許長安

(湖州市水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督站,浙江 湖州 313000)

1 問題的提出

河道疏浚是集防洪、水利、農(nóng)業(yè)、航運和環(huán)保等若干功能于一體的綜合性社會公益項目。平原地區(qū)的河道疏浚有利于提高河道的行洪排澇能力、提高河網(wǎng)灌溉保證率、改善供水條件和水生態(tài)環(huán)境以及改善通航能力等各項功能;而堤防加固工程則是防洪安全的重要保障。然而,河道疏浚與堤防加固是防洪排澇功能得以有效發(fā)揮的不可分割的一個有機整體,堤防工程是舉世公認的防御洪水最普遍、最有效的一種水利設(shè)施,而土質(zhì)堤防又是堤防工程中最古老且應(yīng)用最廣的一種。

河道堤防建設(shè)過程中廢棄疏浚土方、筑堤取土方量均非常大,使工程建設(shè)難度也日漸增大,主要難度有:①本地區(qū)城市建設(shè)迅速,城市、村鎮(zhèn)范圍不斷擴大,地方農(nóng)田整治工程不斷拓展,使得水利工程施工場地越來越小,取土、堆土的場地越來越難征用,成本不斷提高,已經(jīng)出現(xiàn)場地征占用費用超過建設(shè)工程費用的情況;②由于目前施工工藝、機械的局限性,對筑堤土料質(zhì)量要求較高,必須采用含水率在20%～25%的均質(zhì)干土,無形中增加了土料采集的難度。清水河道工程大面積開展使得圩區(qū)周邊堤防標(biāo)準(zhǔn)提高,需新建、改建大量堤防,疏浚大量河道,造成大量筑堤土方以及清淤土方,大量優(yōu)質(zhì)筑堤土方的來源、清淤土方的去向成了工程的順利開展的制約因素;③土壤是地球自然風(fēng)化數(shù)億年的產(chǎn)物,用一分少一分,且本地區(qū)本來就人多地少,取土、堆土勢必影響現(xiàn)有土地資源,應(yīng)采用更為科學(xué)、合理的方法建設(shè)水利工程,減少對土地資源的使用,保護日漸稀少的土地資源;④水土保持、環(huán)境保護重要性日益受到關(guān)注,現(xiàn)有田地上進行的筑堤土方的開挖、清淤土方的堆放會造成土地水土流失,生態(tài)環(huán)境失衡。雖然完工后進行恢復(fù),但對土地造成的不利影響,不是短時間內(nèi)能夠還原的,因此盡量少使用現(xiàn)有的土地資源將是影響今后工程建設(shè)可行性的一個重要方面。

綜上所述,為減少建設(shè)成本,順利開展堤防工程建設(shè),必須解決土質(zhì)堤防的土料來源和河道疏浚土方的去向2大問題。根據(jù)已有的工程建設(shè)、設(shè)計、施工經(jīng)驗,利用河道疏浚土方作為堤防筑堤原料是個可行的發(fā)展方向,但現(xiàn)有的疏浚土方上岸筑堤工藝尚不能滿足工程大面積開展的需要,尋求一種簡易、安全的、經(jīng)濟上可行的、施工工藝可控的機械,將成為本文研究的要點。

2 工藝改良必要性及措施

2.1 河道疏浚土方的物理特性

河道疏浚施工過程中將產(chǎn)生大量的疏浚淤泥,其特點是含水率高,黏土顆粒含量多,強度非常低。一般呈軟塑狀,車輛搬運困難,人與機械無法在其表面行走,無法直接作為工程用土,往往采取拋棄處理。如用現(xiàn)有的水下疏浚土方上岸僅進行簡單的自然脫水,然后直接堆填,大量水份無法排除;同時黏性土的特性造成土體含水率較大,因此采用現(xiàn)有一般疏浚技術(shù)上岸的土方含水率很大,不能自然脫水,填筑形成的土體穩(wěn)定性較差,無法成為筑堤材料。若采用大面積鋪曬,需要較大面積的場地,且工期很長,現(xiàn)有的施工環(huán)境一般都無法達到鋪曬的要求。

