砂石料來源對抽水蓄能電站混凝土面板堆石壩堆壩體項目單價的影響分析

朱威威

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣東 廣州 510000)

0 前言

抽水蓄能電站工程設計過程存在大量洞室和庫盆石方開挖，為了最大限度利用這部分開挖料，減少占地和對環境的破壞，上、下水庫多采用面板堆石壩、心墻堆石壩等當地材料壩，因此混凝土面板堆石壩已成為抽水蓄能電站上、下水庫設計中一種較為常見的壩型。混凝土面板堆石壩用石料拋填、碾壓堆筑成壩體，用混凝土材料作為防滲體，整體由面板、趾板、墊層、過濾層、主堆石、次堆石區組成。可見，作為壩體占比最大的組成材料，砂石料既是混凝土的骨料，又是筑壩材料。砂石料材料價格的確定是工程單價編制的重要步驟，而砂石料來源的選擇是砂石料材料價格構成首要考慮因素，砂石料來源的不同會對混凝土面板堆石壩的堆壩體項目單價產生較大影響。

抽水蓄能電站堆石壩工程建設，對砂石的需求量大，堆石工程量通常可達數百萬堆石方，堆石單價的分毫差異會給整個工程投資造成顯著的變化。所以在抽水蓄能電站規劃設計過程中，在滿足庫容、地質、質量要求前提下砂石料來源的比較是很有必要的，既可反映出土石方平衡施工組織設計的合理性，又能提高整個工程的經濟效益。本文以江門鶴山抽水蓄能電站工程上水庫庫址比選為例，分析砂石料來源對抽水蓄能電站混凝土面板堆石壩堆壩體項目單價的影響。

1 工程概況

江門鶴山抽水蓄能電站上水庫庫址一方案為選點規劃階段上水庫庫址，位于鶴山市鶴城鎮址山河上游井底林場附近；庫址二方案為全開挖庫盆方案，庫盆位置位于庫址一上庫東南側。兩庫址方案上水庫均擬采用混凝土面板堆石壩。堆壩體項目單價有：墊層料填筑、過渡料填筑、主堆石區填筑、下游堆石區填筑。

2 砂石料來源方案比較

2.1 方案一：開設石料場

庫址一方案上水庫為沖溝型水庫，初擬上水庫最大壩高133.5m，壩頂長530m，壩頂高程403.5m。因壩體填筑量大，可利用的開挖料較少，需開設石料場開采石料用于壩體的填筑。其堆壩體項目砂石料來源：墊層料原料采用上庫石料場弱風化層開采石料；過渡料原料60%利用上庫壩基弱風化層開挖料，40%采用上庫石料場弱風化層開采石料；主堆石直接采用上庫石料場弱風化層開采石料上壩；下游堆石5%利用上庫壩基強風化層開挖料，95%采用上庫石料場強風化層開采石料。

2.2 方案二：利用開挖料，不設石料場

庫址二方案為全開挖庫盆方案。因考慮到庫址一方案石料場開采規模較大，且石料場的用料埋深較深，經過前期勘探及調研，石料場位置也可作為上水庫庫址，同樣滿足庫容及蓄水要求，采用全開挖庫盆方案，需做好庫盆防滲處理。其堆壩體項目砂石料來源：墊層料、過度料原料利用上庫庫盆弱風化層開挖料，主堆石、下游堆石直接利用上庫庫盆弱風化層開挖料。

3 材料價格分析

根據NB/T 35034—2014《水電工程投資估算編制規定》，自行采備砂石料時依據料源情況、開采條件、初擬砂石料生產系統套用相應定額編制砂石料單價。自行采備砂石料單價采用工序單價法計算，工序單價僅計入直接費和材料價差，主要工序有原料開采，原料運輸、砂石料加工及成品料運輸。

3.1 原料開采

3.1.1方案一

上水庫庫址一方案砂石料原料主要來自上庫石料場，上庫石料場采取自上而下分層開挖的方式，對于表土及全風化層用挖掘機挖裝后自卸汽車運棄至渣場回填，強風化層、弱風化層開挖采用150型潛孔鉆鉆孔梯段微差擠壓爆破的方式。根據施工工藝、機械參數及地質資料，墊層料和40%過渡料石料場弱風化層原料開采單價套用概算定額60242碎石原料開采KQ150型潛孔鉆鉆深孔爆破巖石級別IX—X，依據概算定額說明及有關行業文件規定調整炸藥、導爆管及雷管材料，經計算墊層料和40%過渡料石料場弱風化層原料開采單價為9.88元/m3。

依據概算定額說明，對爆破后可直接用于填筑的堆石料開采套用第3章堆砌石工程，95%下游堆石取自石料場強風化層原料開采套用概算定額30373堆石料開采——梯段爆破(高風壓潛孔鉆KQG150)孔深6～9m巖石級別Ⅶ—Ⅷ，依據概算定額說明及有關行業文件規定調整炸藥、導爆管及雷管材料，經計算下游堆石取自石料場強風化層原料開采單價為11.07元/m3；主堆石取自石料場弱風化層原料開采套用概算定額30374堆石料開采——梯段爆破(高風壓潛孔鉆KQG150)孔深6～9m巖石級別IX—X，依據概算定額說明及有關行業文件規定調整炸藥、導爆管及雷管材料，經計算主堆石原料開采單價為13.76元/m3.

