黄河河道整治工程根石探测新技术探讨

黄河河道整治工程根石探测新技术探讨

 张爱建  程  阳  林玉香

摘要:黄河河道整治工程的安全与稳定，最关键的是根石基础的稳定。险工、控导根石坡度达不到稳定要求，是造成工程出险的主要原因。准确及时了解根石坡度情况，可为抗洪抢险指挥决策提供依据。目前，黄河河道整治工程根石探测普遍采用人工锥探的方法来进行。为了提高根石探测工作效率和准确率，长垣县黄河河务局探索出了机械探测根石的新技术。

关键词：河道整治；根石探测；探测船

中图分类号：TV851  文献标识码：A

对于黄河河道整治工程而言，坝基根石是工程稳定的基础，其常因洪水冲刷造成水下根石大量走失而发生坦石下蛰或坝体坍塌等险情，严重时可能垮坝，甚至威胁到堤防安全。在历年的防汛工作中，每年汛前、汛中、汛后都要进行相应的根石探测，以掌握坝基根石的深度和坡度，及时对根石的缺石部位进行补充加固，达到有险早知道，加固有依据的目的。

因此，提高根石探测速度和质量，及时掌握根石变化情况，制定相应的抢护加固措施，为提高工程的抗洪强度，确保工程安全度汛提供了可靠依据。

1 现有根石探测手段存在的主要问题

传统的水下根石探测手段落后，主要采用人工锥杆锥探方法。尽管这种方法已经成熟，在黄河治理过程中沿用了几十年，但劳动强度大、安全系数低、探测数据精度差、测点定位难度大、锥杆探测深度受限，投入的人力、财力大，探测速度慢。具体存在以下几个问题：

（1）探测精度较低。现行的根石探测方法和原理决定了它的精度，探测时只是靠人工在一瞬间用锥杆扎到水下所触到的感觉，判断是否探测到根石，然后用尺丈量锥杆上的长度判断出水下根石的深度。

在实际操作中，当探测坝垛靠溜时，探测船难以按要求部位准确固定，平面坐标误差大，所测点不能完全在同一条垂直线上，从而影响了探测精度，尤其是水深溜急部位，人工锥探将无法进行。另外，由于锥杆上竖高度大，探测时还受风力的影响。

（2）探测资料整理中的问题。探测外业工作结束之后，都要进行资料整理和分析。现行的根石探测资料整理计算、绘图方法主要有两种：一种是沿用根石探测管理系统软件。此软件处理缺石量时，从险工根石台起算，控导工程从坝顶口石起算，计算圆弧段长度时，按上口长度的二倍作为计算长度，均存在误差，从而导致计算根石的平均坡度时也存有误差。另外一种是人工计算、绘图。把外业实测的各项数据整理好后，由人工按实测数据、比例绘图，然后对照图计算面积、分析缺石量。这样误差更大。

（3）探测的安全问题。根石探测坝垛一般都是常年靠水的工程坝岸，水中探测难度较大。特别是水流速度较大时，由于探测人员站在船一侧的边沿向下锥探，船在水流的推动下不停摆动，难以固定，加之工作面窄小，船沿无拦杆，安全系数小，容易造成人员落水事故。

2  亟待提高根石探测精度与分析计算的准确性

2.1 机械锥探式根石探测技术

2007年3月以来，长垣县黄河河务局成立了由局长、主管副局长、高级技师、防办技术人员组成的科技小组，精心研制机械锥探式根石探测技术。在对比各种根石探测技术优劣的基础上，经过多次试验和反复修改，于2008年6月成功研制出了机械锥探式根石探测系统，即机械探测船。各工程班探测人员经过培训都能进行操作。该技术在2009年-2015年间长垣和封丘根石探测时得到了充分应用，推广应用效果较好。

2.1.1 机械探测船定位

机械探测船采用三个卷扬机分别固定在上游坝的一个点、本坝两个点，以实现测船定位，见图1。如果测船需要移动，需将测船一侧卷扬机启动，放钢丝绳，而另一侧卷扬机收绳，将测船移动到探测位置。在每道坝探测过程中，上游一侧钢丝铁犁不用启动，只需放绳即可，而本坝顶部的两个钢丝铁犁可根据需要适当移动。

