黃河下游河道整治工程大多采用傳統(tǒng)的柳石結(jié)構(gòu)，它在工程運(yùn)行中受大溜頂沖時(shí)，易迅速下蟄而出險(xiǎn)，每年汛期都要對(duì)這些壩垛進(jìn)行搶險(xiǎn)加固，每修一座壩垛，都需經(jīng)過多年甚至幾十年的反復(fù)搶護(hù)，才能達(dá)到基本穩(wěn)定。　

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年黃河搶險(xiǎn)用拋石量為幾十萬立方米，由于石材的不可再生性，石料綜合價(jià)格持續(xù)走高，今后購買日益困難。因此，急需開展人造備防石的研究、生產(chǎn)。

人造備防石基本技術(shù)參數(shù)

1.粒徑

加劇根石走失的主要原因是高含沙量和高流速。黃河中下游含沙量一般在25～300千克每立方米，將險(xiǎn)情調(diào)查資料帶入不同公式，得出塊石起動(dòng)的臨界粒徑為30～80厘米。由于人造備防石密度小于天然石材，綜合機(jī)械設(shè)備因素，確定人造備防石的形狀近似正方體，邊長60厘米。

2.強(qiáng)度

人造備防石的技術(shù)參數(shù)包括兩個(gè)方面：強(qiáng)度，應(yīng)保證備防石在拋投時(shí)的基本完整性；耐久性，主要是凍融作用破壞和抗風(fēng)化性能。

針對(duì)黃河泥沙顆粒細(xì)小、含泥量較大的實(shí)際情況，將試件的抗壓強(qiáng)度設(shè)定為5兆帕，驗(yàn)算證實(shí)能夠滿足工程要求。

設(shè)計(jì)系列配方、尺寸各異的試件，對(duì)試件截取芯樣，先后進(jìn)行了3次現(xiàn)場拋投試驗(yàn)，經(jīng)過兩個(gè)冬季的自然風(fēng)化，試件基本無變化。可以確定，人造備防石的設(shè)計(jì)強(qiáng)度可以滿足工程要求。

結(jié)合經(jīng)濟(jì)性因素，推薦人造備防石現(xiàn)場28天抗壓強(qiáng)度為5兆帕，考慮現(xiàn)場施工質(zhì)量偏差，將實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)強(qiáng)度值定為6兆帕。由于摻入火山灰質(zhì)膠結(jié)料，人工備防石的后期強(qiáng)度增長潛力較大。

3.原材料

采用的原材料有：3個(gè)地方生產(chǎn)的粉煤灰（質(zhì)量在Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)之間）、3個(gè)品牌的32.5號(hào)普通硅酸鹽水泥、自制復(fù)合型外加劑、以床沙為主的黃河天然淤泥沙。

人造備防石制作與性能試驗(yàn)

1.現(xiàn)場制作

分別在河南省內(nèi)3個(gè)地點(diǎn)利用近似碾壓混凝土技術(shù)進(jìn)行了人造備防石的現(xiàn)場生產(chǎn)試驗(yàn)，采用5種配方。現(xiàn)場備防石的制作，選用強(qiáng)制式攪拌機(jī)、建筑通用模板、內(nèi)燃式?jīng)_擊夯等設(shè)備，脫模后根據(jù)設(shè)計(jì)要求，用專用切割機(jī)對(duì)備防石進(jìn)行現(xiàn)場切割。

目前，根據(jù)工程管理的要求，黃河下游的備防石大部分進(jìn)行干砌、碼方。碼好的備防石垛容易散亂，每年還要進(jìn)行必要的整修，管理成本比較高。現(xiàn)場生產(chǎn)的人造備防石可以直接達(dá)到現(xiàn)有的管理標(biāo)準(zhǔn)，不需要后續(xù)管理工序。

2.機(jī)械化拋投試驗(yàn)

陸續(xù)在黃河下游河南黃河河務(wù)局3處河段進(jìn)行現(xiàn)場批量生產(chǎn)，機(jī)械化拋投取得了較好的效果。人造備防石的強(qiáng)度和規(guī)格尺寸滿足防洪搶險(xiǎn)要求。經(jīng)過抗風(fēng)化性能和抗凍性能的檢測(cè)，證明人造備防石的耐久性符合要求。經(jīng)過兩個(gè)汛期考驗(yàn)后，將其中1處水下人造備防石打撈上來，鉆取芯樣檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)備防石的形狀完整，密實(shí)度沒有下降，由于屬于水硬性材料，備防石的芯樣抗壓強(qiáng)度還有8%左右的增長，證實(shí)人造備防石耐久性良好。

在某控導(dǎo)工程制作人造備防石600立方米，經(jīng)現(xiàn)場檢驗(yàn)其表觀密度指標(biāo)滿足要求，對(duì)成品進(jìn)行了鉆取芯樣，檢測(cè)結(jié)果表明試樣90天抗壓強(qiáng)度為11.3兆帕，產(chǎn)品的密實(shí)度、強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)也滿足相關(guān)要求。

對(duì)人造備防石進(jìn)行現(xiàn)場拋投應(yīng)用，共拋投100立方米，備防石滾落過程中保持形狀完整，落水位置準(zhǔn)確，證明其產(chǎn)品強(qiáng)度、拋投到位率滿足防洪搶險(xiǎn)要求。

人造備防石的應(yīng)用前景

1.符合黃河機(jī)械化搶險(xiǎn)的需要。將黃河泥沙制作成人造備防石進(jìn)行機(jī)械化裝拋投搶險(xiǎn)，可部分取代傳統(tǒng)拋散石、拋鉛絲石籠的搶險(xiǎn)方式，滿足快速、高效的搶險(xiǎn)要求。

2.價(jià)格合理、經(jīng)濟(jì)適用。從河南市場的平均情況看，人造備防石價(jià)格與天然塊石價(jià)格基本相同，但比鉛絲石籠低30％左右。可以注意到，兩者的搶險(xiǎn)效益有明顯不同，用人造備防石搶險(xiǎn)有可能較好地解決長期存在的根石走失問題，這相當(dāng)于節(jié)省近25％的石料。因此，人造備防石具有明顯的優(yōu)越性。

3.應(yīng)用前景廣闊。統(tǒng)計(jì)資料表明，2000～2005年，黃河下游根石加固和搶險(xiǎn)用石共計(jì)290萬立方米，平均每年拋石48萬立方米。可以預(yù)見，這種新材料的應(yīng)用前景較廣闊。