混凝土砌块护坡技术在治淮工程中的应用与创新

淮河水利委员会办公室副主任 董开友

　　在水利部国科司的大力支持下，淮委自2001年、2004年、2005年分别承担了三个“948”计划项目，总计引进经费56万美元，配套经费138万元人民币（包括中央配套28万元），折合人民币总额为604.8万元。目前，已有一个项目顺利完成并通过验收和成果鉴定，其余两个项目也在收尾总结阶段。总体来看，淮委承担的三个项目在实施过程中还是比较顺利的，效果和作用也是明显的。下面重点汇报《混凝土砌块护堤技术》项目在引进、吸收、消化、推广过程中，形成自主知识产权的工作情况。

一、引进项目概况

　　1、立项背景及意义

　　我国常见的护坡形式，有抛石、砌石、现浇混凝土、沥青混凝土等，这些传统的护坡形式有其适用条件，也都存在明显不足。以预制的混凝土砌块作为护面层单元的铺砌式混凝土砌块护坡近年来在欧美国家广泛得到应用，而我国则处于起步阶段。混凝土砌块护坡抗动力作用效果好，施工方便快捷，工程质量易于控制，有一定柔性,整体美观环保。

　　我国幅员广阔，内陆水域湖泊、水库、河道众多，护坡工程量大，尤其是1991年淮河大洪水后，19项治淮骨干工程相继开工，更为新型护坡材料的研究提供了广阔市场。在这种形势下淮委酝酿提出的“混凝土砌块护堤技术”研究项目，于2001年7月被正式批准列入水利部“948”计划，并得到16万美元研究经费用于关键技术的引进（折合人民币132.80万元），拨入配套经费人民币8万元；淮委作为引进项目承担方投入配套经费人民币50万元。项目总投入为190.80万元。2002年初相关工作全面展开。

　　2、引进内容及执行情况

　　引进内容：按合同要求引进的是技术资料和关键设备两部份。引进国别为德国、荷兰。引进的方式是贸易和合作研究。

　　技术资料方面：引进了砌块模具设计、砌块配方、砌块自锁与互连技术、砌块护坡设计等。

　　关键设备方面：引进了德国玛莎公司生产的6套水平联锁砌块生产模具及部分配件。

　　此外，根据砌块护坡实际，在合同之外，利用自有资金引进多套垂直联锁砌块模具和荷兰砌块护坡稳定计算软件等。

　　执行情况：整个项目实施过程中，通过走出去、请进来等方式，就砌块护坡涉及的多项内容进行交流与合作。2002年派6人的代表团赴德国、荷兰学习，培训砌块块型及模具设计、砌块配方和生产工艺等内容，实地考察德国、荷兰砌块护坡应用情况；先后多次与德国玛莎公司、施乐斯·非凡公司、欧马克公司、兰福模具公司等就砌块模具、砌块块型、配方、生产工艺等开展技术交流及合作研究；邀德国比勒费尔德大学Fritz教授等外国专家先后9人十多次来华指导、培训；向荷兰Delft水力学研究所专家Breteler就砌块护坡设计及稳定厚度计算等进行技术咨询。

　　成果鉴定情况：2004年12月17日～18日，水利部国际合作与科技司在安徽省蚌埠市主持召开了《混凝土砌块护堤技术》成果鉴定会。与会专家审阅了相关技术资料，实地考察了引进的砌块生产设备、生产现场和砌块护坡工程，听取了项目承担单位关于项目实施及成果应用汇报。经充分讨论，评定该研究成果总体上达到国际先进水平，其中无绳索连接开孔垂直联锁技术达到国际领先水平。

二、引进技术的吸收与创新

　　特别设计、经先进生产线工厂化制作而成的混凝土砌块具有护砌厚度小、产品质量稳定、易于控制工程质量和工期，护坡结构整体美观、环保等特点。借鉴国外在混凝土砌块护坡研究和应用上的成功经验，经消化、吸收，结合生产实际，我委工程技术人员就混凝土砌块护坡设计、砌块生产、施工等方面亟待解决的问题，与科研单位开展了积极合作，在治淮工程建设中成功的取得以下成果：

