的高度重視。

目前，使用了膠凝砂礫石筑壩技術(shù)的洪口水電站下游圍堰、四川順江堰等工程均位于氣候溫和的地區(qū)，可不考慮冬季保溫措施。而守口堡水庫地處高寒地帶，最低氣溫低于-30℃，且冬歇期漫長（冬歇期從10月～來年4月）。壩體保溫、基坑排水等措施是膠凝砂礫壩在高寒地區(qū)能否順利實(shí)施的關(guān)鍵問題。

1 守口堡水庫大壩工程簡述

1.1 工程概況

山西省大同市守口堡水庫位于陽高縣海河流域黑水河上游段，是一座集工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉及防洪等綜合利用的小（1）型水庫，總庫容980 萬m3。

守口堡水庫樞紐大壩為膠凝砂礫石壩，壩頂長354 m，最大壩高61.6 m。大壩由左右擋水壩段（底孔壩段）和中間溢流壩段組成。大壩主體為膠凝砂礫石，上下游防滲保護(hù)均采用常態(tài)混凝土。

1.2 水文氣象

海河流域黑水河上游段屬高原溫帶季風(fēng)型大陸性氣候。冬季受西伯利亞冷空氣影響，西北風(fēng)盛行，嚴(yán)寒少雪，氣溫、降水分配很不平衡。根據(jù)陽高縣氣象站（1972年—2000年）氣象要素統(tǒng)計(jì)資料，多年平均氣溫7.1℃，多年平均降水量411.3 mm，多年平均蒸發(fā)量1 734 mm，多年平均風(fēng)速2.3 m/s，最大風(fēng)速18 m/s，風(fēng)向?yàn)閃NW，最大凍土深度1.43 m。

2 膠凝砂礫石壩冬季保溫及排水方案

如按照上述保溫方案，分區(qū)對(duì)守口堡膠凝砂礫石大壩進(jìn)行保溫過冬，每個(gè)冬歇期需要投入600 余萬元，成本相對(duì)較大。另外，即便持續(xù)排水，也不能保證整個(gè)越冬期基坑完全處于干地狀態(tài)，這樣保溫效果很難保證。技術(shù)人員通過對(duì)質(zhì)量、成本的綜合考慮，根據(jù)工程進(jìn)度，結(jié)合工程所在地的環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)不同年度采用了不同的膠凝砂礫石冬季保溫和排水方案，現(xiàn)分述如下。

2.1 2015年冬季保溫及排水方案

2.1.1 保溫方案

截止到2015年10月底，壩體完成了富漿膠凝砂礫石墊層的施工。壩體填筑高程低于基坑頂高程（原河床地面高程）18 m，結(jié)合2014年冬季基坑蓄水經(jīng)驗(yàn)和膠凝砂礫石試塊水中養(yǎng)護(hù)的情況來看，膠凝砂礫石可采取蓄水法保溫，水源利用基坑滲水。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，膠凝砂礫石填筑完成7～10 天后，其強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%，從試塊浸水養(yǎng)護(hù)情況來看，后期強(qiáng)度仍有一定增長，能滿足技術(shù)指標(biāo)。蓄水過程分為以下兩個(gè)階段：2.1.1.1 準(zhǔn)備階段

沿基坑內(nèi)待蓄水區(qū)范圍內(nèi)不同的高程安裝溫度監(jiān)測(cè)儀器，監(jiān)測(cè)各水層溫度變化情況。

2.1.1.2 蓄水階段

利用基坑上游的滲水作為蓄水的水源，根據(jù)施工期的經(jīng)常性排水量計(jì)算大壩基坑上游內(nèi)的滲水量，推算基坑蓄滿水需20 天，此時(shí)膠凝砂礫石倉面最高點(diǎn)浸入水中2 m，即可有效達(dá)到膠凝砂礫石的防凍保溫作用。在此期間，安排專人記錄蓄水過程相應(yīng)水位的水溫變化情況。2015年11月1日開始蓄水，11月20日蓄水至基坑頂高程時(shí)開始溢流，蓄水深度最小6.8 m；在蓄水保溫期間，每隔4 小時(shí)對(duì)壩區(qū)氣溫及不同高程的水溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，壩區(qū)最低氣溫為-30.1℃，膠凝砂礫石填筑頂面處最低溫度為3.6℃。

2.1.2 排水方案

在蓄水階段，水面高于基坑下游原河床地面時(shí)，采取預(yù)埋管自流排至下游河道。在排水清理階段，為避免水位下降速度過快，引起基坑周邊砂礫石邊坡坍塌問題，結(jié)合工程施工期經(jīng)常性排水的施工經(jīng)驗(yàn)，水位以1.2 m/d 的速度下降為宜。守口堡水庫于2016年3月16日開始抽排基坑積水，4月1日排完，2016年6月對(duì)富漿膠凝砂礫石進(jìn)行取芯檢測(cè)，平均抗壓強(qiáng)度11.65 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求（設(shè)計(jì)指標(biāo)為C10）。

