極端氣溫條件下土石方開挖的技術措施分析

田雪竹

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，烏魯木齊 830000)

極端氣溫條件下土石方開挖的技術措施分析

田雪竹

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，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措施，即：使用適合當時氣溫條件的各種油類；在開挖現場搭設暖棚；加強供風管道的加溫、保溫工作；火工材料在低溫環境中的使用；及時解除路面打滑問題。

全斷面碾壓；混凝土重力壩；極端氣溫；土石方開挖；技術措施

1 工程概況

位于新疆阿勒泰地區福海縣與富蘊縣境內的北疆某水利樞紐是在嚴寒地區修建的第一座百米級以上的全斷面碾壓混凝土重力壩。該水庫工程總庫容24.19億 m3，調節庫容19.18億 m3，死庫容1.27億 m3。電站總裝機140MW，保證出力12.5MW，多年平均發電量5.19億 kW·h。工程等別為Ⅰ等工程，工程規模為大(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、發電引水系統、發電廠房、放水底孔等建筑物組成。碾壓混凝土重力壩設計洪水標準為1000a一遇(P=0.1%、洪峰流量Q=8768m3/s) ，校核洪水標準為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，每孔凈寬12m，閘墩厚度3m；壩體橫縫位于閘孔中間部位。

壩址區具有“冷、熱、風、干”氣候特點，據資料統計：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，多年平均蒸發量為1915.1mm，多年平均風速1.8m/s，最大風速25m/s，最大積雪厚度75cm，最大凍土深1.75m，年有效施工時間僅僅只有7個月，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約5a，共58個月，土石方開挖總量225萬m3，為控制好碾壓混凝土澆筑施工質量，對土石方開挖要求就比較高，尤其是要在嚴寒的冬天進行開挖施工的時候。

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℃氣候條件下機械施工時，其施工方法應注意防凍結。必須要保證開挖施工的鏟車、挖掘機、自卸汽車等機械設備的正常安全運行，提高這些設備的利用率是土石方開挖結果好壞的直接體現和關鍵因素。用于開挖的液壓鉆機、挖掘機、鏟車和自卸汽車等設備，平時要很好的維護，持有這些特種作業上崗證的工作人員要特別在設備的儀器維修、發動機保養、汽缸用油、機箱保溫等細節上注意得當并一一執行，其工作性能才能得到充分發揮。因此，配備夠用的且操作性能良好的機械設備和任用有經驗的操作人員外，還有必要采取下列措施：

1)精確并且合理使用適合當時氣溫條件下的機械用油。如柴油發動機WD615使用—30#抗凍柴油，機油使用CD10W/30型柴機油，液壓油使用32號低溫油，潤滑油使用0#鋰基脂等。

2)在開挖施工現場為機械設備搭設暖棚。施工人員用煤炭爐子加熱，使暖棚內的溫度始終保持在0℃～5℃，機械設備在這個溫度之間所有的動力系統、液壓系統及電器部分能控制在最佳的工作狀態。

3)進一步提高施工開挖現場供風管道的加溫、保溫工作。機械設備中鉆孔儀器中含有風動系統，高壓空氣是風動系統的動力源泉。當周邊環境空氣溫度比較低的時候由空氣壓縮機送出高壓氣體，通過送風管道的高壓氣體溫度也會隨之下降，致使風動系統無法正常開展工作。施工人員采用一個加熱的煤炭爐，把送風管中的一段放在加熱爐內加溫，保持比外界較高的溫度，經過循環加熱的氣體直接送到風動設備，這樣就有效地解決了風管中高壓氣體迅速下降的問題。

4)在低溫環境中巧妙的使用火工材料。施工人員在工地現場使用乳化炸藥，此炸藥在外界極地氣溫下：-23℃～-31℃，會造成炸藥爆炸速度明顯下降(實踐中由3800m/s下降到2900m/s)，因而發生拒絕爆炸的現象。針對所用炸藥的這種特性，施工人員與制造炸藥的廠家進行溝通，在制造炸藥時添加耐低溫的一種油相材料，使炸藥中的水溶液冰點降低，從而提高炸藥的抗凍性能。另外，根據當天的爆破量，準確領取炸藥量。然后，合理地組織現場炸藥的運輸和人員配置，力求做到及時、快速、高效地使用，盡量縮短炸藥在低溫空氣中的暴露時間。

5)要做好汽車出渣運輸路線中的防滑措施。采用炸藥爆破后的土石方需用20t自卸汽車運出來。在極端氣溫條件下，由于天氣降雪或出渣車輛從基坑內挖裝時帶來的河水灑落到路面上會結冰，使出渣運輸道路變的又濕又滑，從而導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題采用以下6項措施：①適當加大運輸路面寬度，放緩運輸道路的坡度，路面寬度按原來寬度的兩倍來設計，坡度改為9%；②遇到天氣降雪時及時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將水灑落路面；④在濕滑運輸路面上拋灑工業鹽或煤渣、石粉，一方面加速冰雪融化，另一方面煤渣、石粉可以大大增強路面的摩擦力；⑤在路況較差的路段用挖掘機在路面上刻上槽子，用以增大路面粗糙度，從而提高摩擦力；⑥在出渣運輸汽車的后輪上安裝防滑鏈。

2.3 按防火凍結法進行土石方開挖施工

采用防火凍結法開挖土方的，可在凍結以前，用保溫材料覆蓋或將表層土翻耕耙松，其翻耕深度應根據當地氣溫條件確定。一般≥30cm。開挖基坑(槽)或管溝時，必須防止基礎下基土受凍。應在基底標高以上預留適當厚度的松土。或用其他保溫材料覆蓋。如遇開挖土方引起鄰近建筑物或構筑物的地基和基礎暴露時，應采取防凍措施，以防產生凍結破環。填方工程在冬期施工時，其施工方法需經過技術經濟比較后確定。冬期填方前，應清除基底上的冰雪和保溫材料；距離邊坡表層1m以內不得用凍土填筑；填方上層應用未凍、不凍脹或透水性好的土料填筑，其厚度應符合設計要求。冬期施工室外平均氣溫在-5℃以上時，填方高度不受限制；平均溫度在-5℃以下時，填方高度不宜超過下表的規定。但用石塊和不含冰塊的砂土(不包括粉砂)、碎石類土填筑時，可不受表內填方高度的限制。冬期回填土方，每層鋪筑厚度應比常溫施工時減少20%～25%，其中凍土塊體積不得超過填方總體積的15%；其粒徑≤ 50mm。鋪凍土塊要均勻分布，逐層壓(夯)實。回填土方的工作應連續進行，防止基土或已填方土層受凍。并且要及時采取防凍措施。施工時，對定位標準樁、軸線控制樁、標準水準點及龍門板等，填運土方時不得碰撞，也不得在龍門板上休息。并應定期復測檢查這些標準樁點是否正確。夜間施工時，應合理安排施工順序，要有足夠的照明設施。防止鋪填超厚，嚴禁用汽車直接將土倒入基坑(槽)內。但大型地坪不受限制。基礎或管溝的現澆混凝土應達到一定強度，不致因回填土而受破壞時，方可回填土方。

該水利樞紐工程于2008年8月通過水庫安全鑒定，9月進行下閘蓄水階段驗收，大壩歷經6年寒冬的考驗，鉆孔取芯、試驗各項檢測指標、廊道內的滲水量等均在設計和理論計算的范圍內，達到了工程的預期目標，質量控制效果良好，目前工程運行充分發揮了生態、社會和經濟效益。

[1]湯柱堅.談水利工程土石方開挖及填筑技術[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，從事水庫大壩建設與管理工作。

TV541

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