守口堡水库胶凝砂砾石坝冬季防冻保温措施方案比选

吕建文

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 引言

胶凝砂砾石坝是一种新型坝，具有独特的经济性和适用性，在世界范围内尚无成熟的施工工法和经验可循，尤其是在高寒地区防冻保温措施更是无据可查，受自然条件和施工工期制约，胶凝砂砾石坝冬季防冻保温势在必行。由于胶凝砂砾石本身不具有抗冻性的特点，所以随着不同的施工时段和周边地理条件的变化，应对胶凝砂砾石冬季防冻保温采取相应不同的措施，使其既能达到施工便捷，成本低廉的效果，又能对胶凝砂砾石层实现全覆盖。

据不完全统计，胶凝砂砾石坝在国外已有一定的发展，但世界范围内已建成的也仅有10余座。我国福建的尤溪街面板堆石坝下游围堰、福建街面水电站下游围堰等工程中也使用了该坝型，这些工程均在气候比较温和的地区进行施工，不需要面对冬季防冻保温的问题。

大同市守口堡水库属高寒区域，冬季最低气温可达到零下30多度，冻土深度为2m，且有多雪、大风等气候特点。因此，确定胶凝砂砾石坝在不同情况下采取何种保温措施，成为摆在建设者面前急需解决的首要问题。关于守口堡水库胶凝砂砾石坝防冻保温措施的研究，在我国筑坝史上属首创，可为今后国内外同类型坝的防冻保温施工起到指导和推广作用。

2 工程概况

守口堡水库位于大同市阳高县境内海河流域黑水河上游段，在阳高县城西北方向约10km处，控制流域面积291km2，是一座集工业供水、农业灌溉及防洪等综合利用的小（1）型水库。总库容980万m3，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。坝顶长度354m，最大坝高61.6m，大坝主体为胶凝砂砾石坝，上、下游面板均采用常态混凝土。

3 胶凝砂砾石坝保温措施

3.1 常规覆土法

当胶凝砂砾石坝填筑高程超过基坑顶高程时，覆水法保温已不再满足保温的需求。若采用覆土法保温，根据守口堡工地气候条件，冻土深度为2m，覆盖面积约1.3万m2，按覆盖土料层厚2m考虑，所需的土料约2.6万m3。因工地附近土料稀缺，从其它地方外运土料将大大增加费用，关键是运到大坝上的土料，待第二年气温转暖后需再运出去同等方量的土料。经用土料保温过的坝面，涉及到坝面的清理，需要投入大量的劳力，延长了开工时间。

3.2 浸水保温法

胶凝砂砾石坝在填筑完成后不能直接浸入水中，否则会影响其抗压强度技术指标。经过现场试验确定，在填筑完成7～10d后，抗压强度可达到设计强度的60%以上，此时浸水不会影响到其后期的强度增长。采用这种保温方法，关键的技术难题是控制好浸水过程的时段，以及胶凝砂砾石坝坝面淹没时的水深。浸水过程分三个阶段进行，分别为准备阶段、浸水阶段和排水清理阶段。浸水前为了在浸水完成后监测到各水层温度变化情况，在基坑内待浸水区范围内沿不同的高程提前安装温度监测仪器。

准备阶段，当胶凝砂砾石坝体填筑完成后，清理并撤出基坑内所有机械设备，同时做好大坝监测仪器的保护，并对大坝监测仪器的电缆和穿线电缆管进行防水保护，使电缆芯内和电缆管内无水浸入。

浸水阶段，浸水使用的水源可利用基坑上游的渗水，根据施工期的经常性排水量即可推算出大坝基坑上游内每天的渗水量，从而可以确定有效的浸水天数，只有当胶凝砂砾石仓面最高点浸入水中2m时，才可对胶凝砂砾石的防冻保温起到有效保护作用。在浸水期间，针对不同的待浸水仓面不被冻坏，应采取临时保温措施（如临时覆盖工程被），随着水位的不断上升，工程被也跟着不断揭除。在水位上升期间，派专人对浸水过程相应水位的水温变化情况做好记录。

排水清理阶段，第二年开工时，根据气候情况适时安排抽排水时间，抽排水的水位下降速度控制是浸水保温法控制的关键环节。当水位下降速度过快时，会引起基坑周边砂砾石层突然减压，从而造成边坡坍塌，结合本工程施工期经常性排水的施工经验和基坑边坡的地质特点，每天以1.2m的水位下降高度为宜。为了更好地验证浸水法对胶凝砂砾石后期强度是否有影响，待胶凝砂砾石仓面清理干净后，可采用钻孔取芯法来检测。经采用地质钻机现场对守口堡水库普通胶凝砂砾石坝实体钻孔取芯检测，平均抗压强度为7.3MPa，满足设计要求（设计指标为C6），充分说明此种保温法是合理可行的。

浸水保温法有很多的优点，最主要的是它不需要考虑冬季基坑内的经常性排水，因为冬季排水存在诸多的不确定因素，若遇中途停电或水泵配套设备出现故障，在抢修过程中容易使大坝保温面出现漫水情况，很快结冰，给胶凝砂砾石坝的保温带来极大的风险，直接影响到保温的效果和保温质量。用浸水方法施工更方便，投入的工程费用较低，也给第二年的开工提供了更为有利的先决条件。浸水保温法的缺点是浸水时间较长，为防止待浸水区被冻坏，必须提前预留浸水时间，从而占用了有效的施工时间。

3.3 工程被覆盖法

当坝体胶凝砂砾石填筑至超出基坑时，浸水法已不再适用胶凝砂石仓面过冬保温，经过参建单位多次讨论和咨询相关专家，并结合守口堡枢纽工程气候特点，最后提出采用覆盖法保温。但关键的技术难点是选取什么样的保温材料，覆盖层多厚，可以确保胶凝砂砾石安全越冬。经过分析和比选，最后选定覆盖层为4布2膜的工程保温被来覆盖，覆盖层为上、下两层，覆盖总厚度为6cm。

铺设工程被前，应先把铺筑面上的石子、杂物等清扫干净，以防止尖锐的物体损坏保温被防水层，从而影响保温质量；铺筑时应注意上、下覆盖层之间要错缝搭接，相邻的两块之间要用绳子扎好，以确保保温的严密性；最后在铺筑上层压上编织土袋，间、排距为10m，以防刮风时引起工程被空鼓或卷曲。另外，在覆盖层保温被内沿坝轴线的不同部位设置几个温度监测点，并派专人进行记录，每隔4h读一次数值，随时监测覆盖层内的温度变化是否在正温以上，如若有异常情况，应及时采取应对措施。

采用工程被覆盖法的优点是施工时间短、操作简单。与浸水法相比，缺点是工程投入费用较高。

4 结语

经综合比较分析，用浸水法保温方案施工更方便，投入的工程费用更低，同时也给第二年的开工创造了有利条件,初步估算浸水法与常规覆土法相比能使保温成本降低约18元/m3。可见，具有可操作性的保温措施，不仅能带来很大的经济效益，又能提高大坝的工程质量，为水库安全运行打下良好的基础。