黃河下游河道整治工程大多采用傳統(tǒng)的柳石結(jié)構(gòu),它在工程運行中受大溜頂沖時,易迅速下蟄而出險,每年汛期都要對這些壩垛進(jìn)行搶險加固,每修一座壩垛,都需經(jīng)過多年甚至幾十年的反復(fù)搶護(hù),才能達(dá)到基本穩(wěn)定。
據(jù)統(tǒng)計,每年黃河搶險用拋石量為幾十萬立方米,由于石材的不可再生性,石料綜合價格持續(xù)走高,今后購買日益困難。因此,急需開展人造備防石的研究、生產(chǎn)。
人造備防石基本技術(shù)參數(shù)
1.粒徑
加劇根石走失的主要原因是高含沙量和高流速。黃河中下游含沙量一般在25~300千克每立方米,將險情調(diào)查資料帶入不同公式,得出塊石起動的臨界粒徑為30~80厘米。由于人造備防石密度小于天然石材,綜合機(jī)械設(shè)備因素,確定人造備防石的形狀近似正方體,邊長60厘米。
2.強(qiáng)度
人造備防石的技術(shù)參數(shù)包括兩個方面:強(qiáng)度,應(yīng)保證備防石在拋投時的基本完整性;耐久性,主要是凍融作用破壞和抗風(fēng)化性能。
針對黃河泥沙顆粒細(xì)小、含泥量較大的實際情況,將試件的抗壓強(qiáng)度設(shè)定為5兆帕,驗算證實能夠滿足工程要求。
設(shè)計系列配方、尺寸各異的試件,對試件截取芯樣,先后進(jìn)行了3次現(xiàn)場拋投試驗,經(jīng)過兩個冬季的自然風(fēng)化,試件基本無變化??梢源_定,人造備防石的設(shè)計強(qiáng)度可以滿足工程要求。
結(jié)合經(jīng)濟(jì)性因素,推薦人造備防石現(xiàn)場28天抗壓強(qiáng)度為5兆帕,考慮現(xiàn)場施工質(zhì)量偏差,將實驗室設(shè)計強(qiáng)度值定為6兆帕。由于摻入火山灰質(zhì)膠結(jié)料,人工備防石的后期強(qiáng)度增長潛力較大。
3.原材料
采用的原材料有:3個地方生產(chǎn)的粉煤灰(質(zhì)量在Ⅱ級和Ⅲ級之間)、3個品牌的32.5號普通硅酸鹽水泥、自制復(fù)合型外加劑、以床沙為主的黃河天然淤泥沙。
人造備防石制作與性能試驗
1.現(xiàn)場制作
分別在河南省內(nèi)3個地點利用近似碾壓混凝土技術(shù)進(jìn)行了人造備防石的現(xiàn)場生產(chǎn)試驗,采用5種配方?,F(xiàn)場備防石的制作,選用強(qiáng)制式攪拌機(jī)、建筑通用模板、內(nèi)燃式?jīng)_擊夯等設(shè)備,脫模后根據(jù)設(shè)計要求,用專用切割機(jī)對備防石進(jìn)行現(xiàn)場切割。
目前,根據(jù)工程管理的要求,黃河下游的備防石大部分進(jìn)行干砌、碼方。碼好的備防石垛容易散亂,每年還要進(jìn)行必要的整修,管理成本比較高。現(xiàn)場生產(chǎn)的人造備防石可以直接達(dá)到現(xiàn)有的管理標(biāo)準(zhǔn),不需要后續(xù)管理工序。
2.機(jī)械化拋投試驗
陸續(xù)在黃河下游河南黃河河務(wù)局3處河段進(jìn)行現(xiàn)場批量生產(chǎn),機(jī)械化拋投取得了較好的效果。人造備防石的強(qiáng)度和規(guī)格尺寸滿足防洪搶險要求。經(jīng)過抗風(fēng)化性能和抗凍性能的檢測,證明人造備防石的耐久性符合要求。經(jīng)過兩個汛期考驗后,將其中1處水下人造備防石打撈上來,鉆取芯樣檢驗,發(fā)現(xiàn)備防石的形狀完整,密實度沒有下降,由于屬于水硬性材料,備防石的芯樣抗壓強(qiáng)度還有8%左右的增長,證實人造備防石耐久性良好。
在某控導(dǎo)工程制作人造備防石600立方米,經(jīng)現(xiàn)場檢驗其表觀密度指標(biāo)滿足要求,對成品進(jìn)行了鉆取芯樣,檢測結(jié)果表明試樣90天抗壓強(qiáng)度為11.3兆帕,產(chǎn)品的密實度、強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)也滿足相關(guān)要求。
對人造備防石進(jìn)行現(xiàn)場拋投應(yīng)用,共拋投100立方米,備防石滾落過程中保持形狀完整,落水位置準(zhǔn)確,證明其產(chǎn)品強(qiáng)度、拋投到位率滿足防洪搶險要求。
人造備防石的應(yīng)用前景
1.符合黃河機(jī)械化搶險的需要。將黃河泥沙制作成人造備防石進(jìn)行機(jī)械化裝拋投搶險,可部分取代傳統(tǒng)拋散石、拋鉛絲石籠的搶險方式,滿足快速、高效的搶險要求。
2.價格合理、經(jīng)濟(jì)適用。從河南市場的平均情況看,人造備防石價格與天然塊石價格基本相同,但比鉛絲石籠低30%左右。可以注意到,兩者的搶險效益有明顯不同,用人造備防石搶險有可能較好地解決長期存在的根石走失問題,這相當(dāng)于節(jié)省近25%的石料。因此,人造備防石具有明顯的優(yōu)越性。
3.應(yīng)用前景廣闊。統(tǒng)計資料表明,2000~2005年,黃河下游根石加固和搶險用石共計290萬立方米,平均每年拋石48萬立方米。可以預(yù)見,這種新材料的應(yīng)用前景較廣闊。
責(zé)任編輯: 江曉蓓