1、黄河淤背固堤生产中存在的问题及解决途径【摘要】在黄河淤背固堤生产中，由于主观和客观因素的影响，容易出现各种问题，所以，针对问题提出解决问题的对策极其重要。本文从黄河淤背固堤生产环节着手，分析了黄河淤背固堤生产中的问题和原因，并针对原因分析了解决的办法。 【关键词】黄河；淤背固堤；生产；问题；解决 中图分类号： TV882 文献标识码： A 一、前言 黄河淤背固堤生产是黄河维护管理工作中一项重要的工作，也是保持黄河能够安全、稳定运行的必由之路。所以，要尽量避免黄河淤背固堤生产中出现问题。 二、黄河淤背固堤工程的实施与问题的提出 黄河淤背固堤是通过大型泥浆泵将黄河河道内的土方通过泥浆的形式输送到大
2、堤的背河，从而加大原有大堤的防洪标准。淤背固堤工程是通过若干个标段实施的，而每个标段又由若干条围堰分割成若干个淤区。然而每个标段、每个淤区因不同的基础、土质、淤积厚度等产生不同的沉降，这样就使标段之间，淤区之间出现不均匀沉降，造成结合部出现裂缝。另外，淤背工程高达 510m，较大的土压力、水压力和长期受水的饱和浸泡对原有大堤也产生较大的影响。 为了顺利实施黄河淤背固堤工程，加快标准化堤防建设，急需解决以下问题： 1、基础土质的密实度与沉降的变化关系； 2、淤区土质稳定与时间的关系，即放淤后需多长时间的稳定期，才能进行下一层淤积； 3、淤背后对原有大堤究竟产生多大影响，是否影响标准化堤防的建设及
3、防洪标准。要解决这些问题，在淤背固堤工程的实施过程中，必须进行沉降监测。这样也能及时地对工程建设的质量实施监控，为管理部门、决策部门和设计部门提供不均匀沉降问题的解决办案。 三、淤背固堤的方式 淤背固堤可分为自流放淤和机械放淤。 自流放淤是利用黄河为悬河和水流含沙量高的特点，用引水涵闸从黄河中引取高含沙量的黄河水，使之在大堤以外进行沉沙。其优点是黄河水可以自流到大堤以外，无需消耗动力。但也存在着如下缺点：一是引水引沙受引水建筑物和黄河来水来沙条件的限制，难以连续不断的实施；二是只能对背河的低洼地区放淤，当地面抬高以后，自流就会受到限制；三是黄河水的自然含沙量在大部分时间内都不可能很高，在沉沙以
4、后，需要处理大量的排水。因此，要将黄河大堤淤背加固到足够高度，单靠自流放淤难以实现。 机淤放淤固堤是采用机械设备在黄河河道中挖沙，利用水力管道输送至大堤背河侧沉沙。淤自流放淤相比虽然需要使用一定和消耗一定的人力、物力，但却明显的优点：一是可以按照设计连续实施，常年施工，受大河的来水来沙条件限制较小；二是通过技术措施可以取得很高的含沙量，从而减少了放淤以后的排水量；三是施工机械可以灵活移动，不受引水建筑物的影响。为此，自 20 世纪 70 年代开始，黄河职工根据黄河多泥沙的特点，自制了简易冲吸式挖泥船，利用高压水流破坏河床土体，形成泥浆，再利用水力管道输送原理，将含有大量泥沙的泥浆输送至黄河大堤
5、背河进行沉放，将黄河大堤加宽 50100m。这种加固大堤的方式，黄河职工称之为“机械淤背固堤” ，又简称“机淤固堤” 。该项目1978 年获国家科技大会奖，此后，在黄河下游的淤背固堤工程中得到了广泛应用。 黄河上的机械淤背固堤，是从使用简易冲吸挖泥船开始的。通过多年的实践，已经发展到挖泥船、水力冲挖机组、组合机泵等多种机械并举。但无论采用何种机械，都是从黄河河道中取沙，利用水流的挟沙特性和水力管道的输送能力输送至大堤背河侧沉放。 四、黄河淤背固堤主要生产环节 机械淤背固堤的主要生产环节包括造浆、泥沙输送和泥沙沉放。这三个环节构成了淤背固堤的生产全过程，缺一不可，而且其中任何一个环节对系统的生产
6、效率和生产成本都起着决定性的作用。因此，造浆、输送和沉放称之为机械淤背固堤的三部曲。 造浆，就是将已经沉积的固体泥沙与水混合，形成可以流动的泥浆，为水力输送泥沙创造条件，以便通过抽取泥浆的手段达到取土的目的。 输送，就是将制造的泥浆输送到设计的地点。黄河下游的机械淤背固堤主要是采用泥浆和水力管道进行有压输送。在输送距离较近时，一般采用单级泵输送；在排距较远，单级泵输送困难时，需要进行接力输送（加设加力站点的形式） 。 沉放，就是按照设计将泥沙沉放到指定地点，达到加固黄河大堤的效果，这是淤背固堤工程的最终目的。通过水力管道输送到大堤背河侧的是泥浆，泥沙沉放需要将泥浆中的水与泥沙进行分离，将水排走
