0 绪论
0.1 研究的背景及意义
黄河是我国第二长河，世界第五长河，她对于中华民族的意义是包括长江在内的其他河流无法比拟的，她流经中国腹地，诞生了中华民族，炎黄子孙既得益于黄河与黄土的哺育而生息繁荣，又受害于黄河与黄土相伴造成的黄河下游河道“善淤、善决、善徙”而治水不止。因此，人们根据黄河不同部分的治理方法把黄河分为上、中、下游。
近年来，黄河下游出现5000m3/s以上洪水的几率很小，下游河道出现的大都是1000m3/s左右的洪水，且持续时间较长，该级洪水在2.5km宽的排洪河槽内游荡不定，特别是一些河段畸形河势发育，如图0.1～图0.3所示河段，不仅造成小水险情增多，已有工程利用效能和河道输沙能力降低，给将来大洪水行洪输移提供非常坏的基础条件，不利于大洪水向好的方向演变发展，增加了大洪水演变、游荡的不确定性，而且长期小水作用下洪水漫滩几率减小，泥沙主要淤在主河槽内，使主河槽萎缩，断面减小，排洪能力减小，使“槽高、滩低、堤根洼”的二级悬河不利局面发育并日趋严峻。河槽淤积，泄流不畅，一旦发生大洪水，水位表现高，滞留时间长，横河、斜河、滚河的机遇加大，小水出大险，常年出险，防洪压力加大。而且随着滩区横比降的加大，洪水漫滩后水流直冲堤防，造成平工段出大险，甚至可能冲决堤防，造成巨大灾难。加之小浪底至花园口区间2.7万km2无工程控制区100年一遇设计洪水洪峰流量为12900m3/s，且预见期短，对堤防仍有很大威胁，必须加以防范。因此，从黄河下游游荡性河道治理与开发的需求出发，需要在不影响滩槽水沙交换和保证大中洪水安全排泄条件下将河槽宽度进一步减小，合理增设河道整治工程，而解决这一矛盾的有效方法之一就是重复组装式导流桩坝工程。
图0.1 2007年5月郑州中牟段河势
图0.2 2005年5月开封欧坦至夹河滩段畸形河势
目前进一步控制小水河势、增大现有河槽输沙能力面临难得的大好机遇，小浪底水库运用使黄河下游小水持续时间大幅度增长，且出现几率更加趋于稳定，大洪水在水库调节的情况下，洪峰减小、历时延长，且出现几率降低。因此，利用长时间的小水、清水和已有工程控制条件，形成较为稳定的小水河槽，具备较初始整治中水河槽还要好的条件和基础，加之目前小浪底水库处在拦沙运用初期的优势，利用修建可移动的不抢险潜坝工程来塑造和稳定河槽，可以使黄河大、中、小洪水均能溜走主槽，具有难得的大好机遇和条件。
图0.3 2005年10月大宫至古城河势
综上所述，找到与现有河道整治工程配套使用，可有效约束大、中、小洪水均能溜走主槽，且不影响安全排洪和滩槽水沙交换的导流桩坝及其相应的施工机械。
因此以黄河水利委员会河南黄河河务局水利部公益性行业项目“黄河下游移动式不抢险潜坝应用研究”（项目号：200701047）、“重复组装式导流桩坝应急抢险技术研究与示范”（项目号：201201074）、教育部卓越工程师教育“机械设计制造及其自动化专业培养计划”（项目号：教高厅函〔2013〕38号-238）、国家工程实践教育中心“华北水利水电大学—郑州新大方重工科技有限公司—机械工程实践教育中心”（项目号：教高司函［2013］48号-303）、河南省重点科技攻关项目“水上无损插桩设备关键技术研究”（项目号：152102210110），以及“华北水利水电大学高层次人才科研启动项目”项目为依托，研究一套适合黄河下游及其相似地层无损插拔桩专用设备。该专用设备主要作用是：根据治理黄河需要，修建移动式不抢险潜坝调整畸形河势、解决临时抢险，当桩坝完成一处临时抢险、调整畸形河势之后，需要对其进行拆除移动到另一处继续承担临时抢险、调整畸形河势作用。考虑到该坝桩直径大、埋入地层深度大，且在深水中施工，这就需要研发一种新型的和该工程专用设备相配套的水上插桩及其快速定位的施工设备、水上施工作业设备，使桩在孔中靠自身重量下沉达到建坝的目的，且不破坏桩的结构及其强度。当桩坝完成其使命进行拆除后可以继续使用。该设备主要是利用水射流破土机理对桩底部土层进行射流冲击，形成井孔，减小或去除地层对桩的摩阻力，以方便快捷将桩沉入地层。
本书提出的无损射流插拔桩方法，实现导流桩坝的“导流免冲”工程抢险方法，黄河下游游荡性河段小水畸形河势快速控制与调整技术，研制的无损射流插桩专用机具、快速定位装置、专用施工平台、无损射流拔桩专用机具，都是针对黄河下游游荡性河段河道整治工程建设、工程抢险实际而提出的实用型创新性成果，对国内外水利水电工程建设和防洪抢险、桥梁工程建设、土木工程建设中的桩基工程都有很强的适应性和推广应用价值。拼装式水上插桩、拔桩作业施工平台、插拔桩专用机具、定位装置等拥有自主知识产权和核心技术，该成果在河道整治、河岸防护、基坑支护、水上施工等水利、民用建筑行业等行业都有十分广阔的推广应用前景，基于重复利用材料、降低工程投资目标下的插桩、拔桩施工技术和拼装式水上平台，很容易在河道整治、河岸防护、基坑支护、水上施工等水利、民用建筑等行业形成优势技术，有效推动相关行业，尤其是黄河下游治理的科技进步，在提升产业核心竞争力和经济社会效益等方面具有突出作用和贡献。