泥浆泵筑坝机械改进的实践

2013-05-24张秦岭

中国水土保持 2013年2期

张秦岭

(陕西省水土保持局，陕西西安 710008)

1 问题的提出

淤地坝是指在沟壑中筑坝拦泥，巩固并抬高侵蚀基准面，减轻沟蚀，减少入河泥沙，变害为利，充分利用水沙资源的一项水土保持治沟工程措施，它与沟头防护、谷坊等共同组成了沟道治理的综合防护体系［1］。据历史记载，最早的淤地坝是自然形成的，即所谓天然聚湫［2］，而人工修筑淤地坝始于明代万历年间，新中国成立后淤地坝作为水土保持的一项重要工程措施得到迅速发展。目前，淤地坝施工最常见的方法有碾压法和水力冲填法。相比碾压法，水力冲填法筑坝成本低，可大幅度提高筑坝工效，尤其适用于干旱少雨、贫困、施工机械缺乏、交通不便、机械施工困难、碾压施工筑坝工程造价明显偏大的地区，因此该方法在20世纪50—80年代得到了广泛应用。但是，水力冲填法筑坝仍存在许多不足，其中最重要的一点就是施工人员用水枪冲土造泥的过程中容易引发滑坡等地质灾害。因此，制造适合淤地坝施工条件的先进机械，既能克服水力冲填法的不足，又可提高水土保持行业施工自动化、机械化水平，实现用机械运土、造泥、输送一体化替代人工施工，是亟待研究的课题。

2 泥浆泵筑坝技术

水力冲填法存在许多不足，采用泥浆泵筑坝技术可有效解决这些问题。①施工条件受到严格限制。水力冲填法施工对地形条件有严格的规定，如《水坠坝技术规范》(SL320—204)［3］规定土场的位置应满足冲填输入泥浆比降和造泥要求，并宜高出冲填坝面10m以上。采用泥浆泵施工则可顺利解决这个问题，因为泥浆泵既可安装在沟道底部，又可安装在沟坡上部，视土料场的位置而定，不受地形条件的限制。②施工过程中的泥浆浓度不能控制，形成的坝体往往达不到均质坝的要求。由于是人工冲土造泥，因此所形成的泥浆时稀时稠，形成的坝体往往达不到均质坝的要求。而采用泥浆泵设备后，泥浆浓度可根据施工现场的土料性质自动配比，所形成的泥浆非常均匀，坝体质量明显优于人工水力冲填法。③施工人员在输泥渠附近用水枪冲土造泥的过程中容易诱发滑坡等地质灾害。在人工水力冲填法施工过程中，工作人员需站在沟坡上用水枪冲土造泥，容易形成滑坡等地质灾害，而采用泥浆泵设备则完全避免了这种隐患，实现了安全生产的要求。④施工过程对施工场地环境破坏严重。水力冲填法筑坝过程对两岸沟坡破坏严重，扰动土地面积大，而采用泥浆泵设备施工可最大限度地控制扰动土地面积，减少水土流失，实现文明施工。另外，采用泥浆泵设备筑坝还可结合坡改梯工程等，充分利用多余的土料筑坝，经济高效，一举多得。

3 改进的泥浆泵筑坝机械

泥浆泵筑坝技术具有许多优点，如果能够改进泥浆泵筑坝机械，用一种设备(泥浆泵)将拌制好的泥浆输送到坝壳中，替代从土料的筛分到泥浆的搅拌，即运土造泥过程所需的所有设备，就能实现筑坝施工的机械化、一体化。泥浆泵设备系统的改进思路见图1:改进前的泥浆泵设备虽然解决了机械运土造泥、输泥筑坝的机械化问题，但所要求的设备多、摊铺面积大，大面积扰动地表，违背了减小地面扰动的初衷，同时需要更多的人员控制设备，无形中增加了人工成本，见图1(a);为克服上述缺点、方便施工，设想将这些设备合而为一，对泥浆泵设备系统进行改进，见图1(b)。

图1 改进前后的泥浆泵设备系统示意

对泥浆泵设备系统进行了3次改进，最后确定的设备系统实物见图2，并在志丹县进行了泥浆泵筑坝试验，结果表明:改进后的泥浆泵设备系统可自动控制泥浆浓度，输送扬程30m，水平输送距离300m，克服了水力冲填法施工中存在的不足，初步实现了泥浆泵筑坝施工机械化、一体化的目标。当然，目前该设备系统在使用中还存在一些问题，如泥浆输送流量较小(50m3/h)、泥浆浓度不高(土水体积比最大为1.7∶1.0)等，但是笔者相信通过不断研究和改进，在不远的将来一定能够实现泥浆泵筑坝施工的机械化、数字化、自动化，促进淤地坝建设和水土保持事业的发展。