因此對現(xiàn)有疏浚、脫水、上岸設(shè)備及技術(shù)進行必要的改造,使得疏浚土方能夠直接用于筑堤,將大量節(jié)約土地資源,減少政策處理問題及費用,降低疏浚施工的難度及成本。

2.2 工程機械設(shè)備的研制與施工工藝的改革

根據(jù)浙江平原河網(wǎng)的實際情況,充分利用現(xiàn)有的工程機械設(shè)備和技術(shù)儲備,結(jié)合水下疏浚土方的物理特性,在現(xiàn)有疏浚船只上做了大量的試驗,改造及研制成功了SL 150-30型濕土上岸機械。

改造研制河道疏浚、淤泥脫水與輸泥設(shè)備聯(lián)合機械裝置SL150-30型 (見圖1),改造研制指標(biāo)如下:操作自動化,節(jié)省人力,維持管理容易;機械性能優(yōu)異,耐久性良,占地面積省;適用各種淤泥脫水,效率高,處理量大;多重脫水,脫水能力強,脫水后淤泥含水率低;節(jié)省能源,耗電力少;低速運轉(zhuǎn),無振動無噪音。

圖1 SL150-30型河道疏浚淤泥上岸筑堤機械裝置示意圖

在施工工藝上進行了大膽創(chuàng)新,并在現(xiàn)有疏浚船只上做了大量的反復(fù)試驗,且形成了切合實際的施工方法,具體如下:

(1)河道疏浚工程施工時采用抓斗挖泥船進行開挖。抓斗挖泥船駛進挖槽時,由錨纜或定位樁定位,泥層厚度超過挖泥船一次最大挖泥厚度和寬度時,應(yīng)分層和分條開挖。施工之前,根據(jù)河道的障礙物情況,是否進行清障,開挖時,采用液壓式貝殼抓斗挖泥,抓斗兩側(cè)均開有2～4個小孔,抓斗抓取泥后,抓斗合攏,抓斗的小孔將挖泥帶出來的水排出斗外,以利減少運輸成本,同時也進行了第1次脫水。第1次脫水后的泥輕輕放入停在挖泥船側(cè)的泥駁內(nèi)。

(2)脫水裝置系統(tǒng)的設(shè)置與運用。泥駁后側(cè)設(shè)隔艙,過濾網(wǎng)、抽水泵,在泥駁運泥過程中,將滲水及時抽排,通過格柵網(wǎng)將較大的垃圾清理出來,放入隔艙內(nèi),到目的地將垃圾集中處理。泥駁運輸?shù)杰壍来?泥駁中的土體開挖亦采用抓斗挖泥船抓拋入軌道式輸送船中的進料艙內(nèi)。在專業(yè)的工程船廠建造2艘可拆卸式的船體,各船體可通過加強聯(lián)桿進行安裝拆卸。第1艘船體分2層,上層為進料艙,進料艙內(nèi)設(shè)置1個細格柵將較大的塊石、土方和水進行分離,雜物需要用專用設(shè)備進行定量清理,泥漿水流入格柵艙內(nèi),泥水通過設(shè)置在底部的細格柵及過濾網(wǎng),將自流入下層的貯水艙內(nèi),用泥漿泵抽取,也是第1次脫水的延續(xù)。

第2艘船艙面上設(shè)置1套高效的軌道式脫水裝置,脫水裝置主要設(shè)備為儲泥漏斗倉、儲泥漏斗倉加置1個脫水裝置、泥漿輸送裝置、軌道運輸小車及高頻振動裝置、電動壓縮網(wǎng)格裝置和動力輸送系統(tǒng)。通過泥漿輸送裝置將需脫水的的泥送入軌道式輸送船內(nèi)的1個儲泥漏斗倉,待運泥軌道式小車位置停好,將泥輸送入小車內(nèi),小車裝滿后,運輸小車自動封閉,運輸小車底部設(shè)置1個高頻振動裝置和細網(wǎng)格,并設(shè)置1個電動壓縮裝置,在運泥小車通過卷揚機軌道輸送過程中,高頻振動裝置和壓縮裝置啟動,將脫水后的泥進行壓縮震動從細網(wǎng)格下再次脫水,將再次脫水后的余水,通過設(shè)置在軌道下部的集水槽回入余水艙內(nèi)。運泥小車到達填筑堤位置,壓縮裝置和震動裝置自動停止,小車出泥口自動打開,將泥卸入指定位置 (經(jīng)2次脫水后的泥含水率可達到40%左右)。軌道式輸送船設(shè)置2個運泥小車,循環(huán)使用,以提高工作效率。

