膠凝砂礫石壩經(jīng)濟(jì)性分析與研究

袁艷霞

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，太原030024）

膠結(jié)顆粒料壩是近年發(fā)展起來(lái)的一種新壩型，主要包括膠凝砂礫石壩和堆石混凝土壩。膠凝砂礫石壩是將土石壩和混凝土重力壩綜合的一種新壩型［1］，可就地取材，使用高效率的土石方運(yùn)輸機(jī)械和壓實(shí)機(jī)械快速施工。它與面板壩相比可以縮小壩體斷面；與碾壓混凝土壩相比可以簡(jiǎn)化施工、縮短工期和減少費(fèi)用。同時(shí)，由于膠凝砂礫石壩對(duì)筑壩材料、施工工藝以及壩基要求降低，大壩施工基本實(shí)現(xiàn)零棄料，凸顯了在適應(yīng)環(huán)境、減輕環(huán)境破壞方面所具有的優(yōu)勢(shì)，得到了國(guó)際壩工界的重視。目前，我國(guó)福建、貴州、四川等地也相繼進(jìn)行了一些圍堰工程試驗(yàn)性應(yīng)用，但在永久工程中尚無(wú)應(yīng)用。

守口堡水庫(kù)位于山西省陽(yáng)高縣城西北約10km黑水河上游段，總庫(kù)容980萬(wàn)m3，為小型水庫(kù)。該水庫(kù)壩址區(qū)砂卵石覆蓋層較厚，河床砂礫石豐富，采用膠凝砂礫石壩型［2］，可以充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，以達(dá)到節(jié)省投資、加快施工進(jìn)度、減少棄料、保護(hù)環(huán)境的目的，并填補(bǔ)我省乃至全國(guó)在永久工程中應(yīng)用膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)的空白。

作為新壩型，其工程造價(jià)尚無(wú)定額依據(jù)。以下以守口堡水庫(kù)為例，對(duì)膠凝砂礫石單價(jià)、不同壩型工程造價(jià)、影響單價(jià)（造價(jià)）因素進(jìn)行綜合比較，分析膠凝砂礫石壩經(jīng)濟(jì)適用性，為同類壩型設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性比選提供參考。

1 經(jīng)濟(jì)性分析參數(shù)

在進(jìn)行膠凝砂礫石單價(jià)與壩體工程造價(jià)計(jì)算時(shí)，計(jì)算辦法與費(fèi)用構(gòu)成依據(jù)山西省水利廳文件晉水規(guī)計(jì)［2003］716號(hào)“關(guān)于發(fā)布《山西省水利水電工程設(shè)計(jì)概（估）算編制規(guī)定》的通知”與晉水規(guī)計(jì)［2009］891號(hào)“關(guān)于對(duì)《山西省水利水電工程設(shè)計(jì)概（估）算編制規(guī)定》補(bǔ)充調(diào)整的通知”。工程費(fèi)率標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 費(fèi)率標(biāo)準(zhǔn)匯總表 %

2 膠凝砂礫石壩經(jīng)濟(jì)性與施工工藝分析

一個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性分析與評(píng)價(jià)和該工程的施工工藝緊密相關(guān)。膠凝砂礫石壩工程中沙礫石的配合比、沙礫石料的開采、運(yùn)輸、沙礫石拌合方式以及施工過(guò)程都影響著其經(jīng)濟(jì)性估算。

2.1 經(jīng)濟(jì)性分析

以守口堡水庫(kù)為例，根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧先釉囼?yàn)分析，該水庫(kù)膠凝砂礫石壩材料確定為［3］：砂礫石100%采用天然砂礫（基坑開挖料或壩上游開采料），水泥采用普通硅酸鹽水泥（42.5級(jí)），膠凝砂礫石SC5040配合比及材料用量見表2。

