作者:史俊庭 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2015/12/19 16:56:55
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黄河水利科学研究院工程力学所和他的“三驾马车”

 

科学网郑州讯 (记者史俊庭)在黄河水利科学研究院,有一个从研究室合并逐渐成长起来的研究所。60多年来,该所围绕岩土工程、水工结构与材料学科建设开展了大量的实验研究和数值模拟分析工作。

它就是黄河水利科学研究院工程力学研究所(以下简称“工力所”),下设岩土工程、工程材料、工程结构与抗震、工程物探与地基基础、工程加固与防腐抗磨等5个研究室和1个综合办公室。

近年来,工力所依托多种平台,坚持“科技引领,诚信为本”的发展理念,勇于承担社会责任,着力打造“三驾马车”——工程安全评价与加固技术、泥沙资源利用技术和防腐抗磨技术,取得了丰硕的成果。

做好堤坝水闸安全大文章

近些年来,紧密结合国家重大需求,围绕我国江河堤防工作的实际需要,工力所进行了前瞻性、战略性的应用基础研究。同时,该所依托水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心、水利与交通基础设施安全防护河南省协同创新中心等平台通过联合攻关、技术创新、技术引进等方式,显著提升了堤防(水闸)安全问题研究的技术水平,建立了一支层次结构合理、专业设置比较齐全、创新能力强的人才团队。

工力所在堤坝隐患探测、安全防护与评价等方面研发了不少新技术,并取得聚束直流电阻率探测方法、土石结合部接触冲刷试验装置、DOCTER冲击回波系统能量触发装置、高聚物防渗墙连续性检测方法等多项国家发明和实用新型专利。“黄河堤防工程放淤固堤设计的合理宽度研究”获大禹水利科学技术三等奖、“黄河河道整治工程根石探测技术研究与应用”获大禹水利科学技术二等奖,“堤坝除险加固高聚物注浆成套技术及装备”获河南省科学技术进步一等奖。

同时,工力所还引进了高精度分布式三向变形监测系统、光时域反射分析系统、AGI边坡监测系统等多种先进技术,多项先进仪器为高水平开展实验研究工作、丰富研究手段奠定了基础,其中,边坡监测系统在引进消化的基础上实现了国产化。

在对治黄中心工作和水利行业起到科技支撑作用上,工力所联合国内相关研究力量开展行业专项研究,牵头承担了中国堤防工程管理信息系统开发与关键技术研究、堤防工程病害诊断关键技术研究、堤防土石结合部病险探测监测技术等多个公益性专项。近年来,该所主编了《堤防隐患探测规程》、《堤防工程安全评价导则》、《防渗墙无损检测技术规程》等行业或地方技术标准。

在承担社会公益活动上,工力所积极参加对“5·12”汶川地震、“4·25”尼泊尔地震、“7·3”皮山地震中震损水利工程的应急处置和灾后重建技术援助工作。工力所还积极参加水利部水利工程质量稽查、巡查工作,负责南水北调、黄河下游标准化堤防工程建设质量“飞检”及检测验收工作,且每次都能在最短时间内提供出准确的检测数据,为国家大型水利工程建设做出了应有的贡献。

工力所还注重成果转化和推广工作,针对安全检测(监测)、安全评价、除险加固中的难题开展研究,并及时将研究成果用于解决工程的安全问题,以良好的信誉和过硬的技术赢得市场。工力所依托技术力量成立的黄河水利委员会基本建设工程质量检测中心,在工程质量检测方面做到尽心尽责,做到绝不造假。在城市轨道交通上,该中心承担了郑州市轨道交通1、2、5号线的工程第三方质量检测任务。

同时,工力所拥有先进且有特色的用于水闸安全鉴定的试验仪器设备,先后完成包括东平湖马口闸、人民胜利渠张菜园引黄闸、三义寨渠首闸及宁夏水利厅所属的43座大中型水闸近百座水闸的安全鉴定工作。同时,该所作为主编单位编写了《水闸安全鉴定技术指南》和《水闸除险加固技术指南》,并牵头承担水利部行业公益项目“水闸安全评价与除险加固关键技术研发”,提高了行业地位。

在大坝安全鉴定上,工力所承担了三门峡、故县等水库大坝的安全鉴定工作,承担了尖岗水库、尼玛水电站、巴家嘴水库等项目的蓄水安全鉴定工作。

在桥梁安全鉴定上,工力所承担了郑州市西三环桥梁、南水北调中线桥梁、焦作市市政桥梁等工程的安全检测与评价工作。

此外,工力所还承担了杞县大云寺塔纠偏工程、邓州财富世家地下车库人防加固工程的安全监测工作。

认真研究泥沙资源利用

眼下,随着治黄事业的发展,黄河泥沙利用已成为治黄战略的重大需求,也是解决水库和下游河道泥沙淤积以及社会需求问题最直接有效的途径。

为此,工力所结合自己的专业优势,在黄河泥沙利用研究方面加大投入和研究力度,先后开展了“人造大块石抢险材料研制技术”、“黄河泥沙淤积层理及水下驱赶关键技术试验研究”等,为泥沙的处理利用提供了技术支撑。