60%過渡料原料利用上庫壩基弱風化層開挖，5%下游堆石原料利用上庫壩基強風化層開挖，因上庫壩基強風化層和弱風化層石方開采已在壩體石方開挖單價中考慮，所以此處不再重復計算原料開采工序單價。

3.1.2方案二

上水庫庫址二方案砂石料原料全部利用上庫庫盆弱風化層開挖料，其開采單價已在上庫庫盆弱風化層石方開挖單價中考慮，砂石料原料開采工序單價不再重復計算。

3.2 原料運輸

3.2.1方案一

上水庫庫址一方案墊層料、40%過渡料原料用3m3挖掘機挖裝上庫石料場開采毛石料，15～25t自卸汽車運5km至上庫現場毛料堆場，待加工時送入砂石料加工系統入料口。根據施工組織方案套用概算定額60499&60500 3m3液壓挖掘機裝砂石料25t自卸汽車運輸運碎石原料運距5km，依據概算定額說明調整液壓挖掘機反鏟作業時人工、機械消耗量，經計算墊層料、40%過渡料來自石料場原料運輸單價為14.90元/m3。

95%下游堆石原料用4m3挖掘機挖裝石料場強風化層開挖料，20～32t自卸汽車運料上壩，運距5km。根據施工組織方案套用概算定額21138&21139 4m3挖掘機裝石渣32t汽車運輸運距5km，依據概算定額說明調整液壓挖掘機反鏟作業時人工、機械消耗量，經計算95%下游堆石來自石料場原料運輸單價為25.39元/m3。

主堆石原料用3m3挖掘機挖裝石料場弱風化層開挖料，20t～32t自卸汽車運料上壩，運距5km。套用概算定額21132&21133 3m3挖掘機裝石渣32t汽車運輸運距5km，依據概算定額說明調整液壓挖掘機反鏟作業時人工、機械消耗量，經計算主堆石原料來自石料場原料運輸單價為24.61元/m3。

60%過渡料原料取自上庫壩基弱風化層開挖料，從上庫臨時轉運場至上庫砂石料加工系統的運輸費用已考慮在上庫壩基弱風化層開挖單價中，此處不再重復計算。5%下游堆石原料直接利用上庫壩基強風化層開挖料上壩，不產生原料運輸費用。

3.2.2方案二

上水庫庫址二方案墊層料和過渡料原料運輸工序單價考慮在上庫庫盆弱風化層開挖單價中，主堆石和下游堆石因直接利用開挖料上壩碾壓，故上水庫庫址二方案砂石料原料運輸單價不計。

3.3 砂石料加工

為滿足堆壩體材料的級配要求，墊層料和過渡料需要經過砂石料生產系統進行加工，參照類似工程砂石料加工系統工藝流程，主要工序步驟有粗碎運輸、預篩分(中碎)運輸、碎石(細碎)篩分運輸、制砂。

墊層料需要滿足壩體填筑及度汛要求，擬定主要設計級配參數為：最大粒徑80mm，小于5mm粒徑的顆粒含量35%～55%，小于0.075mm的顆粒含量為4%～8%。

過渡料需要具有壓縮性小、強度高，對墊層區有反濾保護作用。擬定主要設計級配參數為：最大粒徑300mm，小于5mm粒徑含量不大于25%，小于0.075mm的顆粒含量小于5%。

根據各方案上水庫對粗細砂石料的用料需求，兩方案上庫砂石料加工系統擬設計生產能力均為380t/h。依據定額說明選用相應工序單價定額，兩庫址方案墊層料及過渡料原料加工工序單價見表1。

表1 上水庫兩庫址方案原料加工單價表

主堆石和下游堆石直接利用開挖料上壩，不再進行加工，所以兩方案的主堆石和下游堆石均不產生原料加工費用。

3.4 成品料運輸

根據概算定額說明，機械填筑土石壩堆石料定額中包含了機械挖運費用，因此墊層料、過渡料的成品料運輸考慮在填筑單價中，此處不再重復計算。主堆石和下游堆石料未經加工不存在成品料運輸費用。

