混凝土砌塊護(hù)坡技術(shù)在治淮工程中的應(yīng)用與創(chuàng)新

淮河水利委員會(huì)辦公室副主任 董開友

　　在水利部國(guó)科司的大力支持下，淮委自2001年、2004年、2005年分別承擔(dān)了三個(gè)“948”計(jì)劃項(xiàng)目，總計(jì)引進(jìn)經(jīng)費(fèi)56萬美元，配套經(jīng)費(fèi)138萬元人民幣（包括中央配套28萬元），折合人民幣總額為604.8萬元。目前，已有一個(gè)項(xiàng)目順利完成并通過驗(yàn)收和成果鑒定，其余兩個(gè)項(xiàng)目也在收尾總結(jié)階段。總體來看，淮委承擔(dān)的三個(gè)項(xiàng)目在實(shí)施過程中還是比較順利的，效果和作用也是明顯的。下面重點(diǎn)匯報(bào)《混凝土砌塊護(hù)堤技術(shù)》項(xiàng)目在引進(jìn)、吸收、消化、推廣過程中，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工作情況。

一、引進(jìn)項(xiàng)目概況

　　1、立項(xiàng)背景及意義

　　我國(guó)常見的護(hù)坡形式，有拋石、砌石、現(xiàn)澆混凝土、瀝青混凝土等，這些傳統(tǒng)的護(hù)坡形式有其適用條件，也都存在明顯不足。以預(yù)制的混凝土砌塊作為護(hù)面層單元的鋪砌式混凝土砌塊護(hù)坡近年來在歐美國(guó)家廣泛得到應(yīng)用，而我國(guó)則處于起步階段?；炷疗鰤K護(hù)坡抗動(dòng)力作用效果好，施工方便快捷，工程質(zhì)量易于控制，有一定柔性,整體美觀環(huán)保。

　　我國(guó)幅員廣闊，內(nèi)陸水域湖泊、水庫(kù)、河道眾多，護(hù)坡工程量大，尤其是1991年淮河大洪水后，19項(xiàng)治淮骨干工程相繼開工，更為新型護(hù)坡材料的研究提供了廣闊市場(chǎng)。在這種形勢(shì)下淮委醞釀提出的“混凝土砌塊護(hù)堤技術(shù)”研究項(xiàng)目，于2001年7月被正式批準(zhǔn)列入水利部“948”計(jì)劃，并得到16萬美元研究經(jīng)費(fèi)用于關(guān)鍵技術(shù)的引進(jìn)（折合人民幣132.80萬元），撥入配套經(jīng)費(fèi)人民幣8萬元；淮委作為引進(jìn)項(xiàng)目承擔(dān)方投入配套經(jīng)費(fèi)人民幣50萬元。項(xiàng)目總投入為190.80萬元。2002年初相關(guān)工作全面展開。

　　2、引進(jìn)內(nèi)容及執(zhí)行情況

　　引進(jìn)內(nèi)容：按合同要求引進(jìn)的是技術(shù)資料和關(guān)鍵設(shè)備兩部份。引進(jìn)國(guó)別為德國(guó)、荷蘭。引進(jìn)的方式是貿(mào)易和合作研究。

　　技術(shù)資料方面：引進(jìn)了砌塊模具設(shè)計(jì)、砌塊配方、砌塊自鎖與互連技術(shù)、砌塊護(hù)坡設(shè)計(jì)等。

　　關(guān)鍵設(shè)備方面：引進(jìn)了德國(guó)瑪莎公司生產(chǎn)的6套水平聯(lián)鎖砌塊生產(chǎn)模具及部分配件。

　　此外，根據(jù)砌塊護(hù)坡實(shí)際，在合同之外，利用自有資金引進(jìn)多套垂直聯(lián)鎖砌塊模具和荷蘭砌塊護(hù)坡穩(wěn)定計(jì)算軟件等。

　　執(zhí)行情況：整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，通過走出去、請(qǐng)進(jìn)來等方式，就砌塊護(hù)坡涉及的多項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行交流與合作。2002年派6人的代表團(tuán)赴德國(guó)、荷蘭學(xué)習(xí)，培訓(xùn)砌塊塊型及模具設(shè)計(jì)、砌塊配方和生產(chǎn)工藝等內(nèi)容，實(shí)地考察德國(guó)、荷蘭砌塊護(hù)坡應(yīng)用情況；先后多次與德國(guó)瑪莎公司、施樂斯·非凡公司、歐馬克公司、蘭福模具公司等就砌塊模具、砌塊塊型、配方、生產(chǎn)工藝等開展技術(shù)交流及合作研究；邀德國(guó)比勒費(fèi)爾德大學(xué)Fritz教授等外國(guó)專家先后9人十多次來華指導(dǎo)、培訓(xùn)；向荷蘭Delft水力學(xué)研究所專家Breteler就砌塊護(hù)坡設(shè)計(jì)及穩(wěn)定厚度計(jì)算等進(jìn)行技術(shù)咨詢。