表2 膠凝砂礫石材料試驗(yàn)配合表

守口堡水庫(kù)中砂礫石料的開采采用反鏟挖掘機(jī)，超徑石（＞150mm）采用格篩剔除，用作篩分設(shè)備的移動(dòng)式格篩移動(dòng)安放在每輛自卸汽車上，以減少篩分堆存二次裝料工序，棄料就近堆棄。砂礫石料的運(yùn)輸采用自卸汽車，運(yùn)至攪和樓。

膠凝砂礫石壩筑壩材料包括砂礫石、水泥、粉煤灰、水等，當(dāng)前拌制方式主要有拌合樓拌制和CSG連續(xù)拌合兩種。

拌合樓拌制沿用碾壓混凝土的拌和設(shè)備，采用適宜膠凝砂礫石料拌和的自落傾斜式攪拌機(jī)進(jìn)行。

CSG連續(xù)拌合系統(tǒng)拌制是一種靜態(tài)連續(xù)拌合生產(chǎn)系統(tǒng)，它引進(jìn)日本技術(shù)，通過(guò)材料在特制的一組盒子內(nèi)從上到下的運(yùn)動(dòng)達(dá)到拌和目的（上料、稱量系統(tǒng)與普通拌和系統(tǒng)一樣），是針對(duì)膠凝砂礫石壩而專門引進(jìn)的一種技術(shù)。由于拌和過(guò)程靠自重下落，不需電力消耗，所以比較節(jié)能。該系統(tǒng)設(shè)備屬于專利產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)僅進(jìn)行過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)，當(dāng)前還未廣泛使用。其拌和系統(tǒng)示意圖見圖1，CSG連續(xù)拌合系統(tǒng)價(jià)格估算見表3。

表3 CSG連續(xù)拌合系統(tǒng)價(jià)格估算表

圖1 CSG連續(xù)拌合系統(tǒng)示意圖

對(duì)2×3.0m3拌合樓拌制與CSG連續(xù)拌合系統(tǒng)進(jìn)行價(jià)格估算［5］，兩種方案的膠凝砂礫石拌和直接費(fèi)如表4所示。

從計(jì)算結(jié)果看，采用CSG連續(xù)拌合系統(tǒng)拌制膠凝砂礫石相對(duì)經(jīng)濟(jì)，所以，守口堡水庫(kù)中膠凝砂礫石采用CSG連續(xù)拌合系統(tǒng)拌制。

2.2 膠凝砂礫石施工

守口堡水庫(kù)施工中，采用15t自卸汽車運(yùn)輸，并直接上壩，120kW推土機(jī)平料，鋪料厚度每層25 cm，共鋪三層75cm，然后采用振動(dòng)碾碾壓，碾壓遍數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝試驗(yàn)確定，一般共碾壓8遍，即無(wú)振碾壓2遍，有振碾壓6遍，邊角部位用手扶式振動(dòng)碾碾壓，并采用富漿膠凝砂礫石。層間面鋪設(shè)一層水泥砂漿，層厚15mm，通倉(cāng)鋪設(shè)處理。水泥砂漿采用混凝土攪拌機(jī)拌制，攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸，直接卸料至膠凝砂礫石澆筑面，然后用ZL50型輪胎裝載機(jī)及人工攤鋪。

基于上述資料，計(jì)算膠凝砂礫石單價(jià)見表5。單價(jià)組成分析圖見圖2。

表4 膠凝砂礫石拌制直接費(fèi)計(jì)算表

表5 膠凝砂礫石單價(jià)表

圖2 單價(jià)組成分析圖

根據(jù)圖2的單價(jià)組成分析圖，可以看出，費(fèi)用比例最大的是材料費(fèi)，其中主要為水泥、柴油、砂礫石（自采天然砂礫石料）價(jià)格等。所以，膠凝砂礫石壩就地取材，在減少材料投資的同時(shí)，還具有減少污染、加快施工進(jìn)度、保護(hù)環(huán)境的各種優(yōu)勢(shì)，是一種具有推廣價(jià)值的壩型選擇。

