泥漿泵筑壩機(jī)械改進(jìn)的實踐

張秦嶺

(陜西省水土保持局，陜西 西安 710008)

1 問題的提出

淤地壩是指在溝壑中筑壩攔泥，鞏固并抬高侵蝕基準(zhǔn)面，減輕溝蝕，減少入河泥沙，變害為利，充分利用水沙資源的一項水土保持治溝工程措施，它與溝頭防護(hù)、谷坊等共同組成了溝道治理的綜合防護(hù)體系［1］。據(jù)歷史記載，最早的淤地壩是自然形成的，即所謂天然聚湫［2］，而人工修筑淤地壩始于明代萬歷年間，新中國成立后淤地壩作為水土保持的一項重要工程措施得到迅速發(fā)展。目前，淤地壩施工最常見的方法有碾壓法和水力沖填法。相比碾壓法，水力沖填法筑壩成本低，可大幅度提高筑壩工效，尤其適用于干旱少雨、貧困、施工機(jī)械缺乏、交通不便、機(jī)械施工困難、碾壓施工筑壩工程造價明顯偏大的地區(qū)，因此該方法在20世紀(jì)50—80年代得到了廣泛應(yīng)用。但是，水力沖填法筑壩仍存在許多不足，其中最重要的一點就是施工人員用水槍沖土造泥的過程中容易引發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。因此，制造適合淤地壩施工條件的先進(jìn)機(jī)械，既能克服水力沖填法的不足，又可提高水土保持行業(yè)施工自動化、機(jī)械化水平，實現(xiàn)用機(jī)械運土、造泥、輸送一體化替代人工施工，是亟待研究的課題。

2 泥漿泵筑壩技術(shù)

水力沖填法存在許多不足，采用泥漿泵筑壩技術(shù)可有效解決這些問題。①施工條件受到嚴(yán)格限制。水力沖填法施工對地形條件有嚴(yán)格的規(guī)定，如《水墜壩技術(shù)規(guī)范》(SL320—204)［3］規(guī)定土場的位置應(yīng)滿足沖填輸入泥漿比降和造泥要求，并宜高出沖填壩面10m以上。采用泥漿泵施工則可順利解決這個問題，因為泥漿泵既可安裝在溝道底部，又可安裝在溝坡上部，視土料場的位置而定，不受地形條件的限制。②施工過程中的泥漿濃度不能控制，形成的壩體往往達(dá)不到均質(zhì)壩的要求。由于是人工沖土造泥，因此所形成的泥漿時稀時稠，形成的壩體往往達(dá)不到均質(zhì)壩的要求。而采用泥漿泵設(shè)備后，泥漿濃度可根據(jù)施工現(xiàn)場的土料性質(zhì)自動配比，所形成的泥漿非常均勻，壩體質(zhì)量明顯優(yōu)于人工水力沖填法。③施工人員在輸泥渠附近用水槍沖土造泥的過程中容易誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。在人工水力沖填法施工過程中，工作人員需站在溝坡上用水槍沖土造泥，容易形成滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，而采用泥漿泵設(shè)備則完全避免了這種隱患，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)的要求。④施工過程對施工場地環(huán)境破壞嚴(yán)重。水力沖填法筑壩過程對兩岸溝坡破壞嚴(yán)重，擾動土地面積大，而采用泥漿泵設(shè)備施工可最大限度地控制擾動土地面積，減少水土流失，實現(xiàn)文明施工。另外，采用泥漿泵設(shè)備筑壩還可結(jié)合坡改梯工程等，充分利用多余的土料筑壩，經(jīng)濟(jì)高效，一舉多得。

3 改進(jìn)的泥漿泵筑壩機(jī)械

泥漿泵筑壩技術(shù)具有許多優(yōu)點，如果能夠改進(jìn)泥漿泵筑壩機(jī)械，用一種設(shè)備(泥漿泵)將拌制好的泥漿輸送到壩殼中，替代從土料的篩分到泥漿的攪拌，即運土造泥過程所需的所有設(shè)備，就能實現(xiàn)筑壩施工的機(jī)械化、一體化。泥漿泵設(shè)備系統(tǒng)的改進(jìn)思路見圖1:改進(jìn)前的泥漿泵設(shè)備雖然解決了機(jī)械運土造泥、輸泥筑壩的機(jī)械化問題，但所要求的設(shè)備多、攤鋪面積大，大面積擾動地表，違背了減小地面擾動的初衷，同時需要更多的人員控制設(shè)備，無形中增加了人工成本，見圖1(a);為克服上述缺點、方便施工，設(shè)想將這些設(shè)備合而為一，對泥漿泵設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，見圖1(b)。

圖1 改進(jìn)前后的泥漿泵設(shè)備系統(tǒng)示意

對泥漿泵設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行了3次改進(jìn)，最后確定的設(shè)備系統(tǒng)實物見圖2，并在志丹縣進(jìn)行了泥漿泵筑壩試驗，結(jié)果表明:改進(jìn)后的泥漿泵設(shè)備系統(tǒng)可自動控制泥漿濃度，輸送揚程30m，水平輸送距離300m，克服了水力沖填法施工中存在的不足，初步實現(xiàn)了泥漿泵筑壩施工機(jī)械化、一體化的目標(biāo)。當(dāng)然，目前該設(shè)備系統(tǒng)在使用中還存在一些問題，如泥漿輸送流量較小(50m3/h)、泥漿濃度不高(土水體積比最大為1.7∶1.0)等，但是筆者相信通過不斷研究和改進(jìn)，在不遠(yuǎn)的將來一定能夠?qū)崿F(xiàn)泥漿泵筑壩施工的機(jī)械化、數(shù)字化、自動化，促進(jìn)淤地壩建設(shè)和水土保持事業(yè)的發(fā)展。

圖2 改進(jìn)后的泥漿泵設(shè)備系統(tǒng)(實物)

［1］唐克麗.中國水土保持［M］.北京:科學(xué)出版社，2004:440.

［2］安鎖堂.淤地壩鼻祖:天然湫灘［J］.陜西水利，2004(2):47－48.

［3］SL302—2004，水墜壩技術(shù)規(guī)范［S］.