7、，将泥沙按照工程设计进行堆放。此外，由于在河道内挖取的泥沙颗粒较粗，多为粉沙和粉细沙，遇风雨天气易产生风沙和水土流失，所以，沉放这一环节也包括对淤背体的防护，即在沉沙达到一定程度以后，采取必要的措施，以保持工程的完整性和耐久性，达到设计要求。 五、淤背生产中存在的主要问题及产生的原因 1、挖泥船生产含沙量偏低 多年来,简易吸泥船生产以冲吸沙性土为主。该土质易获得较高的含沙量,但实际生产中的含沙量并不是太高,多为 300400kg/m3,低的仅200kg/m3 左右,能达到或超过 500kg/m3 的不多。分析其原因,主要还在于吸泥船本身的性能。 (一)造浆能力不足。目前的简易吸泥船所配泥浆泵扬
8、程一般为2530m,额定流量为 5001000m3/h；所配水枪泵一般采用 3B57 型高压泵,扬程为 50m,额定流量仅 60m3/h。但是,对于泥浆泵流量为 400m3/h、含沙量 500kg/m3 的情况,冲吸水下饱和土需补充流量应为 240m3/h 左右。可见,水枪泵的流量太小,造浆能力明显不足。因此,泥浆泵必然吸入一定量的河道自然来水,从而使泥浆稀释,降低了简易吸泥船生产的含沙量。 (二)简易吸泥船进浆口可控性差。泥浆泵的进浆管系一软管,前端连接笼头,自由下落着于河床。这样的配套设施结构虽简单,但缺乏可控性。随着泥浆泵运行吸沙,笼头下落受管长限制,至一定深度后下落停止。此时在水下河床
9、形成了一漏斗形沙坑,如不移动笼头,取沙就要靠河水向坑内还沙补充含沙量,因而,含沙量受到水流还沙能力的限制。如要移动笼头,由于是软管连接,可控性较差,很难使其达到期望的位置。 2、输浆距离逐年增加,生产效率下降 山东黄河淤背固堤工程始于 70 年代,最先是在险工堤段进行。由于吸泥船最好的抽沙地点一般都位于险工的上下首附近,所以当时输浆距离较近。随着淤背固堤向平工堤段延伸,输浆距离越来越远。近几年吸泥船输浆距离多已超过 2500m,达到 40005000m 的已为数不少。输浆距离远,沿程能量损失则增大,实际生产效率相对降低。为提高效率,有不少吸泥船采用接力输浆,既增加了工程成本,也加大了生产管理的
10、困难。 3、黄河断流,影响吸泥船生产 90 年代以来,山东黄河断流情况日趋严重,1997 年断流达 226d。断流一般多发生在春季,此时正是淤背生产的黄金季节,黄河断流不得不被迫停产,对淤背固堤影响很大。 4、淤背区包边盖顶挖地多 黄河淤背固堤土方多为沙性土,遇风天或是雨天,极易污染环境和造成水土流失。为此,在淤背固堤土方完成后需要用粘性土壤对淤背区进行包边盖顶。这些土方大部分挖自农田,与农业生产有矛盾。 六、解决问题的途径 1、提高泥浆泵进口笼头的可控性 将泥浆泵进口笼头与船体的软管连接改为刚性连接,并附加以相应的控制设施,达到控制笼头的目的。 2、改善吸泥船的高压水造浆系统 将目前简易吸泥
11、船使用的高压水枪泵流量加大到 120m3/h 左右,扬程以 3540m 为宜。这与原来的 3B57 型离心泵相比,所用功率没有大的增加,但流量增加了 1 倍。同时,再将原来若干个水枪口适当集中,从而增加对土体的破坏能力,有利于含沙量的稳定和生产效率的提高。水枪口的大小可以按出口流速不小于 25m/s 进行设置。 3、优化选用泥浆输送设备 首先,针对黄河泥沙的特点,选用的泥浆泵应具有相应的抗磨性能。其次,应根据不同的生产情况(如输浆距离、含沙量、配用动力等),优化选用泥浆泵的扬程、流量和输沙管道的直径,使工作系统达到最优状态。 4、改进吸泥船的结构形式 针对现在吸泥船调运困难的实际情况,建议将现
12、在的整体式简易吸泥船改为组装式吸泥船,以便于运输和调遣,也可考虑将其动力设备由柴油机改为电机,在岸上设置发电机,以减小船的体积和重量。该种形式的吸泥船吃水浅,便于靠近滩岸作业,如遇有一定含粘量的土质,还可另外配置水枪,以提高含沙量,从而提高设备的工作效率。 5、开展多种施工方式 对于靠河道较近,但由于土质原因简易船挖沙困难的堤段(河段),可以考虑采用绞吸式挖泥船或使用泥浆泵挖滩,在经过综合比较后,择优选用；在黄河水小或断流的情况下,可以考虑采用组合泥浆泵进行吸沙。通过合理的调节与操作,用泥浆泵可以制造 800kg/m3 甚至更高的含沙量,相应减少了施工用水。同时,这种施工方式所使用的机械便于运
