枕頭壩一級水電站設計優(yōu)化與相應的投資控制風險

周 相，喬 越

（國電大渡河枕頭壩建設有限公司，四川 樂山 614700）

1 工程概況

枕頭壩水電站是大渡河干流水電規(guī)劃的第19級梯級電站，是四川省 “十一五”規(guī)劃 “5+3”重點工程。電站位于樂山市金口河區(qū)境內，距成都市約260 km，總裝機950 MW，多年平均年發(fā)電量42.52 kW·h。電站采用兩級堤壩式開發(fā)，具有投資省、建設周期短、輸電距離近、經濟指標優(yōu)等特點。

枕頭壩一級水電站工程涉及樂山市金口河區(qū)、雅安市漢源縣、涼山州甘洛縣等 “兩縣一區(qū)”和“兩市一州”。壩址位于樂山市金口河區(qū)核桃坪河段，電站為徑流式電站，工程為二等大 （2）型工程，以發(fā)電為主，兼顧下游用水。最大壩高86 m，正常蓄水位624 m，裝機容量720 MW （4×180 MW），多年平均年發(fā)電量32.9億kW·h，總投資82.87億元，其中靜態(tài)投資64.29億元。計劃2014年首臺機組發(fā)電。

目前，枕頭壩一級水電站正在施工的主要有右岸導流明渠及砂石混凝土系統(tǒng)工程和左岸1號堆積體治理與過壩公路工程。

2 設計優(yōu)化

設計方案的優(yōu)化可為工程節(jié)約投資已成為業(yè)主關注的重點。工程設計優(yōu)化應以減少施工干擾、消除危險源、建立安全施工條件為前提，以確保工程質量、加快工程進度、改善施工環(huán)境為基礎，以實現(xiàn)建設質量優(yōu)、投資省為目標。

2.1 優(yōu)化項目及投資分析

2.1.1 優(yōu)化項目

該電站主體工程分兩期施工：一期利用右岸明渠導流，在此期間完成廠房壩段及1、2號泄洪閘等施工；二期采用已建成的2孔泄洪閘導流，完成右岸3、4、5號泄洪閘施工。

（1）導流明渠工程。導流明渠由右岸護坡、明渠底板和左側縱向混凝土圍堰組成，明渠底寬34.6～40 m，進、出口底板高程分別為585.00 m和583.00 m，總長度約700 m。右岸開挖邊坡最高約150 m，邊坡長約1.13 km。導流明渠工程土方開挖約133萬m3，石方開挖約410萬m3，混凝土量約44.5萬m3，鋼筋0.67萬t，錨桿1.9萬根，固結灌漿5.6萬m。

（2）導流明渠子圍堰工程。子圍堰工程為總價承包項目，由承包人自行設計、施工、運行、維護和管理，子圍堰工程采用高噴防滲、控制性灌漿相結合。

（3）砂石混凝土系統(tǒng)設計、建安及其運行維護。砂石混凝土系統(tǒng)將承擔整個電站工程所需砂石料、混凝土的生產供應，砂石料約363萬t，混凝土約160.4萬m3（其中碾壓混凝土17.3萬m3），混凝土澆筑強度約8.7萬m3/月。其中本合同工程混凝土總量約44.5萬m3，混凝土澆筑強度約6.11萬m3/月。

在枕頭壩一級水電站導流明渠工程和砂石混凝土系統(tǒng)工程施工過程中，為了節(jié)省工程投資，減少施工干擾，設計單位結合現(xiàn)場實際情況對導流明渠開挖方案進行了優(yōu)化。優(yōu)化的總體方向是使導流明渠整體布置盡量靠河床，在基礎處理難度及工程量增加不大的情況下，減少右岸邊坡開挖及支護處理。施工圖階段，導流明渠工程的優(yōu)化設計主要從縱向混凝土圍堰的平面布置及結構形式、邊坡開挖及支護等方面進行。

通過對各種方案進行比較分析后，確定將導流明渠整體向外 （河床方向）移動5 m左右，從而降低邊坡開挖高度，減少邊坡開挖量 （見表1）。

從表1可以看出，在開挖邊線 （縱向混凝土圍堰外移）、邊坡坡比調整、1號公路寬度優(yōu)化后，開挖量減少較大，支護量減少較??；對縱向混凝土圍堰結構形式進行優(yōu)化設計后，混凝土工程量減少；圍堰填筑材料由常態(tài)混凝土調整為碾壓混凝土。在設計優(yōu)化階段由于縱向混凝土圍堰外移造成子圍堰向河床移動，且防洪高程抬高，填筑及防滲工程量均有所增加。

