漳泽水库上游护坡的冻害与防冶对策

刘建军

（山西省漳泽水库管理局 山西长治 046021）

上游护坡是土坝外部结构的重要组成，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淘刷和冰冻的破坏。但对于严寒地区的水库，由于冰面大，上游护坡受到的冰冻破坏极为严重，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，直至坝体大面积破坏，使险情恶化或扩大。因此，严寒地区防治土坝上游坝体冻害是一项重要任务。本文就以漳泽水库为例介绍一下冻害的防治对策。

1 漳泽水库概况

漳泽水库位于长治市北郊，是浊漳南源干流上的一座控制性工程，属海河流域漳卫南运河水系。坝址以上干流72.3 km，控制流域面积3176 km2。水库枢纽包括拦河坝、溢洪道、泄水洞和引水口。拦河坝为均质土坝，长2514 m，改建后坝高22.5 m。

水库于1959年11月动工修建，1960年4月竣工。由于原建工程质量差，防洪标准低，存在诸多问题，运用中曾多次进行局部和单位工程的改建、扩建、加固。1989年10月投资5509万元又实施了全面的加固改建工作，于1995年完工。水库库容4.273亿m3，防洪标准达100年设计，2000年校核。

2 冰与冰压力

寒冷地区的水库中，库面在冬季将冻结一层冰晶体，有些地区冰层可达1 m以上，漳泽水库在冬季冰层最厚可达40 cm以上。当气温回升时，冰层膨胀，随即对岸边和坝体产生静冰压力，静冰压力作用在溢洪道和泄水洞上，可使闸门变形。冰块破碎后，又会产生撞击在坝面的动冰压力。

3 冰冻对土坝上游护坡和溢洪道闸门的破坏

在寒冷地区，特别是严寒冷地区，土坝上游护坡在冰冻作用下易产生下列破坏情况。

3.1 坝体土体冻胀

当坝坡土体表层未设砂壳保护层或保护层厚度不足、不均匀且护坡下坝体土质为粉质黏土、黏质壤土或粉土时，坝体浸水后，冰冻期坝坡上易产生不均匀冻胀，这种现象在距冰面1.5 m左右范围内的坝体最为明显。土体的不均匀冻胀使护坡块石隆起，再加上冰盖推力的作用，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，形成一堆一堆的架空乱石，这就使坝体土料失去保护，大风浪时，对坝体淘刷极为严重。

3.2 冰盖的破坏作用

在寒冷地区，特别是严寒冷地区，水库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。

这是因为冰体与其他物体一样有热胀冷缩的属性，受阳光照射时膨胀，夜间温度降低就收缩，所以冬季夜间在水库能听到清脆的撕裂声，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，瞬间静冰压力可达40～50 N/cm2所以冰盖的推力能严重破坏护坡。

漳泽水库在对电厂供水前冬季冰盖最高爬高可达2m，在对电厂供水后，由于电厂循环使用冷却回水在冬季可达10℃左右，使水库水温升高，冰冻有所减轻，现在冬季冰盖最高爬升有0.5m左右。

3.3 冰盖对溢洪道闸门的破坏

漳泽水库溢洪道位于大坝右端，全长304m，闸室为胸墙式，设4孔，为9.2m×6.6m的弧形钢闸门，冰盖的推动力使弧形钢闸门变形，出现漏水现象，漏水在闸门后结冰，形成大大的冰柱挂在闸门后，冰柱的膨胀收缩又加大了闸门的变形，如此交替循环，使闸门变形更加严重，最终可使闸门变形影响泄洪。

4 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经济的办法，下面介绍几种措施：

4.1 梢捆方法

这是一种地方性办法，在盛产梢柴的地方可使用。使用时，将梢柴用铁丝绑成圆柱形，当库面刚结成薄冰时，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缓冲作用，使护坡免受破坏。

4.2 吸气防冻

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设供气管道，每隔一定的距离设出气管口，并插入到防冻部位的水下，用风泵或空气压缩机供气，通过定时在水下吹气搅到水面，保持水面不结冰。吹气次数根据当地气温变化灵活掌握。

4.3 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，这样可使护坡免受静冰压力的破坏。漳泽水库溢洪道和泄水洞采用此法，在冬季时派专人负责，按一定时间和结冰情况进行。

5 结语

目前，土坝护坝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，但不能抵御静冰压力的撞击。因为块石护坡单层厚仅0.3～0.35m，双层厚约为0.4～0.6m，混凝土护坡的混凝土板一般为50cm×50cm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。