极端气温条件下土石方开挖的技术措施分析

田雪竹

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，乌鲁木齐 830000)

极端气温条件下土石方开挖的技术措施分析

田雪竹

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，乌鲁木齐 830000)

介绍了北疆某碾压混凝土重力坝在极端气温条件下土石方开挖的技术措施，即：使用适合当时气温条件的各种油类；在开挖现场搭设暖棚；加强供风管道的加温、保温工作；火工材料在低温环境中的使用；及时解除路面打滑问题。

全断面碾压；混凝土重力坝；极端气温；土石方开挖；技术措施

1 工程概况

位于新疆阿勒泰地区福海县与富蕴县境内的北疆某水利枢纽是在严寒地区修建的第一座百米级以上的全断面碾压混凝土重力坝。该水库工程总库容24.19亿 m3，调节库容19.18亿 m3，死库容1.27亿 m3。电站总装机140MW，保证出力12.5MW，多年平均发电量5.19亿 kW·h。工程等别为Ⅰ等工程，工程规模为大(1) 型。枢纽由1#副坝、2#副坝、碾压混凝土重力坝、泄洪中孔、溢流表孔、发电引水系统、发电厂房、放水底孔等建筑物组成。碾压混凝土重力坝设计洪水标准为1000a一遇(P=0.1%、洪峰流量Q=8768m3/s) ，校核洪水标准为5000a一遇(P=0.02%、洪峰流量Q=12010m3/s) 。碾压混凝土重力坝坝顶长1570m，坝顶高程745.5m，最大坝高121.5m。河床及岸坡部位坝段宽度为15m，两岸台地部位坝段宽度为20m。溢流表孔、泄洪中孔、放水底孔分别布置在碾压混凝土重力坝主河床部位的27#～31#坝段、32#坝段和33#坝段。其中溢流表孔有4个，每孔净宽12m，闸墩厚度3m；坝体横缝位于闸孔中间部位。

坝址区具有“冷、热、风、干”气候特点，据资料统计：多年平均气温为2.7℃，极端最高气温40.1℃，极端最低气温-49.8℃，极端气温温差达到89.9℃，昼夜温差平均12.8～16.2℃，多年平均降水量为183.9mm，多年平均蒸发量为1915.1mm，多年平均风速1.8m/s，最大风速25m/s，最大积雪厚度75cm，最大冻土深1.75m，年有效施工时间仅仅只有7个月，其气象和气候条件十分恶劣。

2 极端气温条件下土石方开挖的技术措施

2.1 坝基开挖工程量及工期要求

该水利枢纽工程总工期历时约5a，共58个月，土石方开挖总量225万m3，为控制好碾压混凝土浇筑施工质量，对土石方开挖要求就比较高，尤其是要在严寒的冬天进行开挖施工的时候。

2.2 冬季零下30℃～40℃的气温条件下土石方开挖施工措施

在冬季零下30℃～40℃气候条件下机械施工时，其施工方法应注意防冻结。必须要保证开挖施工的铲车、挖掘机、自卸汽车等机械设备的正常安全运行，提高这些设备的利用率是土石方开挖结果好坏的直接体现和关键因素。用于开挖的液压钻机、挖掘机、铲车和自卸汽车等设备，平时要很好的维护，持有这些特种作业上岗证的工作人员要特别在设备的仪器维修、发动机保养、汽缸用油、机箱保温等细节上注意得当并一一执行，其工作性能才能得到充分发挥。因此，配备够用的且操作性能良好的机械设备和任用有经验的操作人员外，还有必要采取下列措施：

1)精确并且合理使用适合当时气温条件下的机械用油。如柴油发动机WD615使用—30#抗冻柴油，机油使用CD10W/30型柴机油，液压油使用32号低温油，润滑油使用0#锂基脂等。

2)在开挖施工现场为机械设备搭设暖棚。施工人员用煤炭炉子加热，使暖棚内的温度始终保持在0℃～5℃，机械设备在这个温度之间所有的动力系统、液压系统及电器部分能控制在最佳的工作状态。

3)进一步提高施工开挖现场供风管道的加温、保温工作。机械设备中钻孔仪器中含有风动系统，高压空气是风动系统的动力源泉。当周边环境空气温度比较低的时候由空气压缩机送出高压气体，通过送风管道的高压气体温度也会随之下降，致使风动系统无法正常开展工作。施工人员采用一个加热的煤炭炉，把送风管中的一段放在加热炉内加温，保持比外界较高的温度，经过循环加热的气体直接送到风动设备，这样就有效地解决了风管中高压气体迅速下降的问题。