3.5 材料價格綜合分析

計算砂石料單價，除了要計算出工序單價，還需要乘以概算定額說明中對應工序流程的各工序單價系數。有些砂石料采用單一的工序流程，而有些砂石料因包含多種級配的砂石料，需要綜合考慮多個工序流程系數。

在上述砂石料加工工序單價分析時提到，墊層料包含80～40mm的大石、40～20mm中石、20～5mm小石，以及5mm以下砂。根據設計要求擬定比例為5%∶10%∶30%∶55%。過渡料包含300mm以下的150～80mm特大石、80～40mm大石、40～20mm中石、20～5mm小石，以及5mm以下砂，根據設計要求擬定比例為：15%∶17%∶23%∶27%∶18%。

根據施工組織設計方案，上水庫兩庫址方案砂石料工序流程如圖1所示。

圖1 砂石料工序流程圖

該砂石料工序流程對應概算定額說明中表6-10工序流程Ⅷ，工序單價系數見表2。

表2 工序流程Ⅷ單價系數表

表3 墊層料價格計算表(方案一)

表4 過渡料價格計算表(方案一)

表5 主堆石價格計算表(方案一)

表6 下游堆石價格計算表(方案一)

表7 墊層料價格計算表(方案二)

表8 過渡料價格計算表(方案二)

表9 主堆石、下游堆石價格計算表(方案二)

通過上述對砂石料工序單價及單價系數的確定，上水庫兩庫址方案墊層料、過渡料、主堆石、下游堆石材料價格計算見表3—6。

4 堆壩體項目單價分析

4.1 墊層料填筑

4.1.1方案一

上水庫庫址一方案墊層料用3m3液壓反鏟挖掘機挖裝上庫砂石料加工廠墊層成品料，15t自卸汽車運3.5km至壩面，汽車后退法卸料，推土機攤鋪平整，18t振動碾碾壓。用液壓反鏟對其邊坡進行削坡修整，灑水后用履帶吊牽引10t斜坡振動碾進行坡面碾壓。用內插法選用概算定額30147&30148機械填筑土石壩堆石(砂礫、反濾、過渡)料——3m3挖掘機裝料汽車運輸上壩，填筑反濾料，運距3km&運距4km，依據定額說明調整機械系數及替換反濾料為墊層料，原料開挖中的乳化炸藥計算價差，墊層料材料價格以基價進行其他直接費、間接費、利潤的滾費，經計算墊層料填筑單價為138.88元/壓實方m3。

4.1.2方案二

上水庫庫址二方案墊層料填筑施工方法與庫址一方案大致相同，區別在墊層料用3m3液壓反鏟挖掘機挖裝上庫砂石料加工廠墊層成品料，15t自卸汽車運1.0km至壩面。套用概算定額30145機械填筑土石壩堆石(砂礫、反濾、過渡)料——3m3挖掘機裝料汽車運輸上壩，填筑反濾料，運距1km，依據定額說明調整機械系數及替換反濾料為墊層料，經計算墊層料填筑單價為79.24元/壓實方m3。

4.2 過渡料填筑

4.2.1方案一

上水庫庫址一方案過渡料用3m3液壓反鏟挖掘機挖裝渣料，60%石料15t自卸汽車運1.0km從上庫臨時轉運場至壩面，40%石料運5km從上庫砂石料加工系統至至壩面，綜合運距2.6km，汽車后退法卸料，攤鋪層厚40cm，118kW推土機鋪料平倉，18t振動碾碾壓。用內插法選用概算定額30152&30153機械填筑土石壩堆石(砂礫、反濾、過渡)料——3m3挖掘機裝料汽車運輸上壩，填筑過渡料，運距2km或運距3km，依據定額說明調整機械系數，經計算過渡料單價價格為51.87元/壓實方m3。

4.2.2方案二

上水庫庫址二方案過渡料施工方法與庫址一方案大致相同，區別在過渡料用3m3液壓反鏟挖掘機挖裝上庫砂石料加工廠過渡成品料，15t自卸汽車運1.0km至壩面。套用概算定額30151機械填筑土石壩堆石(砂礫、反濾、過渡)料——3m3挖掘機裝料汽車運輸上壩，填筑過渡料，運距1km，依據定額說明調整機械系數，經計算過渡料填筑單價為43.12元/壓實方m3。

4.3 主堆石填筑

4.3.1方案一

上水庫庫址一方案主堆石用上庫石料場開挖的石料直接運輸上壩。自卸汽車進占法卸料，132kW推土機鋪料平倉，攤鋪層厚80cm，灑水后，26t振動碾碾壓，邊角部位用手扶振動碾碾壓。套用概算定額30079振動碾壓實堆石料(砂礫料)，補充主堆石材料價格及消耗量，經計算主堆石填筑單價為34.23元/壓實方m3。

