膠凝砂礫石壩經濟性分析與研究

袁艷霞

（山西省水利水電勘測設計研究院，太原030024）

膠結顆粒料壩是近年發展起來的一種新壩型，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輸機械和壓實機械快速施工。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化施工、縮短工期和減少費用。同時，由于膠凝砂礫石壩對筑壩材料、施工工藝以及壩基要求降低，大壩施工基本實現零棄料，凸顯了在適應環境、減輕環境破壞方面所具有的優勢，得到了國際壩工界的重視。目前，我國福建、貴州、四川等地也相繼進行了一些圍堰工程試驗性應用，但在永久工程中尚無應用。

守口堡水庫位于山西省陽高縣城西北約10km黑水河上游段，總庫容980萬m3，為小型水庫。該水庫壩址區砂卵石覆蓋層較厚，河床砂礫石豐富，采用膠凝砂礫石壩型［2］，可以充分利用當地材料，以達到節省投資、加快施工進度、減少棄料、保護環境的目的，并填補我省乃至全國在永久工程中應用膠結顆粒料筑壩技術的空白。

作為新壩型，其工程造價尚無定額依據。以下以守口堡水庫為例，對膠凝砂礫石單價、不同壩型工程造價、影響單價（造價）因素進行綜合比較，分析膠凝砂礫石壩經濟適用性，為同類壩型設計經濟性比選提供參考。

1 經濟性分析參數

在進行膠凝砂礫石單價與壩體工程造價計算時，計算辦法與費用構成依據山西省水利廳文件晉水規計［2003］716號“關于發布《山西省水利水電工程設計概（估）算編制規定》的通知”與晉水規計［2009］891號“關于對《山西省水利水電工程設計概（估）算編制規定》補充調整的通知”。工程費率標準見表1。

表1 費率標準匯總表 %

2 膠凝砂礫石壩經濟性與施工工藝分析

一個工程的經濟性分析與評價和該工程的施工工藝緊密相關。膠凝砂礫石壩工程中沙礫石的配合比、沙礫石料的開采、運輸、沙礫石拌合方式以及施工過程都影響著其經濟性估算。

2.1 經濟性分析

以守口堡水庫為例，根據當地材料取樣試驗分析，該水庫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），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配合表

守口堡水庫中砂礫石料的開采采用反鏟挖掘機，超徑石（＞150mm）采用格篩剔除，用作篩分設備的移動式格篩移動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。砂礫石料的運輸采用自卸汽車，運至攪和樓。

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

拌合樓拌制沿用碾壓混凝土的拌和設備，采用適宜膠凝砂礫石料拌和的自落傾斜式攪拌機進行。

CSG連續拌合系統拌制是一種靜態連續拌合生產系統，它引進日本技術，通過材料在特制的一組盒子內從上到下的運動達到拌和目的（上料、稱量系統與普通拌和系統一樣），是針對膠凝砂礫石壩而專門引進的一種技術。由于拌和過程靠自重下落，不需電力消耗，所以比較節能。該系統設備屬于專利產品，在國內僅進行過生產性試驗，當前還未廣泛使用。其拌和系統示意圖見圖1，CSG連續拌合系統價格估算見表3。

表3 CSG連續拌合系統價格估算表

圖1 CSG連續拌合系統示意圖

對2×3.0m3拌合樓拌制與CSG連續拌合系統進行價格估算［5］，兩種方案的膠凝砂礫石拌和直接費如表4所示。

從計算結果看，采用CSG連續拌合系統拌制膠凝砂礫石相對經濟，所以，守口堡水庫中膠凝砂礫石采用CSG連續拌合系統拌制。

2.2 膠凝砂礫石施工

守口堡水庫施工中，采用15t自卸汽車運輸，并直接上壩，120kW推土機平料，鋪料厚度每層25 cm，共鋪三層75cm，然后采用振動碾碾壓，碾壓遍數根據現場施工工藝試驗確定，一般共碾壓8遍，即無振碾壓2遍，有振碾壓6遍，邊角部位用手扶式振動碾碾壓，并采用富漿膠凝砂礫石。層間面鋪設一層水泥砂漿，層厚15mm，通倉鋪設處理。水泥砂漿采用混凝土攪拌機拌制，攪拌運輸車運輸，直接卸料至膠凝砂礫石澆筑面，然后用ZL50型輪胎裝載機及人工攤鋪。

基于上述資料，計算膠凝砂礫石單價見表5。單價組成分析圖見圖2。

表4 膠凝砂礫石拌制直接費計算表

表5 膠凝砂礫石單價表

圖2 單價組成分析圖

根據圖2的單價組成分析圖，可以看出，費用比例最大的是材料費，其中主要為水泥、柴油、砂礫石（自采天然砂礫石料）價格等。所以，膠凝砂礫石壩就地取材，在減少材料投資的同時，還具有減少污染、加快施工進度、保護環境的各種優勢，是一種具有推廣價值的壩型選擇。

3 不同壩型工程造價比較

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前應用較廣的碾壓混凝土重力壩的工程造價進行比較。依據“山西省水利水電工程設計概（估）算編制規定”，按照同一價格水平對這兩種不同壩型擋水工程綜合造價（包括大壩基礎工程、大壩壩體工程及相應的施工臨時工程、工程占地、水土保持工程和環境保護工程費用）進行計算，其工程費見表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、水土保持及環境保護方面節省約213萬元；臨時工程中，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導流明渠與泄槽、消力池，增加投資約880萬元；而綜合投資（包括基礎開挖和處理，壩體工程、施工臨時工程、施工棄渣和永久占地、水保和環評措施等費用）中，膠凝砂礫石壩方案比碾壓混凝土重力壩方案節省871萬元～3 236萬元，節省幅度為4.60%～17.10%。

表6 不同壩型工程費概算表 萬元

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省1 602萬元～3 864萬元，節省幅度為10.02%～24.17%。如果柴油價格回落，節省幅度還會相應增大。

在守口堡水庫設計中，設計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，綜合投資節省2 126萬元，節省幅度為11.24%，比膠凝砂礫石面板壩（邊坡0.6）節省462萬元，節省幅度為2.75%，經濟效益顯著。

4 結束語

筆者在介紹了膠凝砂礫石壩施工工藝的基礎上，對膠凝砂礫石壩單價進行了計算和分析；同時對膠凝砂礫石壩和碾壓混凝土重力壩的工程造價進行了計算和比較，在為膠凝砂礫石壩這種新型壩型的經濟分析提供參考的同時，還通過具體的量化分析，指出在天然砂礫石料比較豐富的地域進行工程施工時，采用膠凝砂礫石壩工藝，不僅減少棄渣量（僅有超徑石棄渣），節省了壩體筑壩費用、棄渣場占地費與水土保持與環境保護工程費，經濟效益顯著，而且還可加快施工進度，減少環境污染和破壞。所以，膠凝砂礫石壩具有廣泛的應用前景。

［1］ 張化強，張防修.膠凝砂礫石壩設計理論探討［J］.水利科技與經濟，2011，10（1）：37-39.

［2］ 守口堡水庫應用膠結顆粒料筑壩設計研究報告［R］.北京：中國水利水電科學研究院，2012.

［3］ 守口堡水庫膠凝砂礫石壩結構分析報告［R］.北京：中國水利水電科學研究院，2012.

［4］ 山西守口堡水庫大壩CSG試驗研究報告［R］.北京：中國水利水電科學研究院，2011.