水库坝堤砼板护坡防冰问题探讨

【摘要】在我国部分的寒冷地区，水库坝堤会因冰推等外力问题而受到破坏，而本文则是就水库实际问题深入探讨水库坝堤砼板护坡防冰问题，首先提出水库护坡施工的难题，最后详细分析护坡的防冰问题。

【关键字】水库坝堤砼板 护坡防冰

中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

冰冻破坏是寒冷地区水库护坡被破坏的主要原因之一，正如在我国最寒冷的东北省，冬季封冻期长达半年之久，水库冰冻厚度在1.2m—1.7m。水冻结冰后带动土体引起膨胀拱起，造成坡面不平，而当冰层与护坡冻结在一起，当温度回升时会产生冰弯矩作用，推动护坡产生位移，从而使护坡破坏。本文就是参照多个护坡防冰实例，结合多年经验，就月亮湖水库护坡防冰问题作具体分析。

二、护坡结构型式

经过对现有不同类型护坡结构型式调研得知：过去黑龙江省曾广泛采用的干砌石护坡、水泥砂浆灌缝的干砌块石护坡、浆砌石护坡均不适用于严寒地区．这些护坡均不能抵御基土不均匀冻胀、冰推力、冰层弯矩作用。经调研，l1座水库土石坝护坡破坏的占调研总数的54．5％。

埋石砼护坡是在抵抗冻胀、冰推力、冰层弯矩设计计算稳定前提下，在铺设一定厚度的垫层基础上，表面建埋块石砼分块板．埋石砼护坡分为面层和垫层。埋石砼面层采用埋石砼结构，厚度约30～35 cm，厚度由所埋块石粒径大小而定，面层平面分块，尺寸为l.0 m×1．5m～2．0 m～3．0 m．分块之间设油毡隔层。埋石施工中尽量增加埋石率，以降低造价。埋石砼垫层为碎(卵)石、砾、砂层，面层与垫层之间设土工布反滤层，确保护坡反滤安全。埋石砼护坡的特点：

（一）设计时已满足抗基土冻胀稳定要求。

（二）埋石砼护坡表面光滑．虽分块，但分缝垂直于坡面，力传递效果好，可形成整个护坡冰面以上的抵抗合力．加之砼块大、重量大，有利于抗冰推、抗冰层弯矩作用。

（三）面层砼虽埋块石，但振捣后，内部密实，形成整体，可降低砼内孔隙的含水量，避免面层内的冰胀破坏。

（四）埋石砼因埋多达30 的块石，可以降低工程造价。

三、水库坝堤砼板护坡防冰问题探讨

月亮湖水库位于吉林省大安、镇赉两（市）县交界处，洮儿河的尾端，嫩江右岸，其地理位置在西起东经124°00 ，南起北纬42°42， 范围内，是一座以灌溉、养鱼等综合利用的大型平原水库。设计库容11.99亿立方米 ，主坝长15．5㎞，副坝长27km。月亮湖水库自1974年建成运行后，由于建设标准低，水库坝堤抵御风浪侵蚀的标准也低，管理单位每年要投入大量人力、物力进行维修加固。鉴于上述原因，在上级党委和主管部门的关怀支持下，从2005年开始对坝高风浪大的副坝进行砼板防浪护坡工程的施工.通过对水库副坝砼板护坡的衬砌，抵御风浪的标准大大提高，坝外渗水明显减少。但砼板护坡须采取何种 防护措施．才能有效防止冰推破坏的问题随之提出。

（一）防冰推问题的探讨

砼板护坡建成后，由于没有现代化的防冰处理办法，当时采取的是人工破冰方法进行处理，经使用，这种方法耗费人力、物力和时间，并不能及时处理因水库水位上涨而产生的推冰破坏。随后，我们与东北地区的两座水库管理单位联系，同时．也组织本单位工程技术人员研讨工程性防冰措施。东北地区两座水库管理单位采取的是在砼板护坡水位变化区域铺设二层塑膜，中间涂抹油，以达到因水位上灌而上升的冰在砼板上顺势上滑，减少对砼板的冰推破坏的处理办法和采用破冰机械定时在指定区域进行破冰的处理办法。我们对上述处理办法进行了认真分析，认为前者一次性投资太大，且铺设困难；后者经机械破碎的冰渣需组织一定的人力进行打捞，因而决定不采用上述破冰方案。最后．对水库进行了分析．认为月亮湖水库库盘较平缓，砂土较丰，决定因地制宜地采用推筑防冰坝用于实验。

（二）防冰坝的型式选择

最初采取在砼板护坡坡角外1m左右处，由推土机推顶宽为0．5m 的 坝，坝顶高程由水库蓄水高程来决定。经一冬的运行．坝后硅板前存水较多，不利于砼板护坡的防冰。后经过改进施工方法，此形式达到了良好效果。

