土壩上游護坡的凍害與防治對策

賈長江

（四平市水利局，吉林四平136000）

上游護坡是土壩外部結構的重要組成部分，它對土壩的安全具有重要作用，可保護土壩上游壩體免受風浪的掏刷和冰凍的破壞。但對于嚴寒地區的平原水庫，由于冰面大，上游護坡遭受冰凍破壞極為嚴重，每年需投入大量人力物力進行修理，既浪費又影響水庫的正常運行。如不及時修理或修理不符合要求，就會形成惡性循環，即凍害-風浪掏刷-再凍害，直至壩坡大面積破壞，使險情惡化或擴大。因此，嚴寒地區防治土壩上游壩坡凍害是一項重要的任務。

1 冰與冰壓力

寒冷和嚴寒地區的水庫，庫面在冬季將凍結一層冰晶體，有些地區冰層厚度可達1 m以上。當氣溫回升時，冰層膨脹，隨即對岸邊和壩坡產生靜冰壓力，冰塊破碎后，又會產生撞擊在壩面的動冰壓力。

2 冰凍對土壩上游護坡的破壞

在寒冷地區，特別是嚴寒地區，土壩上游護坡在冰凍的作用下易產生下列破壞情況。

2.1 壩坡土體凍脹

當壩坡土體表層未設砂殼保護層或保護層厚度不足、不均勻且護坡下壩坡土體為粉質粘士、粘質壤士或粉土時，壩坡浸水后，冰凍期壩坡土體易產生不均勻凍脹，這種現象在距冰面1.5 m左右范圍內的壩坡上最為明顯。土體的不均勻凍脹使護坡的混凝土板（塊）或塊石隆起，再加以冰蓋推力的作用，護坡就遭到破壞。待冰體和凍土融化后，護坡不可能再恢復原狀，形成一堆堆的架空亂石，這就使壩體土料失去保護，春秋大風浪時，對壩坡掏刷極為嚴重。

2.2 冰蓋的破壞作用

寒冷和嚴寒地區，水庫的冰蓋產生沿壩坡向上爬升的現象，這種爬升有時一天幾厘米，嚴重時一天幾十厘米，一個冬季爬升可達4～5 m。這是因為冰體與其它物體一樣有熱脹冷縮的屬性，受陽光照射便膨脹，夜間溫度降低就收縮，所以冬季夜間在水庫能昕到清脆的撕裂聲，即為冰蓋收縮產生裂縫時發出的聲音。冰蓋裂縫內進水凍結后，又增加了冰蓋的膨脹量，如此交替循環，膨脹量就逐漸增大，冰蓋便沿壩坡不斷上爬，特別是當冰蓋與護坡凍結在一起時，其破壞作用更加嚴重，冰蓋能產生很大的靜冰壓力，瞬時靜冰壓力可達40～50 N/cm2，所以冰蓋的推力能嚴重破壞護坡，如圖1所示。

圖1 冰蓋破壞護坡示意圖Fig.1 Sketch of slope protection damaged by ice cover

3 土壩護坡凍害的防治

多年來，土壩護坡的凍害防治始終是一個難以解決的問題，目前尚未找到特別有效而又經濟的辦法，下面介紹幾種措施。

3.1 梢捆防凍

這是一種地方性的辦法，在盛產梢柴的地區可以采用。使用時，將梢柴（條）用鐵絲捆綁成圓柱狀，當庫面剛結成薄冰層時，沿壩坡與冰面的交線將薄冰刨碎，再將梢捆放入。當冰蓋開始融化時，靜冰壓力作用在梢捆上，使冰蓋與護坡脫離接觸，這樣梢捆對冰壓力起到緩沖作用，使護坡免受破壞。

3.2 吹氣防凍

壩體不長時，對有條件的樞紐工程，可沿壩坡與冰面交線附近裝設供氣管路，每隔一定的距離設出氣管口，并插到防凍部位的水下，用風泵或空氣壓縮機供氣，通過定時在水下吹氣攪動水面，保持水面不結冰。吹氣次數根據當地氣溫變化靈活掌握。

3.3 破冰防凍

沿壩坡與冰面的交線，每隔一定時間就將冰蓋刨碎一次，使壩面與冰蓋交線處的水永不凍結，形成不凍槽，這樣可使護坡免遭靜冰壓力的破壞。此法簡單易行，但必須指派專人負責，按一定的時間進行。

4 結語

目前，土壩護坡多采用塊石或混凝土板（塊）砌筑，其下鋪以墊層。實踐證明，這兩種護坡對抵御風浪的作用有一定效果，但不能抵抗靜冰壓力的推移，更不能抵御動冰壓力的撞擊。因為塊石護坡單層厚僅0.30～0.35 m，雙層厚約0.4～0.6 m，混凝土護坡的混凝土板一般為50 cm×50 cm的方形板塊，以上尺寸都是考慮風浪作用設計的，一般不考慮冰壓力的作用，故不能抵御冰凍的破壞。若考慮冰壓力的作用，則塊石和混凝土板的體積將會太大，這樣既不經濟，又給施工造成困難。目前，多數采取消極辦法，即破壞了再修理，實際上是以治為主的被動措施，這個問題有待進一步研究解決。■