土坝上游护坡的冻害与防治对策

贾长江

（四平市水利局，吉林四平136000）

上游护坡是土坝外部结构的重要组成部分，它对土坝的安全具有重要作用，可保护土坝上游坝体免受风浪的掏刷和冰冻的破坏。但对于严寒地区的平原水库，由于冰面大，上游护坡遭受冰冻破坏极为严重，每年需投入大量人力物力进行修理，既浪费又影响水库的正常运行。如不及时修理或修理不符合要求，就会形成恶性循环，即冻害-风浪掏刷-再冻害，直至坝坡大面积破坏，使险情恶化或扩大。因此，严寒地区防治土坝上游坝坡冻害是一项重要的任务。

1 冰与冰压力

寒冷和严寒地区的水库，库面在冬季将冻结一层冰晶体，有些地区冰层厚度可达1 m以上。当气温回升时，冰层膨胀，随即对岸边和坝坡产生静冰压力，冰块破碎后，又会产生撞击在坝面的动冰压力。

2 冰冻对土坝上游护坡的破坏

在寒冷地区，特别是严寒地区，土坝上游护坡在冰冻的作用下易产生下列破坏情况。

2.1 坝坡土体冻胀

当坝坡土体表层未设砂壳保护层或保护层厚度不足、不均匀且护坡下坝坡土体为粉质粘士、粘质壤士或粉土时，坝坡浸水后，冰冻期坝坡土体易产生不均匀冻胀，这种现象在距冰面1.5 m左右范围内的坝坡上最为明显。土体的不均匀冻胀使护坡的混凝土板（块）或块石隆起，再加以冰盖推力的作用，护坡就遭到破坏。待冰体和冻土融化后，护坡不可能再恢复原状，形成一堆堆的架空乱石，这就使坝体土料失去保护，春秋大风浪时，对坝坡掏刷极为严重。

2.2 冰盖的破坏作用

寒冷和严寒地区，水库的冰盖产生沿坝坡向上爬升的现象，这种爬升有时一天几厘米，严重时一天几十厘米，一个冬季爬升可达4～5 m。这是因为冰体与其它物体一样有热胀冷缩的属性，受阳光照射便膨胀，夜间温度降低就收缩，所以冬季夜间在水库能昕到清脆的撕裂声，即为冰盖收缩产生裂缝时发出的声音。冰盖裂缝内进水冻结后，又增加了冰盖的膨胀量，如此交替循环，膨胀量就逐渐增大，冰盖便沿坝坡不断上爬，特别是当冰盖与护坡冻结在一起时，其破坏作用更加严重，冰盖能产生很大的静冰压力，瞬时静冰压力可达40～50 N/cm2，所以冰盖的推力能严重破坏护坡，如图1所示。

图1 冰盖破坏护坡示意图Fig.1 Sketch of slope protection damaged by ice cover

3 土坝护坡冻害的防治

多年来，土坝护坡的冻害防治始终是一个难以解决的问题，目前尚未找到特别有效而又经济的办法，下面介绍几种措施。

3.1 梢捆防冻

这是一种地方性的办法，在盛产梢柴的地区可以采用。使用时，将梢柴（条）用铁丝捆绑成圆柱状，当库面刚结成薄冰层时，沿坝坡与冰面的交线将薄冰刨碎，再将梢捆放入。当冰盖开始融化时，静冰压力作用在梢捆上，使冰盖与护坡脱离接触，这样梢捆对冰压力起到缓冲作用，使护坡免受破坏。

3.2 吹气防冻

坝体不长时，对有条件的枢纽工程，可沿坝坡与冰面交线附近装设供气管路，每隔一定的距离设出气管口，并插到防冻部位的水下，用风泵或空气压缩机供气，通过定时在水下吹气搅动水面，保持水面不结冰。吹气次数根据当地气温变化灵活掌握。

3.3 破冰防冻

沿坝坡与冰面的交线，每隔一定时间就将冰盖刨碎一次，使坝面与冰盖交线处的水永不冻结，形成不冻槽，这样可使护坡免遭静冰压力的破坏。此法简单易行，但必须指派专人负责，按一定的时间进行。

4 结语

目前，土坝护坡多采用块石或混凝土板（块）砌筑，其下铺以垫层。实践证明，这两种护坡对抵御风浪的作用有一定效果，但不能抵抗静冰压力的推移，更不能抵御动冰压力的撞击。因为块石护坡单层厚仅0.30～0.35 m，双层厚约0.4～0.6 m，混凝土护坡的混凝土板一般为50 cm×50 cm的方形板块，以上尺寸都是考虑风浪作用设计的，一般不考虑冰压力的作用，故不能抵御冰冻的破坏。若考虑冰压力的作用，则块石和混凝土板的体积将会太大，这样既不经济，又给施工造成困难。目前，多数采取消极办法，即破坏了再修理，实际上是以治为主的被动措施，这个问题有待进一步研究解决。■