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

淮河水利委員會辦公室副主任 董開友

　　在水利部國科司的大力支持下，淮委自2001年、2004年、2005年分別承擔(dān)了三個“948”計劃項目，總計引進經(jīng)費56萬美元，配套經(jīng)費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，已有一個項目順利完成并通過驗收和成果鑒定，其余兩個項目也在收尾總結(jié)階段?？傮w來看，淮委承擔(dān)的三個項目在實施過程中還是比較順利的，效果和作用也是明顯的。下面重點匯報《混凝土砌塊護堤技術(shù)》項目在引進、吸收、消化、推廣過程中，形成自主知識產(chǎn)權(quán)的工作情況。

一、引進項目概況

　　1、立項背景及意義

　　我國常見的護坡形式，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面層單元的鋪砌式混凝土砌塊護坡近年來在歐美國家廣泛得到應(yīng)用，而我國則處于起步階段?；炷疗鰤K護坡抗動力作用效果好，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。

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

　　2、引進內(nèi)容及執(zhí)行情況

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

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

　　關(guān)鍵設(shè)備方面：引進了德國瑪莎公司生產(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)砌塊護坡實際，在合同之外，利用自有資金引進多套垂直聯(lián)鎖砌塊模具和荷蘭砌塊護坡穩(wěn)定計算軟件等。

　　執(zhí)行情況：整個項目實施過程中，通過走出去、請進來等方式，就砌塊護坡涉及的多項內(nèi)容進行交流與合作。2002年派6人的代表團赴德國、荷蘭學(xué)習(xí)，培訓(xùn)砌塊塊型及模具設(shè)計、砌塊配方和生產(chǎn)工藝等內(nèi)容，實地考察德國、荷蘭砌塊護坡應(yīng)用情況；先后多次與德國瑪莎公司、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；邀德國比勒費爾德大學(xué)Fritz教授等外國專家先后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就砌塊護坡設(shè)計及穩(wěn)定厚度計算等進行技術(shù)咨詢。

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

二、引進技術(shù)的吸收與創(chuàng)新

　　特別設(shè)計、經(jīng)先進生產(chǎn)線工廠化制作而成的混凝土砌塊具有護砌厚度小、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、易于控制工程質(zhì)量和工期，護坡結(jié)構(gòu)整體美觀、環(huán)保等特點。借鑒國外在混凝土砌塊護坡研究和應(yīng)用上的成功經(jīng)驗，經(jīng)消化、吸收，結(jié)合生產(chǎn)實際，我委工程技術(shù)人員就混凝土砌塊護坡設(shè)計、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)的植生砌塊和抗動力作用護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坡；護砌總面積超過 200萬平方米，部份工程已經(jīng)受了2003年淮河大洪水的考驗，受到了社會各界廣泛認(rèn)同，開創(chuàng)了國內(nèi)引進技術(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)用了混凝土護坡砌塊。

　　2、與南京水利科學(xué)研究院合作，對抗動力作用護坡砌塊進行抗波浪作用系列模型試驗研究，定量驗證了砌塊開孔、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)出了護坡穩(wěn)定厚度計算公式。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)，對實體砌塊取0.225，對開孔砌塊取0.152，Δ為相對密度，ξ為破波參數(shù)  ，α為坡角度，L為波長。

　　（2）不規(guī)則波

　　式中：R對實體砌塊取值為0.26，對開孔砌塊R取值0.168，對垂直聯(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。

　　由于護坡工程實際經(jīng)受的波浪作用為不規(guī)則波，在實際應(yīng)用中可采用不規(guī)則波計算公式，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家外觀設(shè)計和實用新型專利，并在國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)定厚度計算、砌塊生產(chǎn)與檢測及施工工藝方法和基本要求，對砌塊護坡推廣應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。目前我委正在與中國建筑砌塊協(xié)會合作編制《混凝土護坡砌塊》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

　　由于國家沒有相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，項目組根據(jù)實踐，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)范評定護坡質(zhì)量工程，項目組制定了《水利水電工程混凝土砌塊單元工程質(zhì)量評定表》。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)量兩方面對工程質(zhì)量進行評定，提出了數(shù)值范圍。