(3)修筑筑堤區(qū)格子堰。按放樣成果,以橫向區(qū)格線作為橫向子堰的中心線,內(nèi)外堤腳線作為縱向子堰的中心線,在各土堤填筑區(qū)格四周修筑區(qū)格子堰。其中一般河道迎水側(cè)縱向子堰堰頂寬度為2～3 m、堰頂高程以河道歷年汛期平均高水位加0.5 m確定,兩側(cè)邊坡為1∶1.5～1∶2;背水側(cè)子堰頂寬1～2 m、堰頂高程分期進行加高,一般每期為2～3m,兩側(cè)邊坡為 1∶2～1∶2.5,并于堰后趾處設(shè)堆石排水棱體,將區(qū)格內(nèi)疏浚土方固結(jié)排水導(dǎo)入其后的排水溝中;迎、背水側(cè)縱向子堰間設(shè)置橫向子堰,斷面尺寸同背水側(cè)子堰。

(4)疏浚土方脫水填筑成堤。將SL 150-30型土方脫水上岸機械沿河?？坑诟鲄^(qū)格居中位置,并將鋼柱插入軌道船舷邊的鋼箍固定于河床,同時將液壓抓斗船緊挨軌道船的輸送平臺固定。一切就緒后,開始進行河道疏浚施工,一船采用貝殼抓斗式挖泥船開挖土方,機動泥駁運至河岸SL 150-30型濕土上岸機械處,開動液壓抓斗源源不斷將泥駁內(nèi)的土方送入軌道車承料口,通過旋轉(zhuǎn)離心裝置,將土體中富余水從側(cè)面的小孔中排出,以達到初期脫水的目的,接著,通過輸送軌道將初期脫水后的土方勻速持續(xù)排入各筑堤區(qū)格內(nèi),并在輸送過程中實現(xiàn)了2次脫水。經(jīng)測試,水下土方經(jīng)2次脫水后,其平均含水率僅為初始含水率的40%左右,效果非常顯著。

待區(qū)格內(nèi)土方填高至子堰頂后,即刻將脫水上岸機械移位至下一區(qū)格進行填筑。待前期已填區(qū)格內(nèi)土方充分排水固結(jié)后(視土質(zhì)不同而異,一般為30～40 d),利用已固結(jié)土體對原有堰體進行加高,并繼續(xù)進行填筑。如此采取分區(qū)間隔輪作施工方法,直至將土堤填筑到設(shè)計堤頂高程。

2.3 疏浚筑堤固結(jié)效果分析

經(jīng)過對疏浚土方筑堤、傳統(tǒng)的水下土方疏浚及筑堤及現(xiàn)有淤泥固化脫水技術(shù)后筑堤等施工方法分析,其成本分別為:疏浚土方筑堤綜合單價為18.06元/m3;傳統(tǒng)的土方疏浚及筑堤綜合單價為43.92元/m3;現(xiàn)有淤泥固化脫水技術(shù)處理后筑堤綜合單價在60～70元/m3之間。

疏浚土方筑堤綜合單價僅為傳統(tǒng)土方疏浚及筑堤的40%左右,主要是因為疏浚土方筑堤不需要工程建設(shè)用地以外的土地占用、借用,以及因此發(fā)生的其它費用。將排泥場、取土坑全部取消,既節(jié)約了工程費用,又減少了占地,并變廢為寶。