　　成果鑒定情況：2004年12月17日～18日，水利部國(guó)際合作與科技司在安徽省蚌埠市主持召開了《混凝土砌塊護(hù)堤技術(shù)》成果鑒定會(huì)。與會(huì)專家審閱了相關(guān)技術(shù)資料，實(shí)地考察了引進(jìn)的砌塊生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和砌塊護(hù)坡工程，聽取了項(xiàng)目承擔(dān)單位關(guān)于項(xiàng)目實(shí)施及成果應(yīng)用匯報(bào)。經(jīng)充分討論，評(píng)定該研究成果總體上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中無繩索連接開孔垂直聯(lián)鎖技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

二、引進(jìn)技術(shù)的吸收與創(chuàng)新

　　特別設(shè)計(jì)、經(jīng)先進(jìn)生產(chǎn)線工廠化制作而成的混凝土砌塊具有護(hù)砌厚度小、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、易于控制工程質(zhì)量和工期，護(hù)坡結(jié)構(gòu)整體美觀、環(huán)保等特點(diǎn)。借鑒國(guó)外在混凝土砌塊護(hù)坡研究和應(yīng)用上的成功經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)消化、吸收，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，我委工程技術(shù)人員就混凝土砌塊護(hù)坡設(shè)計(jì)、砌塊生產(chǎn)、施工等方面亟待解決的問題，與科研單位開展了積極合作，在治淮工程建設(shè)中成功的取得以下成果：

　　1、開發(fā)生產(chǎn)的植生砌塊和抗動(dòng)力作用護(hù)坡砌塊兩大類十多種產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于淮河流域水利工程護(hù)坡；護(hù)砌總面積超過 200萬平方米，部份工程已經(jīng)受了2003年淮河大洪水的考驗(yàn)，受到了社會(huì)各界廣泛認(rèn)同，開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)引進(jìn)技術(shù)工廠化大規(guī)模制作的先例。之后，安徽、江蘇、浙江、天津、河北、湖北、河南、山東等地的多家單位先后與我委聯(lián)系，現(xiàn)已經(jīng)有很多水利工程推廣應(yīng)用了混凝土護(hù)坡砌塊。

　　2、與南京水利科學(xué)研究院合作，對(duì)抗動(dòng)力作用護(hù)坡砌塊進(jìn)行抗波浪作用系列模型試驗(yàn)研究，定量驗(yàn)證了砌塊開孔、水平聯(lián)鎖和垂直聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)的抗波浪作用效果，從而導(dǎo)出了護(hù)坡穩(wěn)定厚度計(jì)算公式。即:

　　（1）規(guī)則波

　　式中：D為砌塊厚度，H為規(guī)則波波高，R為系數(shù)，對(duì)實(shí)體砌塊取0.225，對(duì)開孔砌塊取0.152，Δ為相對(duì)密度，ξ為破波參數(shù)  ，α為坡角度，L為波長(zhǎng)。

　　（2）不規(guī)則波

　　式中：R對(duì)實(shí)體砌塊取值為0.26，對(duì)開孔砌塊R取值0.168，對(duì)垂直聯(lián)鎖開孔砌塊R取值0.12～0.14，Hs為有效波高，破波參數(shù) ， 為平均波長(zhǎng)。

　　由于護(hù)坡工程實(shí)際經(jīng)受的波浪作用為不規(guī)則波，在實(shí)際應(yīng)用中可采用不規(guī)則波計(jì)算公式，并根據(jù)工程的重要性考慮10～30%的安全系數(shù)。

　　3、特別設(shè)計(jì)的垂直聯(lián)鎖砌塊以其良好的抗波浪作用效果和新穎的外觀獲得國(guó)家外觀設(shè)計(jì)和實(shí)用新型專利，并在國(guó)家大型工程臨淮崗洪水控制工程中大規(guī)模應(yīng)用。

　　4、首次在國(guó)內(nèi)較為全面、系統(tǒng)地提出了砌塊塊型開發(fā)、穩(wěn)定厚度計(jì)算、砌塊生產(chǎn)與檢測(cè)及施工工藝方法和基本要求，對(duì)砌塊護(hù)坡推廣應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。目前我委正在與中國(guó)建筑砌塊協(xié)會(huì)合作編制《混凝土護(hù)坡砌塊》產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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　　5、砌塊生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制手段的創(chuàng)新

　　由于國(guó)家沒有相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目組根據(jù)實(shí)踐，總結(jié)出了一些必要的控制標(biāo)準(zhǔn)，并以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的形式在安徽康特公司施行。