“人造大块石抢险材料研制技术”项目利用研发的材料,进行了现场制作和抢险抛投试验,提高了大块石的抛投效率和到位率,降低了综合成本。应用该项目技术成果制作的防汛石料不仅满足备防石的各项技术指标,而且成本较低,在国内外防汛石料研究中尚属首次,对治黄中心工作起到科技支撑作用。该成果获得河南省科学技术进步二等奖。

2014年,基于实现黄河泥沙资源的有序利用,工力所联合院内泥沙所、小浪底研究中心、水力学所、防汛所以及有关高校成功申报了水利部公益性行业科研专项“黄河泥沙资源利用成套技术研发与示范”项目。项目实施中,通过水库泥沙处理技术的优化与集成、低成本人工防汛石材胶凝材料的研发、成型工艺的改进、人工防汛石材规模化生产成套设备的集成与研制,实现了泥沙处理与利用联合技术突破,还建立了示范基地,对黄河泥沙的规模化利用起到技术示范和引导作用。项目还通过黄河泥沙资源利用效益评价,控制黄河泥沙利用的风险,发挥黄河泥沙的资源优势,显现黄河泥沙利用的社会效益和经济效益。

此外,通过机制研究,项目组提出有利于黄河泥沙资源利用的政策机制,引导更广泛的社会力量参与黄河泥沙的利用,有效减轻黄河泥沙淤积,促进黄河长治久安。

打造过硬的磨蚀防护技术

黄河水利科学研究院是国内最早进行抗磨蚀研究的机构之一,旨在解决多泥沙河流水机过流部件的磨蚀问题。

自20世纪70年代起,黄河水利科学研究院开展了大量水利机械磨蚀机制及防护技术的研究,整合各种硬金属和非金属抗磨技术资源,先后开发和改进了金属热喷涂、超音速喷涂、等离子喷涂、电镀硬铬、耐磨焊条、复合树脂金刚砂涂层和改性聚氨酯涂层等抗磨蚀防护技术,对解决水工混凝土、水机及水泵过流部件磨损问题起到了巨大的作用。

相关技术获得过国家发明三等奖、全国科学大会奖、国家“六五”科技攻关表彰奖等国家级奖励。“黄河干流水轮机磨蚀与防护技术”获得2008年度大禹水利科学技术二等奖。

工力所在磨蚀防护方面有4大“杀手锏”。

——聚氨酯复合树脂砂浆涂层防护技术。该技术施工工艺简单,涂层厚度可根据磨损和汽蚀情况而定,涂层除具有高效抗磨性能外还有一定的抗气蚀性能。复合一层聚氨酯弹性体材料,除抗磨性能比环氧金刚砂涂层高外,还克服了传统环氧金刚砂涂层在水机应用中抗气蚀性能较差的缺点,大大提高了其抗磨性能和抗汽蚀性能。在三门峡、青铜峡、葛洲坝及万家寨等水电站的应用中,效果十分理想,设计寿命在10年以上。同时,抽黄灌排泵站的水泵均采用聚氨酯复合树脂砂浆技术进行防护和修复,泵站运行效率提高30%,节省电费数亿元。

——改性聚氨酯弹性体涂层防护技术。该技术针对于水轮机叶片背面的强汽蚀区,涂层设计厚度约为2毫米到6毫米,施工方法分为喷涂法、刷涂法、浇注法等。为了增加聚氨酯弹性材料与基体的粘接强度,工力所研发了高性能粘接剂,不易发生剥离和撕裂现象。涂层由于加了耐水剂等助剂,性能稳定,使用寿命长。经过试验比较,该涂层耐磨性一般是不锈钢的10倍以上,抗空蚀性能是普通不锈钢的30倍以上。在黄河龙口、三门峡、青铜峡以及万家寨等水电站应用后,效果十分理想,设计寿命在20年以上。

——改性聚氨酯导叶密封板(条)产品。该产品具有良好的抗空蚀性能、抗磨蚀性能以及良好的密封性能。可根据具体情况制成不同规格、性能及各种形式的密封条。拆卸容易,安装方便。先后在青铜峡、大峡、刘家峡、万家寨等水电站得以推广应用,实际应用结果表明,其效果十分理想,设计寿命在20年以上。

——钢塑复合聚氨酯抗磨板产品。该产品具有卓越的能抗磨蚀、抗汽蚀性能,优良的耐老化、耐水性能,不变形,整体性强。采用抗磨和抗汽蚀性能优越的聚氨酯材料,内衬不锈钢板(根据机组尺寸设计),与底环连接采用埋头螺栓固定,表面用聚氨酯橡胶密封,过流表面平整光滑。通过钢骨架与弹性聚氨酯复合而成,成功解决了复合件的剥离问题。在青铜峡、刘家峡、玛纳斯等水电站得以推广应用后,效果十分理想,设计寿命在20年以上。

 
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