　　1、开发生产的植生砌块和抗动力作用护坡砌块两大类十多种产品广泛应用于淮河流域水利工程护坡；护砌总面积超过 200万平方米，部份工程已经受了2003年淮河大洪水的考验，受到了社会各界广泛认同，开创了国内引进技术工厂化大规模制作的先例。之后，安徽、江苏、浙江、天津、河北、湖北、河南、山东等地的多家单位先后与我委联系，现已经有很多水利工程推广应用了混凝土护坡砌块。

　　2、与南京水利科学研究院合作，对抗动力作用护坡砌块进行抗波浪作用系列模型试验研究，定量验证了砌块开孔、水平联锁和垂直联锁结构的抗波浪作用效果，从而导出了护坡稳定厚度计算公式。即:

　　（1）规则波

　　式中：D为砌块厚度，H为规则波波高，R为系数，对实体砌块取0.225，对开孔砌块取0.152，Δ为相对密度，ξ为破波参数  ，α为坡角度，L为波长。

　　（2）不规则波

　　式中：R对实体砌块取值为0.26，对开孔砌块R取值0.168，对垂直联锁开孔砌块R取值0.12～0.14，Hs为有效波高，破波参数 ， 为平均波长。

　　由于护坡工程实际经受的波浪作用为不规则波，在实际应用中可采用不规则波计算公式，并根据工程的重要性考虑10～30%的安全系数。

　　3、特别设计的垂直联锁砌块以其良好的抗波浪作用效果和新颖的外观获得国家外观设计和实用新型专利，并在国家大型工程临淮岗洪水控制工程中大规模应用。

　　4、首次在国内较为全面、系统地提出了砌块块型开发、稳定厚度计算、砌块生产与检测及施工工艺方法和基本要求，对砌块护坡推广应用具有重要的指导意义。目前我委正在与中国建筑砌块协会合作编制《混凝土护坡砌块》产品行业标准。

[Page]

　　5、砌块生产工艺及质量控制手段的创新

　　由于国家没有相关的规范标准，项目组根据实践，总结出了一些必要的控制标准，并以企业标准的形式在安徽康特公司施行。

　　为了规范评定护坡质量工程，项目组制定了《水利水电工程混凝土砌块单元工程质量评定表》。从砌块外观、色差、尺寸偏差、裂缝和工程坡面平整度、缝宽、缝线整齐度等砌块质量和施工质量两方面对工程质量进行评定，提出了数值范围。

　　6、项目研究过程中发表相关论文6篇，即：

　　①吴美安等，大力推广应用混凝土砌块护坡，中国水利，2003年第９期B刊

　　②吴美安等，混凝土砌块护坡护面层稳定厚度的计算方法，人民黄河，2006年第１期

　　③吴美安等，护坡用混凝土砌块产品的开发设计，建筑砌块与砌块建筑，2005年第4期

　　④潘军宁等，波浪作用下混凝土砌块护坡稳定性试验研究，河海大学学报，2005年第4期

　　⑤吴美安等，新型混凝土砌块抗波浪作用模型试验研究，建筑砌块与砌块建筑，2005年第5期

　　⑥朱勇等，水工护坡混凝土砌块的生产实践，建筑砌块与砌块建筑，2005年第６期

　　7、本项目获得2005年度淮河水利委员会科学技术特等奖及2005年度大禹水利科学技术三等奖。

三、技术推广及效益评价

　　1、《开孔垂直联锁砌块护坡技术》应用实例

　　开孔垂直联锁混凝土砌块护坡技术是我委在《混凝土砌块护堤技术》研究成果基础上进行的，也是该项研究的补充与延续。2003年底《开孔垂直联锁砌块护坡技术》正式列为水利部重点科技推广项目,并以临淮岗洪水控制工程为技术依托，开展了相关试验研究。

　　临淮岗洪水控制工程是将淮干中游正阳关以下主要防洪保护区防洪标准提高到百年一遇的关键性工程。本项目结合主坝护坡工期紧，工程应用波要素大，护砌面积超过40万平米的实际，联合科研单位特别设计了开孔垂直联锁砌块，经模型试验验证，15～25cm厚可满足主坝各段、各高程稳定厚度需要，其抗波浪作用效果优良。实践表明，临淮岗洪水控制工程中采用开孔垂直联锁砌块护坡在技术上、经济上是合理的。值得一提的是，在同一砌块上同时设计开孔和垂直联锁结构在世界上尚属首次，其研究与应用达到国际先进水平。