　　為了規(guī)范評(píng)定護(hù)坡質(zhì)量工程，項(xiàng)目組制定了《水利水電工程混凝土砌塊單元工程質(zhì)量評(píng)定表》。從砌塊外觀、色差、尺寸偏差、裂縫和工程坡面平整度、縫寬、縫線整齊度等砌塊質(zhì)量和施工質(zhì)量?jī)煞矫鎸?duì)工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，提出了數(shù)值范圍。

　　6、項(xiàng)目研究過程中發(fā)表相關(guān)論文6篇，即：

　　①吳美安等，大力推廣應(yīng)用混凝土砌塊護(hù)坡，中國(guó)水利，2003年第９期B刊

　　②吳美安等，混凝土砌塊護(hù)坡護(hù)面層穩(wěn)定厚度的計(jì)算方法，人民黃河，2006年第１期

　　③吳美安等，護(hù)坡用混凝土砌塊產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)，建筑砌塊與砌塊建筑，2005年第4期

　　④潘軍寧等，波浪作用下混凝土砌塊護(hù)坡穩(wěn)定性試驗(yàn)研究，河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2005年第4期

　　⑤吳美安等，新型混凝土砌塊抗波浪作用模型試驗(yàn)研究，建筑砌塊與砌塊建筑，2005年第5期

　　⑥朱勇等，水工護(hù)坡混凝土砌塊的生產(chǎn)實(shí)踐，建筑砌塊與砌塊建筑，2005年第６期

　　7、本項(xiàng)目獲得2005年度淮河水利委員會(huì)科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)及2005年度大禹水利科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)。

三、技術(shù)推廣及效益評(píng)價(jià)

　　1、《開孔垂直聯(lián)鎖砌塊護(hù)坡技術(shù)》應(yīng)用實(shí)例

　　開孔垂直聯(lián)鎖混凝土砌塊護(hù)坡技術(shù)是我委在《混凝土砌塊護(hù)堤技術(shù)》研究成果基礎(chǔ)上進(jìn)行的，也是該項(xiàng)研究的補(bǔ)充與延續(xù)。2003年底《開孔垂直聯(lián)鎖砌塊護(hù)坡技術(shù)》正式列為水利部重點(diǎn)科技推廣項(xiàng)目,并以臨淮崗洪水控制工程為技術(shù)依托，開展了相關(guān)試驗(yàn)研究。

　　臨淮崗洪水控制工程是將淮干中游正陽關(guān)以下主要防洪保護(hù)區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到百年一遇的關(guān)鍵性工程。本項(xiàng)目結(jié)合主壩護(hù)坡工期緊，工程應(yīng)用波要素大，護(hù)砌面積超過40萬平米的實(shí)際，聯(lián)合科研單位特別設(shè)計(jì)了開孔垂直聯(lián)鎖砌塊，經(jīng)模型試驗(yàn)驗(yàn)證，15～25cm厚可滿足主壩各段、各高程穩(wěn)定厚度需要，其抗波浪作用效果優(yōu)良。實(shí)踐表明，臨淮崗洪水控制工程中采用開孔垂直聯(lián)鎖砌塊護(hù)坡在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上是合理的。值得一提的是，在同一砌塊上同時(shí)設(shè)計(jì)開孔和垂直聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)在世界上尚屬首次，其研究與應(yīng)用達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

　　2006年4月--5月，臨淮崗洪水控制工程主壩各壩段進(jìn)行單位工程驗(yàn)收，與會(huì)專家通過現(xiàn)場(chǎng)察看，聽取匯報(bào)，查閱工程資料，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)主壩開孔垂直聯(lián)鎖砌塊護(hù)坡工程進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)定，其結(jié)果為優(yōu)良。

　　2、本成果與同類研究、同類技術(shù)的綜合比較

　　本項(xiàng)目在研究之初，國(guó)內(nèi)砌塊護(hù)坡應(yīng)用僅有零星報(bào)道，且多為現(xiàn)場(chǎng)手工預(yù)制的、簡(jiǎn)單的松散砌塊，還未擺脫單純依靠砌塊自重滿足工程穩(wěn)定的傳統(tǒng)思路。歐美國(guó)家砌塊護(hù)坡應(yīng)用較為普遍，由于垂直聯(lián)鎖砌塊需人力施工砌筑，國(guó)外就這類塊型開展的研究及應(yīng)用不多，在同一砌塊上進(jìn)行開孔和垂直聯(lián)鎖設(shè)計(jì)尚未報(bào)道。