3 不同壩型工程造價(jià)比較

按膠凝砂礫石壩不同邊坡、不同防滲形式，將膠凝砂礫石壩與當(dāng)前應(yīng)用較廣的碾壓混凝土重力壩的工程造價(jià)進(jìn)行比較。依據(jù)“山西省水利水電工程設(shè)計(jì)概（估）算編制規(guī)定”，按照同一價(jià)格水平對(duì)這兩種不同壩型擋水工程綜合造價(jià)（包括大壩基礎(chǔ)工程、大壩壩體工程及相應(yīng)的施工臨時(shí)工程、工程占地、水土保持工程和環(huán)境保護(hù)工程費(fèi)用）進(jìn)行計(jì)算，其工程費(fèi)見表6。

可以看出，膠凝砂礫石壩方案比碾壓混凝土重力壩方案的工程投資在征（占）地、水土保持及環(huán)境保護(hù)方面節(jié)省約213萬(wàn)元；臨時(shí)工程中，由于膠凝砂礫石壩方案比碾壓混凝土重力壩方案圍堰上移增加約1km導(dǎo)流明渠與泄槽、消力池，增加投資約880萬(wàn)元；而綜合投資（包括基礎(chǔ)開挖和處理，壩體工程、施工臨時(shí)工程、施工棄渣和永久占地、水保和環(huán)評(píng)措施等費(fèi)用）中，膠凝砂礫石壩方案比碾壓混凝土重力壩方案節(jié)省871萬(wàn)元～3 236萬(wàn)元，節(jié)省幅度為4.60%～17.10%。

表6 不同壩型工程費(fèi)概算表 萬(wàn)元

總之，膠凝砂礫石壩方案比碾壓混凝土重力壩方案建筑工程投資總共節(jié)省1 602萬(wàn)元～3 864萬(wàn)元，節(jié)省幅度為10.02%～24.17%。如果柴油價(jià)格回落，節(jié)省幅度還會(huì)相應(yīng)增大。

在守口堡水庫(kù)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員建議采用了膠凝砂礫石碾壓壩（邊坡0.6）壩型，與碾壓混凝土重力壩相比，綜合投資節(jié)省2 126萬(wàn)元，節(jié)省幅度為11.24%，比膠凝砂礫石面板壩（邊坡0.6）節(jié)省462萬(wàn)元，節(jié)省幅度為2.75%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)束語(yǔ)

筆者在介紹了膠凝砂礫石壩施工工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)膠凝砂礫石壩單價(jià)進(jìn)行了計(jì)算和分析；同時(shí)對(duì)膠凝砂礫石壩和碾壓混凝土重力壩的工程造價(jià)進(jìn)行了計(jì)算和比較，在為膠凝砂礫石壩這種新型壩型的經(jīng)濟(jì)分析提供參考的同時(shí)，還通過(guò)具體的量化分析，指出在天然砂礫石料比較豐富的地域進(jìn)行工程施工時(shí)，采用膠凝砂礫石壩工藝，不僅減少棄渣量（僅有超徑石棄渣），節(jié)省了壩體筑壩費(fèi)用、棄渣場(chǎng)占地費(fèi)與水土保持與環(huán)境保護(hù)工程費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，而且還可加快施工進(jìn)度，減少環(huán)境污染和破壞。所以，膠凝砂礫石壩具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］ 張化強(qiáng)，張防修.膠凝砂礫石壩設(shè)計(jì)理論探討［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2011，10（1）：37-39.

［2］ 守口堡水庫(kù)應(yīng)用膠結(jié)顆粒料筑壩設(shè)計(jì)研究報(bào)告［R］.北京：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2012.

［3］ 守口堡水庫(kù)膠凝砂礫石壩結(jié)構(gòu)分析報(bào)告［R］.北京：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2012.

［4］ 山西守口堡水庫(kù)大壩CSG試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.北京：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2011.