（三）推筑防冰坝时应注意的事项

1、在推筑防冰坝时．一定要先填筑够底部的要求厚度，然后再向上延伸，以防压坏砼板。

2、防冰坝的推筑时间不宜太早，应在1O月底前竣工，以不影响水库的正常蓄水为宜。

（四）“ 三防” 护坡

所谓“三防” 护坡是按着防冰推、防冻胀、防浪淘要求设计的护坡。

1、“ 三防” 护坡的结构型式

“ 三防” 护坡由面层、保温防冻层和阻滑垫层三部分组成。面层为表面比较光滑的现浇、整体、刚性钢筋混凝土大板。 一般沿坝轴线方向每隔5 ~10 m 分一条缝, 顺坝坡方向每2.5 ~ 5.Om 分一条缝。 按抵抗冰推力要求配筋, 主筋必须贯通每块板, 保证护坡整体受力。板缝中的钢筋四周灌满沥青, 以防锈蚀。 混凝土标号一般在C25,F2 0 0 以上。在坝坡上铺、填适当厚度的保温材料, 如浮石、聚苯乙烯硬质泡沫板、陶粒珍珠岩、硅质页岩等, 即可大大减小或防止其下基土的冻胀, 护坡得以免受其害。防滑垫层主要是针对采用聚苯乙烯硬质泡沫板摩擦系数较小, 为增加其抵抗冰推阻力而设置的。垫层材料最好是碎石、粗砂。

其它保温材料, 如浮石、硅质页岩等已兼有防滑垫层的作用, 即保温和防滑二者合一。根据水库“三防” 护坡试验结果表明, 以下四种型式较好:

(l)整体刚性锚筋连接的钢筋混凝土大板浮石保温护坡;

(2)整体刚性锚筋连接的钢筋混凝土大板聚苯乙烯硬质泡沫板保温护坡; (3) 整体柔性、穿筋现浇混凝土小板简易“ 三防” 护坡 (4) 整体柔性、穿筋预制混凝土小板简易“ 三防” 护坡。

2、护坡防冰冻破坏计算

护坡防冻胀破坏分析，首先在初拟的护坡设计的结构，即工程结构层厚度大于当地冻深最大值的80 的初拟结构型式条件下，应用冻胀量分析公式计算可能发生的冻胀量，然后与本文提出的允许冻胀量值相比较，将可能发生的冻胀量控制在允许范围内。

护坡可能发生的冻胀量计算是依据《水工建筑物抗冰冻设计规范》附录C的公式，计算护坡基土冻胀量：

公式中参数的意义与取值范围详见上述规范，在此不详述．为方便设计，我们给出了护坡不同条件下冻胀量查检的诺模图系列(略)．在寒区平原水库护坡设计中，若完全消除护坡基土冻胀量，则护坡工程结构厚度过厚，势必增加工程造价。

（五）冰推护坡稳定计算

计算前，找出水库土石坝护坡冬季最不利条件下，冰推力作用护坡的各项模拟因素，进一步进行护坡的稳定分析。

具体做法是：首先计算设计条件下的4个计算要素：

冰推作用力取值；2)确定计算时段；3)确定计算水位；4)冰推作用下护坡破坏的可能滑动面．然后在此基础上，进行抗冰推稳定分析．

（六）冰推力的设计取值

发生冰推时, 静冻压力P。是通过护坡前缘的冰盖板施加到护坡上。假设冰盖板厚为a , 冰盖板与混凝土板之间的单位冻结力为T , 冻结界面长为6 了再而下,总冻结力:冰爬坡时, 冻结界面必然被剪断。冰压力P 。可能很大, 但此时在数值_L 只能表现出冻结力这么大, 其余部分用于冰盖板爬坡位移作功。如果我们把冰压力P。

作用在护坡上的力定义为冰推力P 的话, 那么冰压力P 。=P+(位移)。对于材质、糙度、坡度相同的护坡, 冰盖板爬坡时的冰推力P 变化不大, 所不同的是爬坡量。 即冰压力P。越大, 冰盖板爬坡越长。若冰压力的水平分力小于冻结力, 则不发生爬坡。 所以, 冻结力可以作为冰推力的等效值。如果将冰推力P 分解为垂直坡面的分力P。

（七）防冰护坡的效果分析

月亮湖水库为平原水库，库盘缓，且多为砂土．推筑防冰坝所需土料较丰，运距多在20m 以内，此防冰坝的推筑施工较为方便。

水库除险加固后，砼板防浪护坡总长度27km，防冰坝总土方量2.7万～ 2.9万立方米，费用约3.8万， 若用塑膜涂油防冰，经我们测箅，需要投入各种费用其8万元左右；采用机械破冰，所需经费更多。由此可见，采用推筑防冰坝的型式进行砼板护坡防冰．可大大节省费用。

四、结束语

多次实践实例可以表明，水库护坡防冰破坏问题可以避免。每年只需一次性在水库进水前的1月内将防冰坝推起即可，有利于水库的管理。同时，我们认为这是因地制宜行之有效的防冰处理办法。

【参考文献】

[1]碾压式土石坝设计规范S D J2 1 8一8 4 。水利电力出)凌社, 1 9 8 5 年