图1 机械锥探根石探测船定位示意

2.1.2 锥探过程

当测船位置确定后，启动探测机沿轨道到第一个测点上进行锥探，对准护锥管孔下椎杆。当锥杆接触石头时，挤压轮空转，机体颤动,锥杆停止下行。根据锥杆的下探长度确定根石深度。

2.2 应用效果

近年来长垣河务局在使用该系统进行根石探测中，经过和人工探测对比，得出了下面四方面的结论：

2.2.1经济投入下降

使用机械锥探式根石探测技术进行根石探测需要工作人员8人，人工工资400元/d；设备看管费40元/d；油费300元/d；交通费100元/d；维修费用为50元/d；设备折旧费110元/d。每天可测量3道坝，合计费用333元/坝。

目前按照黄委《黄河河道整治工程根石探测管理办法》的规定，使用传统的根石探测技术需要锥探工人6名，定位船工需6名，记录1人，其他2人，共需15人，人工工资750元/d；租船费300元/d；设备看管费40元/d；交通费100元/d；每天可测量2道坝，合计费用595元/坝。

经过对比得出：使用机械锥探式根石探测系统进行根石探测比传统的人工根石探测每道坝节省费用262元。

2.2.2 数据精度提高

经过机械、人工锥探数据比对，同一个点人工探测数据大多大于机械探测数据。人工探测大多是探出了水的深度，而探测出土层下的真实数据很少，同时也可能不是真实断面上的数据。而机械锥探测点固定位置准，锥探通过护锥孔垂直探测，抗冲力强，工作适应流速2 m/s左右，锥探力量可穿透河槽内的硬土层，提高了探测数据的精确度。

2.2.3  探测速度提高

相同时间内，机械相对于人工可探测点次增加30％～50％，探测深度可增加5～8 m，机械化探测效率高，实用性强。

2.2.4  安全程度可靠

机械锥探式根石探测系统的探测位置为测船的中心，测船两侧的重量均衡，另外探测系统使用卷扬机三点定位，测船的平衡性好，安全性大大提高，能够适应主汛期的根石探测。

2.3 根石探测数据处理系统

目前正在使用的“根石探测录入系统”是1999年开发的，根石探测数据输入完毕后，根石探测情况统计表及根石深度、坡度统计表不能自动统计出来，而需要人工把数据打印出来进行统计分析，费时费力误差大，工作效率低。另外，软件数据保存时默认路径是软驱，查看很不方便。

长垣县黄河河务局在原软件的基础上进行了革新改造，开发了“黄河河道整治工程根石管理系统”，主要提供分布式的信息化管理、网络化信息管理、简捷的用户操作界面和智能的信息提示，可对工程单位的工程、坝、断面和基础工程数据进行信息化管理。其主要关键技术及创新点是：该技术解决了无法网络化根石信息管理得问题，使根石探测成果可视，可保存不同年代的数据，打印规范、出图规整。

3  推广应用工作措施及建议

3.1组建专业探测队伍

现行的根石探测都是临时调用工作人员进行简单培训，组成临时探测队伍完成的。工作人员流动性大，专业技术不扎实，严重制约着工作效率。建议各县局组织一支根石探测专业队，在汛前、汛中、汛后及工程出险和大水时快速及时进行根石探测，了解工程根石状况，为工程安全奠定基础。

3.2进行技术培训

掌握该技术既要具备严谨性、灵活性，还要掌握机械操作性能和船只定位、移动等综合性技术。建议对根石探测工作人员进行专业技术定期培训，不但培训理论知识，还要培训操作技能，以提高根石探测技术水平。

3.3设备升级改造

机械根石探测船在坝前水深达不到其吃水深度时，无法开展探测工作。建议对设备进行改造，以用于水陆两栖探测。

同时，由于目前数据记录还是人工记录，未达到自动化程度，下一步需要结合数控技术，继续研制开发数据处理技术，最终达到从探测、记录到数据分析、绘图等全面自动化。

1         作者简介：张爱建，男，河南长垣人，新乡中原工程有限工程公司工程师。

2        作者简介：程阳，男， 河南长垣人，长垣县黄河河务局助理工程师，主要从事工程建设和防汛工作。