　　2006年4月--5月，临淮岗洪水控制工程主坝各坝段进行单位工程验收，与会专家通过现场察看，听取汇报，查阅工程资料，按设计标准对主坝开孔垂直联锁砌块护坡工程进行了质量评定，其结果为优良。

　　2、本成果与同类研究、同类技术的综合比较

　　本项目在研究之初，国内砌块护坡应用仅有零星报道，且多为现场手工预制的、简单的松散砌块，还未摆脱单纯依靠砌块自重满足工程稳定的传统思路。欧美国家砌块护坡应用较为普遍，由于垂直联锁砌块需人力施工砌筑，国外就这类块型开展的研究及应用不多，在同一砌块上进行开孔和垂直联锁设计尚未报道。

　　3、推广应用效果

　　截止到2006年底，已有30万方(强度超过C25)各类混凝土砌块用于10余项治淮工程护坡，远远超过合同约定的不少于2万方(强度不低于C15)砌块应用目标，护砌总面积超过200万平方米。部份护坡工程经历了2003年淮河大洪水的考验，工程运行良好，得到各界的认同和好评。不仅如此，还带动了流域内其它水库护坡工程应用混凝土护坡砌块近4万方。 2007年我委计划在南四湖二级坝拦河大坝工程上应用混凝土护坡砌块3万多方。总之，混凝土砌块护坡以其突出的优势受到工程业主、施工、监理等单位的欢迎。

　　推广时间：

　　l      2002年上半年，在淮河蚌埠闸扩建工程中首次采用水平联锁砌块。

　　l      2002年9月～2003年6月，在淮干蚌郊段标准化堤防中应用。

　　l      2002年下半年～2004年9月，先后在淮河入海水道淮安枢纽和二河闸淮干五河城关段、怀洪新河、班台闸等十多项治淮工程中应用植生砌块和水平联锁砌块护坡。

　　l      2004年上半年～2005年年底，开孔垂直联锁砌块首次在临淮岗洪水控制工程主坝上推广应用。

　　● 2005年下半年，在南水北调台儿庄泵站工程推广应用新型水平联锁砌块护坡。

　　4、经济及社会效益

　　①开孔垂直联锁砌块由于在构造上采取了减小浮托力和增加砌块间咬合作用两种措施，较普通混凝土砌块可减小30～50％护砌厚度。临淮岗主坝实际应用厚度为15.5～24 厘米，与普通混凝土砌块相比，减少混凝土砌块方量约3万立方米，节省工程投资1000万元左右。

[Page]

　　②截止目前，该项目执行过程中先后在淮河流域的蚌埠、临淮岗组建两个砌块生产厂，有100多人参与开发、生产、经营，积累了6000多万元人民币的混凝土护坡砌块产值，上交利税1000多万元人民币，带动了周边水泥、砂石、粉煤灰、砌块运输、砌块施工等行业的发展，缓解了当地人员的就业问题。

　　③采用砌块护坡，可减少对天然石料的需求，减少石料开采对环境的影响。在砌块生产过程中还可利用粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废料，有利环境保护。由于采用了混凝土砌块护坡技术，临淮岗洪水控制工程主坝区景观环境得到了美化，这方面的社会效益是无法用资金计算的。

四、相关建议

　　水利部“948”项目的实施，有力地推动了治淮科技工作的深入发展，科研力量迅速成长，为今后治淮科技自主创新提出了新的方法和思路。为此建议：

　　1、利用混凝土砌块进行堤坝护坡，在我国尚处于起步阶段，相关的研究、应用报导不多，人们对砌块护坡还缺乏认识和了解，一定程度上影响了砌块护坡的应用，需要部科技主管部门进一步加大宣传工作力度。

　　2、要在总结砌块护坡研究与应用成果的基础上，尽快出台砌块护坡设计计算、砌块产品质量标准及施工砌筑等方面的技术标准和规范。这对护坡砌块在全国范围内大规模推广，促进我国堤坝防护水平提高有着十分重要的意义。

　　3、在国家相关标准指导下，可推广由市场主体参与护坡砌块开发、生产、经营，水利工程业主招标采购砌块产品的应用模式，以达到规范市场运作，保护知识产权的目的。