　　6、項目研究過程中發(fā)表相關(guān)論文6篇，即：

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

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

　　③吳美安等，護坡用混凝土砌塊產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計，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坡穩(wěn)定性試驗研究，河海大學(xué)學(xué)報，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研究，建筑砌塊與砌塊建筑，2005年第5期

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

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

三、技術(shù)推廣及效益評價

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

　　開孔垂直聯(lián)鎖混凝土砌塊護坡技術(shù)是我委在《混凝土砌塊護堤技術(shù)》研究成果基礎(chǔ)上進行的，也是該項研究的補充與延續(xù)。2003年底《開孔垂直聯(lián)鎖砌塊護坡技術(shù)》正式列為水利部重點科技推廣項目,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)以下主要防洪保護區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到百年一遇的關(guān)鍵性工程。本項目結(jié)合主壩護坡工期緊，工程應(yīng)用波要素大，護砌面積超過40萬平米的實際，聯(lián)合科研單位特別設(shè)計了開孔垂直聯(lián)鎖砌塊，經(jīng)模型試驗驗證，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)鎖砌塊護坡在技術(shù)上、經(jīng)濟上是合理的。值得一提的是，在同一砌塊上同時設(shè)計開孔和垂直聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)在世界上尚屬首次，其研究與應(yīng)用達(dá)到國際先進水平。

　　2006年4月--5月，臨淮崗洪水控制工程主壩各壩段進行單位工程驗收，與會專家通過現(xiàn)場察看，聽取匯報，查閱工程資料，按設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對主壩開孔垂直聯(lián)鎖砌塊護坡工程進行了質(zhì)量評定，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

　　本項目在研究之初，國內(nèi)砌塊護坡應(yīng)用僅有零星報道，且多為現(xiàn)場手工預(yù)制的、簡單的松散砌塊，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。歐美國家砌塊護坡應(yīng)用較為普遍，由于垂直聯(lián)鎖砌塊需人力施工砌筑，國外就這類塊型開展的研究及應(yīng)用不多，在同一砌塊上進行開孔和垂直聯(lián)鎖設(shè)計尚未報道。

　　3、推廣應(yīng)用效果

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

　　推廣時間：

　　l      2002年上半年，在淮河蚌埠閘擴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、班臺閘等十多項治淮工程中應(yīng)用植生砌塊和水平聯(lián)鎖砌塊護坡。

　　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)臺兒莊泵站工程推廣應(yīng)用新型水平聯(lián)鎖砌塊護坡。

　　4、經(jīng)濟及社會效益

　　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％護砌厚度。臨淮崗主壩實際應(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，該項目執(zhí)行過程中先后在淮河流域的蚌埠、臨淮崗組建兩個砌塊生產(chǎn)廠，有100多人參與開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營，積累了6000多萬元人民幣的混凝土護坡砌塊產(chǎn)值，上交利稅1000多萬元人民幣，帶動了周邊水泥、砂石、粉煤灰、砌塊運輸、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采用砌塊護坡，可減少對天然石料的需求，減少石料開采對環(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。由于采用了混凝土砌塊護坡技術(shù)，臨淮崗洪水控制工程主壩區(qū)景觀環(huán)境得到了美化，這方面的社會效益是無法用資金計算的。

四、相關(guān)建議

　　水利部“948”項目的實施，有力地推動了治淮科技工作的深入發(fā)展，科研力量迅速成長，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、利用混凝土砌塊進行堤壩護坡，在我國尚處于起步階段，相關(guān)的研究、應(yīng)用報導(dǎo)不多，人們對砌塊護坡還缺乏認(rèn)識和了解，一定程度上影響了砌塊護坡的應(yīng)用，需要部科技主管部門進一步加大宣傳工作力度。

　　2、要在總結(jié)砌塊護坡研究與應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上，盡快出臺砌塊護坡設(shè)計計算、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。這對護坡砌塊在全國范圍內(nèi)大規(guī)模推廣，促進我國堤壩防護水平提高有著十分重要的意義。

　　3、在國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下，可推廣由市場主體參與護坡砌塊開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營，水利工程業(yè)主招標(biāo)采購砌塊產(chǎn)品的應(yīng)用模式，以達(dá)到規(guī)范市場運作，保護知識產(chǎn)權(quán)的目的。