表1 導流明渠招標與優(yōu)化設計主要工程量對比

2.1.2 投資對比

導流明渠招標階段及優(yōu)化設計階段投資對比見表2。

表2 導流明渠招標階段及優(yōu)化設計階段投資對比 萬元

由表2可知，通過設計優(yōu)化，在不降低質量標準、安全性及運行方便的情況下，較招標階段減少投資1 220萬元。

2.2 設計優(yōu)化帶來的合同風險

在設計院將導流明渠工程進行優(yōu)化設計后，明渠邊坡開挖線向外移動約5 m，為保證導流明渠過流斷面，縱向子圍堰軸線隨之向河床外移約5 m。根據(jù)現(xiàn)場試驗和地勘結果，縱向子圍堰防滲線上河床覆蓋層深度和防滲面積比招標階段增加較多，平均防滲深度增加約5 m，防滲面積增加約1 590 m2，若單純采用控制性灌漿進行子圍堰防滲，因砂礫層中進行控制性灌漿的可灌性較差，基坑滲流量大，不利于導流明渠基坑的后續(xù)施工，存在很大的技術風險。為此，經多次召開專題會對縱向子圍堰防滲方案進行綜合審查并經過深入分析和比較后，決定將原合同 “高噴防滲+控制性灌漿”方案改為 “控制性灌漿+混凝土防滲墻”的混合防滲方案。由于子圍堰項目是總價承包項目，因設計優(yōu)化使得合同邊界條件發(fā)生改變，承包人為此提出不承擔因防滲方案改變而引起的投資增加。之后，發(fā)包人與承包人就子圍堰項目簽訂補充協(xié)議，取消原總價承包項目，按新方案進行單價承包，最終子圍堰項目投資比合同投資增加約3 000萬元，遠遠超出設計優(yōu)化所帶來的經濟效益。

2.3 設計優(yōu)化對后期工程的影響

2.3.1 對河道的影響

由于縱向土石子圍堰軸線向河床偏移，侵占大渡河行洪斷面10～25 m，導致2011年防洪度汛形勢嚴峻。通過四川大學的水力學模型試驗，發(fā)現(xiàn)右岸近岸流速偏大，需對右岸子圍堰進行加高加固，相應要增加投資約1 000萬元。

2.3.2 對混凝土骨料的影響

枕頭壩一級水電站工程混凝土總量約178萬m3，需要成品砂石骨料392萬t，可研設計階段料源結構為：工程開挖有用渣料 （兩岸壩肩玄武巖+河床天然砂礫巖）+卡子崗砂礫料場骨料。施工圖階段對右岸明渠開挖方案進行優(yōu)化后，右壩肩+導流明渠開挖范圍內的有用料勘察儲量為230.7萬m3，左岸壩肩及基坑開挖范圍內的有用料勘察儲量為102.4萬m3， 共計 333.06 萬 m3。

由于設計優(yōu)化，開挖線外移，開挖料風化嚴重，有用料在開采、運輸、堆存、回采至砂石系統(tǒng)進行加工過程中損耗均增大，通過分析計算得出最終運輸至砂石加工系統(tǒng)的有用料僅為171.4萬m3，比設計優(yōu)化前減少約60萬m3，因此必須增加卡子崗料場 （可采儲量70萬m3），才可滿足要求，但很多為水下開采，料源質量無法確定，同時給工程帶來額外投資。

3 小結

水電工程項目由于受到工程規(guī)模、結構形式、地質地形、水文氣象和施工條件等多方面因素的影響和制約，具有整體性、相關性和環(huán)境適應性。不管是設計還是施工，都需要因地制宜，實時調整，以便更好地適應環(huán)境、適應工程需要。因此，通過不斷深入的設計優(yōu)化，可規(guī)避安全風險，確保工程質量，降低施工難度，減少施工干擾，加快施工進度，節(jié)約工程投資。

但是，若設計優(yōu)化未考慮到工程的整體性以及各個環(huán)節(jié)的相互聯(lián)系、相互制約，則可能會出現(xiàn)優(yōu)化設計后導致投資增加的結果，最終可能得不償失。

因此，要切實做好設計優(yōu)化管理工作，規(guī)避投資控制風險，首先應從制度上對設計單位進行約束和管理，其次是要完善建設單位設計優(yōu)化管理制度。只有從根本上解決了設計管理制度問題，引導設計從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，制定有針對性的、經濟的、合理的設計方案，才能實現(xiàn)工程整體設計優(yōu)化效果達到最佳。

［1］ 嚴軍，孫繼林，李鵬.瀑布溝水電站建設過程中的設計優(yōu)化管理［J］.水力發(fā)電， 2010， 36（6）:15-16.