4)在低温环境中巧妙的使用火工材料。施工人员在工地现场使用乳化炸药，此炸药在外界极地气温下：-23℃～-31℃，会造成炸药爆炸速度明显下降(实践中由3800m/s下降到2900m/s)，因而发生拒绝爆炸的现象。针对所用炸药的这种特性，施工人员与制造炸药的厂家进行沟通，在制造炸药时添加耐低温的一种油相材料，使炸药中的水溶液冰点降低，从而提高炸药的抗冻性能。另外，根据当天的爆破量，准确领取炸药量。然后，合理地组织现场炸药的运输和人员配置，力求做到及时、快速、高效地使用，尽量缩短炸药在低温空气中的暴露时间。

5)要做好汽车出渣运输路线中的防滑措施。采用炸药爆破后的土石方需用20t自卸汽车运出来。在极端气温条件下，由于天气降雪或出渣车辆从基坑内挖装时带来的河水洒落到路面上会结冰，使出渣运输道路变的又湿又滑，从而导致车辆不能正常行驶，充满潜在的安全隐患[1]。施工人员在解决湿滑路面问题采用以下6项措施：①适当加大运输路面宽度，放缓运输道路的坡度，路面宽度按原来宽度的两倍来设计，坡度改为9%；②遇到天气降雪时及时组织人员打扫清除路面堆积的积雪；③保持大坝基坑干燥，有利于减少出渣车辆在行驶时将水洒落路面；④在湿滑运输路面上抛洒工业盐或煤渣、石粉，一方面加速冰雪融化，另一方面煤渣、石粉可以大大增强路面的摩擦力；⑤在路况较差的路段用挖掘机在路面上刻上槽子，用以增大路面粗糙度，从而提高摩擦力；⑥在出渣运输汽车的后轮上安装防滑链。

2.3 按防火冻结法进行土石方开挖施工

采用防火冻结法开挖土方的，可在冻结以前，用保温材料覆盖或将表层土翻耕耙松，其翻耕深度应根据当地气温条件确定。一般≥30cm。开挖基坑(槽)或管沟时，必须防止基础下基土受冻。应在基底标高以上预留适当厚度的松土。或用其他保温材料覆盖。如遇开挖土方引起邻近建筑物或构筑物的地基和基础暴露时，应采取防冻措施，以防产生冻结破环。填方工程在冬期施工时，其施工方法需经过技术经济比较后确定。冬期填方前，应清除基底上的冰雪和保温材料；距离边坡表层1m以内不得用冻土填筑；填方上层应用未冻、不冻胀或透水性好的土料填筑，其厚度应符合设计要求。冬期施工室外平均气温在-5℃以上时，填方高度不受限制；平均温度在-5℃以下时，填方高度不宜超过下表的规定。但用石块和不含冰块的砂土(不包括粉砂)、碎石类土填筑时，可不受表内填方高度的限制。冬期回填土方，每层铺筑厚度应比常温施工时减少20%～25%，其中冻土块体积不得超过填方总体积的15%；其粒径≤ 50mm。铺冻土块要均匀分布，逐层压(夯)实。回填土方的工作应连续进行，防止基土或已填方土层受冻。并且要及时采取防冻措施。施工时，对定位标准桩、轴线控制桩、标准水准点及龙门板等，填运土方时不得碰撞，也不得在龙门板上休息。并应定期复测检查这些标准桩点是否正确。夜间施工时，应合理安排施工顺序，要有足够的照明设施。防止铺填超厚，严禁用汽车直接将土倒入基坑(槽)内。但大型地坪不受限制。基础或管沟的现浇混凝土应达到一定强度，不致因回填土而受破坏时，方可回填土方。

该水利枢纽工程于2008年8月通过水库安全鉴定，9月进行下闸蓄水阶段验收，大坝历经6年寒冬的考验，钻孔取芯、试验各项检测指标、廊道内的渗水量等均在设计和理论计算的范围内，达到了工程的预期目标，质量控制效果良好，目前工程运行充分发挥了生态、社会和经济效益。

[1]汤柱坚.谈水利工程土石方开挖及填筑技术[J].科技资讯，2011(08)：56.

1007-7596(2014)10-0125-02

2014-05-12

田雪竹(1982-)，女，重庆人，工程师，从事水库大坝建设与管理工作。

TV541

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