張進忠

（呼倫貝爾市水資源管理站 021008）

1 工程概況

呼倫貝爾牙克石市位于我國高寒地區(qū)，牙克石鳳凰湖蓄水工程位于海拉爾河一級支流免渡河下游左岸河灘地上，在牙克石市上游，位于鳳凰山滑雪場附近，距市區(qū)16km。該蓄水工程是把免渡河河水通過引水渠自流引入鳳凰湖，在鳳凰湖內(nèi)形成一定的水面面積和水深。是一座為德國博世集團冬季汽車底盤性能測試提供試驗場地，并兼顧養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的小型蓄水工程。

鳳凰湖蓄水工程總庫容為463.59萬m3，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252－2000）2.1.1條的規(guī)定，工程規(guī)模為?。?）型，工程等別Ⅳ等。主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。

擋水壩由主壩、副壩構(gòu)成，其中主壩長3229m，副壩長755m，壩型采用碾壓式土石壩，復(fù)合土工膜壩體防滲，迎、背水邊坡均為1∶2.50，壩頂寬5.0m。上游為干砌石護坡，下游為碎石護坡，壩頂為渣石路面，下游壩腳設(shè)棱體排水。主壩上設(shè)有入湖閘和泄水閘各一座。副壩上設(shè)有一處過水路面，為毛石混凝土結(jié)構(gòu)，長12.0m，頂高程678.50m（過水路面的實施應(yīng)與汽車試驗中心陸地工程的排水系統(tǒng)結(jié)合，具體位置應(yīng)由德方根據(jù)排水系統(tǒng)確定）。

2 冰推護坡問題

我國北方地區(qū)的平原水庫受冰推十分嚴(yán)重，破壞性極大，是導(dǎo)致水庫護坡破壞的主要原因。

水庫封凍以后，在氣溫突然升高的天氣（如寒潮過后），冰蓋表層溫度急劇升高，體積膨脹，于是產(chǎn)生了很大的靜冰壓力，并推動護坡向上位移，這就是統(tǒng)稱的冰推護坡作用（簡稱冰推），它是冰蓋板釋放能量的一種形式。

冰推一般發(fā)生在水淺、壩長、冬季水位變化不大的平原水庫，對于山區(qū)狹長型水庫，冰壓力被兩岸山體阻擋，對大壩很少發(fā)生冰推。

冰推嚴(yán)重地破壞了護坡表面的整體性和連續(xù)性，產(chǎn)生起拱、錯位、扭曲、裂縫等變形，使護坡失去了原設(shè)計的防風(fēng)浪能力。鳳凰湖的護坡采用干砌石柔性護坡材料，從某種意義上來說，對冰推也能起到較好的緩沖作用。

3 壩體抗凍變形校核

在冰壓力作用下二布一膜防滲體的變形情況如下。

3.1 作用在水庫坡面上的水平方向靜冰壓力

根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計規(guī)范》（SL 211—98）附錄D.2插補延長，求得在多年平均最大冰厚t=150cm時，作用在水庫坡面的水平方向靜冰壓力Pi=332.5kN/m。

3.2 垂直坡面分力（Py）和平行坡面的分力（Px）

經(jīng)計算：Py=123.5kN/m，Px=308.7kN/m（見圖 1）。

圖1 坡面靜冰壓力

3.3 基本假定

因處于冰層范圍內(nèi)護坡的塊石、墊層與冰形成整體，將這部分作為剛體，求其在垂直坡面的分力Py的作用下，單寬壩體產(chǎn)生的沉陷量Su，該沉陷量即為二布一膜防滲體的變形。

3.4 防滲體在冰推力作用下的變形計算

求A點下B、C兩點的地基表面的沉陷（見表1、表 2）：

表1 基底A點基土中地基壓縮應(yīng)力計算（一）

表2 基底A點基土中地基壓縮應(yīng)力計算（二）

a.基底水平向單位壓力Px為均布分布：

b.基底垂直壓力分布。因PY引起的基底垂直壓力分布為

c.基底沉降計算壓力的分布：

d.地基自應(yīng)力分布。由原地面算起，地下水位以上基土容重 γ=20kN/m3，以下 γ′=10kN/m3。

e.地基中壓縮應(yīng)力σZ的分布：

三角形荷載PT=73.42-32.44=40.98kN/m

均布荷載PS=41.26-8.82=32.44kN/m（見圖2）

設(shè)計壩體防滲采用復(fù)合土工膜（100g/m2/HDPE0.5mm/100g/m2）。其中滲透滲透系數(shù)K≤10-12cm/s，耐靜水壓力P＞1.0MPa，斷裂強度不小于17kN/m。根據(jù)冰推力對壩體產(chǎn)生變形的計算結(jié)果，在垂直壩面冰堆力Py=123.5kN/m的作用下，壩體只產(chǎn)生8mm變位，不會對壩體防滲復(fù)合土工膜產(chǎn)生破壞。同時復(fù)合土工膜厚度，滿足《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（SL/T 225—98）第5.3條的要求。

圖2 防滲體在冰推力作用下的變形情況

4 結(jié) 語

目前世界各國防治冰推主要是采用人工、機械破冰，或用風(fēng)泵離冰。此外就是加大建筑物結(jié)構(gòu)尺寸，加大結(jié)構(gòu)尺寸，需要投入大量財力和物力。

鳳凰湖蓄水工程地處嚴(yán)寒地區(qū)，冰面厚度大，溫差變化大，對于這樣一個水淺、壩長、壩低、冬季水位變化不大的小型蓄水工程，冰推問題自然會引起大家的重視。如果采用工程措施來防止冰堆，將加大壩體護坡的厚度，經(jīng)初步計算，如采用干砌石護坡抵抗冰推，干砌石護坡的厚度將達到1.70m。如采用混凝土板護坡抵抗冰推，混凝土板護坡的厚度將達0.8m。經(jīng)綜合論證和比較，認(rèn)為采取工程措施抵抗冰推對于該工程來說是不經(jīng)濟的，采取人工或機械破冰配合其他管理措施更加經(jīng)濟合理。從4年來的實際運行情況來看，冰凍及冰推未對壩體造成工程性破壞，工程采取的措施是合理可行的?！?/p>