　　3、推廣應(yīng)用效果

　　截止到2006年底，已有30萬方(強(qiáng)度超過C25)各類混凝土砌塊用于10余項(xiàng)治淮工程護(hù)坡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過合同約定的不少于2萬方(強(qiáng)度不低于C15)砌塊應(yīng)用目標(biāo)，護(hù)砌總面積超過200萬平方米。部份護(hù)坡工程經(jīng)歷了2003年淮河大洪水的考驗(yàn)，工程運(yùn)行良好，得到各界的認(rèn)同和好評(píng)。不僅如此，還帶動(dòng)了流域內(nèi)其它水庫(kù)護(hù)坡工程應(yīng)用混凝土護(hù)坡砌塊近4萬方。 2007年我委計(jì)劃在南四湖二級(jí)壩攔河大壩工程上應(yīng)用混凝土護(hù)坡砌塊3萬多方?？傊?，混凝土砌塊護(hù)坡以其突出的優(yōu)勢(shì)受到工程業(yè)主、施工、監(jiān)理等單位的歡迎。

　　推廣時(shí)間：

　　l      2002年上半年，在淮河蚌埠閘擴(kuò)建工程中首次采用水平聯(lián)鎖砌塊。

　　l      2002年9月～2003年6月，在淮干蚌郊段標(biāo)準(zhǔn)化堤防中應(yīng)用。

　　l      2002年下半年～2004年9月，先后在淮河入海水道淮安樞紐和二河閘淮干五河城關(guān)段、懷洪新河、班臺(tái)閘等十多項(xiàng)治淮工程中應(yīng)用植生砌塊和水平聯(lián)鎖砌塊護(hù)坡。

　　l      2004年上半年～2005年年底，開孔垂直聯(lián)鎖砌塊首次在臨淮崗洪水控制工程主壩上推廣應(yīng)用。

　　● 2005年下半年，在南水北調(diào)臺(tái)兒莊泵站工程推廣應(yīng)用新型水平聯(lián)鎖砌塊護(hù)坡。

　　4、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

　　①開孔垂直聯(lián)鎖砌塊由于在構(gòu)造上采取了減小浮托力和增加砌塊間咬合作用兩種措施，較普通混凝土砌塊可減小30～50％護(hù)砌厚度。臨淮崗主壩實(shí)際應(yīng)用厚度為15.5～24 厘米，與普通混凝土砌塊相比，減少混凝土砌塊方量約3萬立方米，節(jié)省工程投資1000萬元左右。

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　　②截止目前，該項(xiàng)目執(zhí)行過程中先后在淮河流域的蚌埠、臨淮崗組建兩個(gè)砌塊生產(chǎn)廠，有100多人參與開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)，積累了6000多萬元人民幣的混凝土護(hù)坡砌塊產(chǎn)值，上交利稅1000多萬元人民幣，帶動(dòng)了周邊水泥、砂石、粉煤灰、砌塊運(yùn)輸、砌塊施工等行業(yè)的發(fā)展，緩解了當(dāng)?shù)厝藛T的就業(yè)問題。

　　③采用砌塊護(hù)坡，可減少對(duì)天然石料的需求，減少石料開采對(duì)環(huán)境的影響。在砌塊生產(chǎn)過程中還可利用粉煤灰、礦渣、鋼渣等工業(yè)廢料，有利環(huán)境保護(hù)。由于采用了混凝土砌塊護(hù)坡技術(shù)，臨淮崗洪水控制工程主壩區(qū)景觀環(huán)境得到了美化，這方面的社會(huì)效益是無法用資金計(jì)算的。

四、相關(guān)建議

　　水利部“948”項(xiàng)目的實(shí)施，有力地推動(dòng)了治淮科技工作的深入發(fā)展，科研力量迅速成長(zhǎng)，為今后治淮科技自主創(chuàng)新提出了新的方法和思路。為此建議：

　　1、利用混凝土砌塊進(jìn)行堤壩護(hù)坡，在我國(guó)尚處于起步階段，相關(guān)的研究、應(yīng)用報(bào)導(dǎo)不多，人們對(duì)砌塊護(hù)坡還缺乏認(rèn)識(shí)和了解，一定程度上影響了砌塊護(hù)坡的應(yīng)用，需要部科技主管部門進(jìn)一步加大宣傳工作力度。

　　2、要在總結(jié)砌塊護(hù)坡研究與應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上，盡快出臺(tái)砌塊護(hù)坡設(shè)計(jì)計(jì)算、砌塊產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及施工砌筑等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。這對(duì)護(hù)坡砌塊在全國(guó)范圍內(nèi)大規(guī)模推廣，促進(jìn)我國(guó)堤壩防護(hù)水平提高有著十分重要的意義。

　　3、在國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下，可推廣由市場(chǎng)主體參與護(hù)坡砌塊開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)，水利工程業(yè)主招標(biāo)采購(gòu)砌塊產(chǎn)品的應(yīng)用模式，以達(dá)到規(guī)范市場(chǎng)運(yùn)作，保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的目的。