13、输和调遣,具有很大的灵活性。 6、改变包边盖顶的修做方式 一是淤背前,如果淤背区原地面属于耕地或有适当粘粒含量的土质,可以先将 0.51.0m 厚的原土层推到淤背区以外堆放,在淤背完成以后,即可用该土对淤背区进行包边盖顶；二是尽量向黄河河道要土,利用黄河汛期水流含沙量高且粘粒含量多的特点和时机,适时抽取黄河水落淤盖顶,或在河槽附近选择具有一定含粘量的土场用绞吸式挖泥船或组合式泥浆泵取土。如此,可以避免挖毁农田,创造良好的经济效益和社会效益。 七、急待解决的技术问题及建议 1、宽河段淤临淤背问题 黄河下游宽河段二级悬河明显,滩区洼地堤河较多,横比降是该河段河道纵比降的 24 倍,加之节点控制工程
14、少,河势易于游荡,极易发生斜河横河甚至滚河等,危及大堤安全。而且该段堤防许多险工险段未得到加固处理,是下游防洪的重点堤段。淤填临河洼地及淤背固堤是廉价有效的加固措施之一。但由于宽河段抽沙存在以下问题,使淤背固堤工作进展缓慢:一是河势多变,船与管道需经常迁移；二是泥沙颗粒相对较粗,经常淤塞管道；三是输沙距离较远,单价较高。目前宽河段淤背固堤完成土方量较少。近年来堤根洼地串沟的淤填,仅刚刚起步。建议根据该河道的具体情况及存在的问题,探索多种方式方法,如研究引进移动灵活、功率大、可远距离输沙的新技术设备,进行淤背固堤；汛期有计划地放淤或利用滩区较大的横比降修建简易渠道输沙至堤根,淤填临河洼地,减小横
15、比降；淤填临河洼地与淤背固堤相结合,先淤临再用组合泥浆泵等淤背,最后再淤临。 2、基础理论待完善,大批成果待推广 自淤背固堤以来,仅机淤固堤已进行了近 30 年,安排了多次试验研究,积累了丰富的实践经验,在基础理论方面也作了不断地探索,有不少高水平的论文发表,如“疏浚工程中泥浆泵与管道的配套选择” 。但系统全面的理论探索和总结少,如在输沙距离、管道直径选择、含沙量、时产方量,油耗等相互关系方面,尚未有大家认可的理论计算方法。对在实践中取得的经验、存在的间题等,上升至理论上分析的少,没形成一整套科学系统地机淤固堤理论。按照理论与实践的辩证关系,也就无法反过来更好地指导实践,提高工效。 另外,多年
16、来在生产实践中取得的大量新技术、新设备,对提高机淤产量,减少磨蚀等方面有重要作用,具有显著的经济效益和社会效益。应加大推广力度、使科学技术真正转化为生产力。 3、机淤设备的改进问题 机淤固堤几十年来,机淤设备改进不大。随着科学技术的发展进步,研制新型的多用途的机淤船,改善操作人员的工作环境条件,减少劳动强度,提高工效等势在必行。特别是随着挖河疏浚工作的进行,现有机淤设备难以满足需要,直接引进国外大型挖沙船也难以适合黄河的具体情况。应根据黄河下游水深较小的特点,结合我们几十年来机淤实践和造船经验,研制排距长、吃水浅、切入泥沙性能好、抽沙量大的船只,并能在河势变化后具有疏通河道得力、迁移方便,适宜
17、今后挖河疏浚的新型挖沙设备,使挖河疏浚与淤背固堤相结合,加快淤背固堤步伐。引黄泥沙处理与淤背固堤相结合,既加固了大堤,又为引黄泥沙处理找到了出路,可一举两得。 八、结束语 综上所述，面对黄河淤背固堤生产中出现的问题，首先要分析问题出现的原因，通过原因来分析如何来有效的解决问题，同时，要不断研究新技术，提高生产过程的管理水平，最后达到良好的经济效益和社会效益。 【参考文献】 1李聚方.黄河淤背固堤工程不均匀沉降监测J.测绘学院学报,2010. 2郑万勇.黄河淤背固堤工程决口原因与对策J.水利水电技术,2009. 3韩宝国,林宏达,姚宏超,尉剑,谷合长.跨河穿管取沙淤背固堤技术J.人民黄河,2012,02:13-14. 4刘维洲,季生,王建中,崔新芹.黄河下游淤背固堤中的长管道远距离输沙技术J.水利水电工程设计,2012,03:21-23. 5孟祥文,薛儒生.山东黄河淤背固堤技术发展及存在问题探讨J.水利建设与管理,2009,01:57-58. 作者简介： 卢立文（1964-） ，男，山东鄄城人，专科，从事黄河水利工程维修养护工作。