而現(xiàn)有淤泥固化脫水技術(shù),由于專門的固化設(shè)備價格高昂,且需要一定的場地對固化處理過的淤泥進行鋪攤,然后才運輸至填筑工地,對于水利工程中的河道清淤、堤防填筑之類的帶狀工程來說,固定的固化處理設(shè)備增加了大量的運輸成本,而且水利工程沿河而建,很多時候陸上運輸不方便,因此現(xiàn)有淤泥固化脫水技術(shù)雖然在技術(shù)上有很大的優(yōu)越性,但并不十分適合大范圍推廣,而SL150-30型經(jīng)過工藝改進后,將固定的設(shè)備搬上船,河道、堤防施工到哪里,設(shè)備就到哪里,該技術(shù)在平原河網(wǎng)地區(qū)很適用。

雖然設(shè)備上船后脫水效果不如岸上的固定的設(shè)備,但通過碾壓過程中的施工控制措施,能夠使填筑堤防的疏浚土物理力學(xué)指標(biāo)基本滿足堤防穩(wěn)定安全需要。

以導(dǎo)流港東大堤堤防工程為例,導(dǎo)流港工程疏浚河道全長41.5 km,筑堤土方760萬m3,工程疏浚和筑堤的綜合單價為18.06元/m3,通過水下疏浚土方筑堤施工中對淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土不同固結(jié)歷時的干密度進行試驗:試驗區(qū)為10 m×30m長方形區(qū)格,區(qū)格四周筑擋土圍堰,高度控制為5 m,河道疏浚土方經(jīng)脫水上岸機械排入試驗區(qū)后,土體呈軟塑狀,平均含水率為40%左右,土體平均干密度為0.8～0.9 t/m3。在良好排水條件下,經(jīng)自然固結(jié)90 d后,含水率可降低為25%～35%,土體平均干密度可達到1.15～1.2 t/m3。

需要注意的是填土應(yīng)在晴天填筑,不得在雨天施工。如遇雨期,嚴格控制土的含水率,確?；靥钔亮系馁|(zhì)量。雨后回填檢查已填土層,對含水率過高的土層應(yīng)翻松風(fēng)干或挖出換土進行壓實,然后再鋪另一層土。

3 結(jié) 語

SL150-30型疏浚土方上岸筑堤機械及施工工藝的創(chuàng)新,在東南沿海平原河網(wǎng)地區(qū)有推廣應(yīng)用價值,其直接經(jīng)濟效益和社會效益均非常明顯。

(責(zé)任編輯 姚小槐)

紀(jì)念2010年 “世界水日”“中國水周”主題活動暨中國水利博物館開館儀式在杭州隆重舉行

2010年3月22日上午,在第十八屆 “世界水日”和第二十三屆 “中國水周”到來之際,水利部、浙江省政府在錢塘江南岸隆重舉行紀(jì)念2010年 “世界水日”“中國水周”主題活動暨中國水利博物館開館儀式。經(jīng)過5年的艱苦建設(shè),拔地而起的中國水利博物館今天終于揭開面紗,敞開大門,迎接四方賓客。它的建成和開館,是我國水利事業(yè)發(fā)展的一件盛事,也是社會主義文化建設(shè)的重要成果。全國人大副委員長蔣樹聲,水利部黨組書記、部長陳雷,浙江省委書記、省人大常委會主任趙洪祝,全國人大財經(jīng)委副主任委員、原部長汪恕誠,浙江省委副書記、省長呂祖善等領(lǐng)導(dǎo)出席開館儀式。

上午9點50分,參加活動的領(lǐng)導(dǎo)和嘉賓們迎著錢塘江畔的江風(fēng),踩著禮樂隊的節(jié)拍,依次步入主席臺。主題活動由浙江省委常委、副省長葛慧君主持。中國水利博物館的建設(shè)得到了中央領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。水利部黨組成員、副部長周英首先宣讀了中共中央政治局常委李長春同志的重要批示;水利部胡四一副部長宣讀了中共中央政治局委員、國務(wù)院副總理回良玉的賀信。隨后,中共浙江省委副書記、省長呂祖善致辭,他代表浙江省委、省政府向出席活動的各位領(lǐng)導(dǎo)和來賓表示熱烈的歡迎,向中國水利博物館建成開館表示熱烈的祝賀。中央電視臺著名主持人、中國節(jié)水大使候選人張澤群宣讀節(jié)水倡議書。他代表所有中國節(jié)水大使向社會發(fā)出倡議“建設(shè)碧水中華從我做起”!