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膠凝砂礫石冬季保溫采用蓄水法，避免了冬歇期排水的許多困難，如停電或水泵排水配套設(shè)備出現(xiàn)故障，在搶修過程中基坑會(huì)出現(xiàn)積水結(jié)冰的情況，減少膠凝砂礫石保溫的風(fēng)險(xiǎn)，保證工程的質(zhì)量。同時(shí)大大降低保溫的措施費(fèi)用，為來年開工準(zhǔn)備創(chuàng)造了有利的條件。

2.2 2016年冬季壩體保溫及排水方案

2.2.1 保溫方案

2016年10月底，膠凝砂礫石填筑面高出基坑頂高程5 m，蓄水法不再適用膠凝砂礫石壩過冬保溫。參建單位多次討論和咨詢相關(guān)專家，結(jié)合守口堡樞紐工程現(xiàn)狀，采用4 布2 膜工程保溫被覆蓋保溫。

鋪設(shè)保溫被前，先清掃鋪筑倉面上的石子、雜物等，避免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(shí)注意上、下覆蓋層之間要錯(cuò)縫搭接，相鄰塊之間要用繩子扎好，以確保保溫被的嚴(yán)密性；最后在上層壓上編織土袋，間、排距為10 m，以防刮風(fēng)時(shí)引起保溫被內(nèi)空鼓和卷曲。

2.2.2 排水方案

在上游側(cè)澆筑一條高出基坑頂高程5 m（膠凝砂礫石填筑面高程）的混凝土擋水墻，墻體連接處采用密封材料密封。澆筑時(shí)在高出基坑頂高程4 m 處安置4 根PE315 排水管，長度伸出擋水墻面1.5 m。

對(duì)膠凝砂礫石及下游混凝土面開挖一條橫向梯形溝，依次鋪設(shè)土工膜、粗砂墊層，安裝管道，回填保溫層，與上游側(cè)管道連接，對(duì)下游面板處進(jìn)行混凝土澆筑密封。下游壩面以外部分搭設(shè)腳手架、安裝排水鋼管至下游出水口處，利用水位差上游滲水可自流排至下游排水坑，保證水位始終保持在膠凝砂礫石面1 m以下。

2.2.3 溫度監(jiān)測(cè)

覆蓋保溫被后，安排專人監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)方法：設(shè)置三個(gè)縱斷面，每個(gè)縱斷面分別設(shè)置3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，為主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)；每間隔4 小時(shí)監(jiān)測(cè)一次，每次隨機(jī)選取3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并作好詳細(xì)記錄。重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位主要是上游縱斷面、下游縱斷面及保溫被搭接部位。如遇大風(fēng)或強(qiáng)降溫等惡劣天氣時(shí)，應(yīng)加設(shè)臨時(shí)測(cè)點(diǎn)。在守口堡整個(gè)保溫期間，壩區(qū)最低氣溫為-28℃，保溫被與膠凝砂礫石壩接觸部位最低氣溫為0.6℃；2017年4月3日揭除覆蓋層，2017年6月對(duì)實(shí)體進(jìn)行了取芯檢測(cè)，平均抗壓強(qiáng)度7.37 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求（設(shè)計(jì)指標(biāo)為C6）。

2016年冬季采用工程保溫被和安設(shè)排水管自流排水的方案不需考慮冬季的抽水問題，降低保溫的措施費(fèi)用，為來年開工準(zhǔn)備創(chuàng)造有利的條件。

2.3 2017年冬季保溫及排水方案

2.3.1 保溫方案

2017年冬季停工時(shí)填筑高程超過基坑頂高程15 m，超過沖沙底孔底高程10 m，超過沖沙底孔頂高程2.5 m，距壩頂高程24.6 m。采取與2016年相同的工程被保溫方案和溫度監(jiān)測(cè)方案。整個(gè)保溫期間，壩區(qū)最低氣溫為-23℃，保溫被與膠凝砂礫石壩接觸部位最低氣溫為0.3℃。

2.3.2 排水方案

在基坑上游邊緣處修建小型圍堰，要求堰頂高程高出沖沙底孔底高程3 m，使基坑蓄水面高程高于壩體沖沙底孔底高程，利用預(yù)設(shè)在沖沙底孔的管道自流至下游。

3 結(jié)語

三個(gè)冬季保溫方案在守口堡水庫樞紐工程施工中得到成功應(yīng)用，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，其具有施工工藝簡單，保溫效果良好的優(yōu)點(diǎn)，大大降低施工成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯，減少了施工工序，加快施工進(jìn)度，保證了保溫質(zhì)量，取得了良好的社會(huì)效益。

處于高寒地區(qū)的膠凝砂礫石壩壩體保溫技術(shù)，值得我們進(jìn)一步的探索和研究。守口堡水庫采取的膠凝砂礫石壩冬季保溫技術(shù)不僅在北方地區(qū)適用，在南方的高海拔地區(qū)同樣適用。對(duì)于覆蓋層較厚、基坑深、滲水量大、兩岸向河谷補(bǔ)給水的膠凝砂礫石壩排水技術(shù)是適宜的。對(duì)于蓄水過冬方案來說，雖然蓄水后對(duì)膠凝砂礫石強(qiáng)度有一定影響，但都在可控范圍內(nèi)。建議膠凝砂礫石壩設(shè)計(jì)時(shí)，按膠凝砂礫石飽和抗壓強(qiáng)度校核。