胶凝砂砾石坝坝体冬季保温与排水技术

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

胶凝砂砾石坝是介于刚性坝和散粒体坝之间的一种新坝型。其特点是：对筑坝材料要求较低，可就地取材，大坝施工基本实现零弃料，凸显了在适应环境方面的优势，具有施工速度快、安全可靠性高等优点，得到坝工界的高度重视。

目前，使用了胶凝砂砾石筑坝技术的洪口水电站下游围堰、四川顺江堰等工程均位于气候温和的地区，可不考虑冬季保温措施。而守口堡水库地处高寒地带，最低气温低于-30℃，且冬歇期漫长（冬歇期从10月～来年4月）。坝体保温、基坑排水等措施是胶凝砂砾坝在高寒地区能否顺利实施的关键问题。

1 守口堡水库大坝工程简述

1.1 工程概况

山西省大同市守口堡水库位于阳高县海河流域黑水河上游段，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。

守口堡水库枢纽大坝为胶凝砂砾石坝，坝顶长354 m，最大坝高61.6 m。大坝由左右挡水坝段（底孔坝段）和中间溢流坝段组成。大坝主体为胶凝砂砾石，上下游防渗保护均采用常态混凝土。

1.2 水文气象

海河流域黑水河上游段属高原温带季风型大陆性气候。冬季受西伯利亚冷空气影响，西北风盛行，严寒少雪，气温、降水分配很不平衡。根据阳高县气象站（1972年—2000年）气象要素统计资料，多年平均气温7.1℃，多年平均降水量411.3 mm，多年平均蒸发量1 734 mm，多年平均风速2.3 m/s，最大风速18 m/s，风向为WNW，最大冻土深度1.43 m。

2 胶凝砂砾石坝冬季保温及排水方案

如按照上述保温方案，分区对守口堡胶凝砂砾石大坝进行保温过冬，每个冬歇期需要投入600 余万元，成本相对较大。另外，即便持续排水，也不能保证整个越冬期基坑完全处于干地状态，这样保温效果很难保证。技术人员通过对质量、成本的综合考虑，根据工程进度，结合工程所在地的环境特点，对不同年度采用了不同的胶凝砂砾石冬季保温和排水方案，现分述如下。

2.1 2015年冬季保温及排水方案

2.1.1 保温方案

截止到2015年10月底，坝体完成了富浆胶凝砂砾石垫层的施工。坝体填筑高程低于基坑顶高程（原河床地面高程）18 m，结合2014年冬季基坑蓄水经验和胶凝砂砾石试块水中养护的情况来看，胶凝砂砾石可采取蓄水法保温，水源利用基坑渗水。经过现场试验，胶凝砂砾石填筑完成7～10 天后，其强度可达到设计强度的60%，从试块浸水养护情况来看，后期强度仍有一定增长，能满足技术指标。蓄水过程分为以下两个阶段：2.1.1.1 准备阶段

沿基坑内待蓄水区范围内不同的高程安装温度监测仪器，监测各水层温度变化情况。

2.1.1.2 蓄水阶段

利用基坑上游的渗水作为蓄水的水源，根据施工期的经常性排水量计算大坝基坑上游内的渗水量，推算基坑蓄满水需20 天，此时胶凝砂砾石仓面最高点浸入水中2 m，即可有效达到胶凝砂砾石的防冻保温作用。在此期间，安排专人记录蓄水过程相应水位的水温变化情况。2015年11月1日开始蓄水，11月20日蓄水至基坑顶高程时开始溢流，蓄水深度最小6.8 m；在蓄水保温期间，每隔4 小时对坝区气温及不同高程的水温进行监测，坝区最低气温为-30.1℃，胶凝砂砾石填筑顶面处最低温度为3.6℃。

2.1.2 排水方案

在蓄水阶段，水面高于基坑下游原河床地面时，采取预埋管自流排至下游河道。在排水清理阶段，为避免水位下降速度过快，引起基坑周边砂砾石边坡坍塌问题，结合工程施工期经常性排水的施工经验，水位以1.2 m/d 的速度下降为宜。守口堡水库于2016年3月16日开始抽排基坑积水，4月1日排完，2016年6月对富浆胶凝砂砾石进行取芯检测，平均抗压强度11.65 MPa，满足设计要求（设计指标为C10）。