水利部部長陳雷在活動上作了講話。他指出水資源是基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源。當(dāng)前和今后一個時期,水資源問題已成為全球可持續(xù)發(fā)展的突出瓶頸,是世界各國共同面臨的嚴峻考驗。今天把紀(jì)念“世界水日”和 “中國水周”主題活動,與中國水利博物館開館儀式結(jié)合起來,旨在通過這一活動,使社會各界和廣大群眾更加關(guān)注和了解我國的基本水情,更加理解和認識我國優(yōu)秀水文化中所蘊含的治水哲理,推動全社會形成關(guān)心水、親近水、愛護水、節(jié)約水的良好風(fēng)尚。

10點30分許,現(xiàn)場的音樂變得愈發(fā)雄壯,主席臺前排在座領(lǐng)導(dǎo)和嘉賓集體起立為中國水利博物館剪彩。水利部部長陳雷和中共浙江省委書記趙洪祝為中國水利博物館揭牌;全國人大副委員長蔣樹聲緊接著宣布中國水利博物館開館。頓時,活動現(xiàn)場禮炮喧天、鼓樂齊鳴、掌聲雷動。這一刻,錢江南岸的 “水晶寶塔”正式開館迎客。

隨后,主席臺上的領(lǐng)導(dǎo)和嘉賓來到中國水利博物館頂層為 “龍施雨沛”展項揭幕。其他嘉賓則在一樓大廳依此排開,通過LED大屏幕的同步實況直播見證那神圣一刻?！褒埵┯昱妗闭鬼椏芍^是整個水博館的鎮(zhèn)館之寶。當(dāng)全國人大財經(jīng)委副主任委員、原部長汪恕誠和浙江省原常務(wù)副省長章猛進共同啟動按鈕的那一刻,寶塔頂上的紅幕徐徐落下,1個巨大的金色印章呈現(xiàn)在觀眾眼前。印章頂端是2條栩栩如生的巨龍,印章四周鐫刻有中國最早記錄水利的歷史文獻《史記?河渠書》。這個巨大的印章,為中國水利博物館蓋上了 “人水和諧”的大印。

活動結(jié)束,所有領(lǐng)導(dǎo)、嘉賓在博物館解說員的帶領(lǐng)下參觀了嶄新的中國水利博物館主展區(qū)。博物館核心展區(qū)分為水利千秋、水中萬象和龍施雨沛三大部分。博物館內(nèi)的內(nèi)容深深吸引了每一位領(lǐng)導(dǎo)和嘉賓。在京杭大運河圖前,大家被逼真美奐的京杭大運河景象深深折服;在中國歷代水旱災(zāi)害記錄片播放屏幕前,大家不經(jīng)駐足觀看;在三峽大壩巨大模型前,通過現(xiàn)代聲光電的聯(lián)合演示,為領(lǐng)導(dǎo)和嘉賓呈現(xiàn)了一個逼真雄偉的三峽大壩……

中國水利博物館是水利部直屬的國家級行業(yè)博物館,旨在宣傳人民群眾治水的歷史功績和偉大成就,弘揚水利精神,傳承水利文化,普及水利知識,促進水利持續(xù)發(fā)展。中國水利博物館地處杭州錢塘江南岸,自2005年3月破土動工,建筑面積3.6萬m2,高128.9m,采用塔館合一的設(shè)計,實現(xiàn)了古典風(fēng)格、現(xiàn)代材料和先進技術(shù)的完美結(jié)合,成為 “漂在水上”的水晶寶塔。中國水利博物館今天起航,它承載著數(shù)千年厚重而輝煌的水利歷史,將用自己的方式弘揚水文化,傳播水文明,在觀眾靈魂深處澆筑起一座人水和諧的“精神大壩、思想水庫”。