4.3.2方案二

上水庫庫址二方案主堆石直接利用上庫庫盆弱風化石料開挖，自卸汽車進占法卸料，132kW推土機鋪料平倉，攤鋪層厚80cm，灑水后，26t振動碾碾壓，邊角部位用手扶振動碾碾壓。套用概算定額30079振動碾壓實堆石料(砂礫料)，因在擬定施工工期計劃過程中，庫盆石料開挖與主堆石填筑兩工序之間存在時間差，有部分利用料需要從上庫石料轉運場挖運至上壩碾壓，即增加套用概算定額21128 3m3挖掘機液壓正鏟裝石渣汽車運輸運距0.5km，經計算主堆石填筑單價為5.02元/壓實方m3。

4.4 下游堆石填筑

4.4.1方案一

上水庫庫址一方案下游堆石填筑施工方法與主堆石填筑施工方法相同，同樣套用概算定額30079振動碾壓實堆石料(砂礫料)，唯一區別在于補充材料由主堆石調整為下游堆石料，經計算下游堆石填筑單價為33.77元/壓實方m3。

4.4.2方案二

上水庫庫址二方案因下游堆石與主堆石來源相同，而且施工方法也相同，所以下游堆石填筑單價與主堆石填筑價格相同為5.02元/壓實方m3。

5 成果分析及建議

5.1 成果分析

通過分析上水庫兩庫址方案因砂石料來源不同對堆壩體項目材料單價及填筑單價的影響，匯總對比見表10。

表10 上水庫兩庫址方案堆壩體項目材料單價及填筑單價對比表

根據對江門鶴山抽水蓄能電站上水庫初步設計，上水庫庫址一方案上水庫墊層料填筑328923壓實方，過渡料填筑523874壓實方，主堆石填筑1624328壓實方，下游堆石填筑5811727壓實方，經計算上水庫庫址一方案堆壩體項目投資為32471.69萬元。上水庫庫址二方案上水庫墊層料填筑60297壓實方，過渡料填筑50706壓實方，主堆石填筑654248壓實方，下游堆石填筑804574壓實方，經計算上水庫庫址二方案堆壩體項目投資為1428.77萬元。

5.2 建議

(1)在同一尺度衡量單價差異對工程投資的影響，按照上水庫庫址一方案堆壩體項目工程量套用上水庫庫址二方案堆壩體項目單價計算投資為8638.91萬元，僅單價差異造成投資差額23832.78萬元。由對比表10可見，兩方案下游堆石填筑單價相差僅28.75元，但因工程量大，造成單項投資相差1.67億元。因此在設計這種關鍵項目施工方案時應進行多方案比較，下游堆石遠離面板基本不承受水荷載，主要用于保持壩體的穩定，在進行方案優化時，下游堆石填筑的料源在滿足功能和級配要求的前提下應盡量選擇樞紐建筑物開挖出來的石渣料或料場中開挖出來的較次石料，如各種軟巖料、風化石料等。

(2)墊層料填筑單價在幾個堆石料項目單價中單價是最大的，因墊層料直接位于面板下部，為面板提供均勻且可靠的支撐，同時要求具有半透水性及防滲作用。它的功能要求較多，它的級配要求涵蓋的粒徑大小比較齊全。在實際案例中僅少數抽水蓄能電站設計在地質條件較好且用量可以滿足的前提下，利用樞紐建筑物開挖料作為墊層料原料，多數抽水蓄能電站墊層料常采用石料場級配較好的石料或外購石料來充當其原料。

(3)過渡料填筑、主堆石料填筑和下游堆石填筑一樣都屬于堆石區填筑。過渡層位于墊層和主堆石之間，用以保護墊層并起到過渡作用。主堆石區是承受水荷載的主要支撐體，具有抗剪強度高、壓縮性性和透水性強的功能要求。過渡料填筑、主堆石料填筑料源的選擇可根據各工程性質、地質條件綜合考慮利用樞紐建筑物開挖料和石料場開挖料的比例。

6 結論

砂石料來源、堆壩體項目單價是施工組織布置、工程投資比較中的重要組成部分。砂石料來源的不同影響著每一步工序單價，從原料開采、原料運輸、砂石料加工，到成品料運輸及上壩填筑。各個工序施工組織方法的差異都真實地反映在工序單價中。

本文通過研究砂石料來源的差異對堆石壩堆壩體各分區部位的造價影響及結果，提出從堆壩體材料來源的權重優化角度，進一步提升施工組織設計方案的經濟性，為類似抽水蓄能電站方案比選過程中施組優化、主要單價編制提供經驗參考，同時砂石料加工系統生產能力、施工供水及供電差異等因素對堆壩體單價的影響尚未能全部體現待進一步敏感性分析。