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胶凝砂砾石冬季保温采用蓄水法，避免了冬歇期排水的许多困难，如停电或水泵排水配套设备出现故障，在抢修过程中基坑会出现积水结冰的情况，减少胶凝砂砾石保温的风险，保证工程的质量。同时大大降低保温的措施费用，为来年开工准备创造了有利的条件。

2.2 2016年冬季坝体保温及排水方案

2.2.1 保温方案

2016年10月底，胶凝砂砾石填筑面高出基坑顶高程5 m，蓄水法不再适用胶凝砂砾石坝过冬保温。参建单位多次讨论和咨询相关专家，结合守口堡枢纽工程现状，采用4 布2 膜工程保温被覆盖保温。

铺设保温被前，先清扫铺筑仓面上的石子、杂物等，避免尖锐的物体损坏保温被防水层，从而影响保温质量；铺筑时注意上、下覆盖层之间要错缝搭接，相邻块之间要用绳子扎好，以确保保温被的严密性；最后在上层压上编织土袋，间、排距为10 m，以防刮风时引起保温被内空鼓和卷曲。

2.2.2 排水方案

在上游侧浇筑一条高出基坑顶高程5 m（胶凝砂砾石填筑面高程）的混凝土挡水墙，墙体连接处采用密封材料密封。浇筑时在高出基坑顶高程4 m 处安置4 根PE315 排水管，长度伸出挡水墙面1.5 m。

对胶凝砂砾石及下游混凝土面开挖一条横向梯形沟，依次铺设土工膜、粗砂垫层，安装管道，回填保温层，与上游侧管道连接，对下游面板处进行混凝土浇筑密封。下游坝面以外部分搭设脚手架、安装排水钢管至下游出水口处，利用水位差上游渗水可自流排至下游排水坑，保证水位始终保持在胶凝砂砾石面1 m以下。

2.2.3 温度监测

覆盖保温被后，安排专人监测。监测方法：设置三个纵断面，每个纵断面分别设置3 个监测点，为主要监测点；每间隔4 小时监测一次，每次随机选取3 个监测点进行监测，并作好详细记录。重点监测部位主要是上游纵断面、下游纵断面及保温被搭接部位。如遇大风或强降温等恶劣天气时，应加设临时测点。在守口堡整个保温期间，坝区最低气温为-28℃，保温被与胶凝砂砾石坝接触部位最低气温为0.6℃；2017年4月3日揭除覆盖层，2017年6月对实体进行了取芯检测，平均抗压强度7.37 MPa，满足设计要求（设计指标为C6）。

2016年冬季采用工程保温被和安设排水管自流排水的方案不需考虑冬季的抽水问题，降低保温的措施费用，为来年开工准备创造有利的条件。

2.3 2017年冬季保温及排水方案

2.3.1 保温方案

2017年冬季停工时填筑高程超过基坑顶高程15 m，超过冲沙底孔底高程10 m，超过冲沙底孔顶高程2.5 m，距坝顶高程24.6 m。采取与2016年相同的工程被保温方案和温度监测方案。整个保温期间，坝区最低气温为-23℃，保温被与胶凝砂砾石坝接触部位最低气温为0.3℃。

2.3.2 排水方案

在基坑上游边缘处修建小型围堰，要求堰顶高程高出冲沙底孔底高程3 m，使基坑蓄水面高程高于坝体冲沙底孔底高程，利用预设在冲沙底孔的管道自流至下游。

3 结语

三个冬季保温方案在守口堡水库枢纽工程施工中得到成功应用，经实践检验，其具有施工工艺简单，保温效果良好的优点，大大降低施工成本，经济效益明显，减少了施工工序，加快施工进度，保证了保温质量，取得了良好的社会效益。

处于高寒地区的胶凝砂砾石坝坝体保温技术，值得我们进一步的探索和研究。守口堡水库采取的胶凝砂砾石坝冬季保温技术不仅在北方地区适用，在南方的高海拔地区同样适用。对于覆盖层较厚、基坑深、渗水量大、两岸向河谷补给水的胶凝砂砾石坝排水技术是适宜的。对于蓄水过冬方案来说，虽然蓄水后对胶凝砂砾石强度有一定影响，但都在可控范围内。建议胶凝砂砾石坝设计时，按胶凝砂砾石饱和抗压强度校核。