膠凝砂礫石壩經(jīng)濟性研究

趙 華

（新疆昌吉方匯水電設計有限公司，新疆 昌吉 831100）

隨著現(xiàn)代工程科技的進一步發(fā)展，越來越經(jīng)濟且實用的材料被用于壩體。上世紀70年代有一種使用膠結材料來構建砂礫石材料壩被提出，2004年在法國、日本、土耳其、希臘等國關于Hardfill壩和CSG壩的實踐基礎上，賈金生[1～2]等正式提出了膠凝砂礫石壩（CSGRD）的概念，并被我國廣泛采用。該材料先后應用在順江堰、貓貓河山塘等少數(shù)永久性工程，而守口堡水庫大壩作為國內首座膠凝砂礫石大壩也已完工。

膠凝砂礫石壩是將土石壩和混凝土重力壩綜合的一種新型壩[3]，相較于面板壩擁有更小壩體斷面，相對于碾壓混凝土壩施工費用更少、工期更短、方法更簡單。另外，膠凝砂礫石壩用料可以就地取材，將骨料最大粒徑擴大到150 mm，盡可能用盡當?shù)厣暗[石，基本實現(xiàn)零棄料，對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響程度降到最低。正是這諸多的優(yōu)越性，膠凝砂礫石壩受到國際壩工界的格外青睞，我國也相繼將膠結顆粒料筑壩技術進行推廣使用，在通過圍堰工程實驗性應用之后，逐步在永久性工程上應用。

平頂山萬畝旱田景區(qū)供排水工程位于木壘河上游低山丘陵區(qū)，建設內容包括新建調蓄水池、輸水管道系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)等，其中新建的調蓄水池的壩體就采用膠結顆粒料筑壩技術。調蓄水池工程等級為Ⅳ等，正常蓄水位1742.46 m，容量5.4萬m3。壩址所處的河床上覆第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al），下部為石炭系上統(tǒng)沙雷塞爾克組第一亞群（C3sa）灰色-灰黑色凝灰質砂巖。河床覆蓋層巖性主要為卵礫石層，厚度為6.0 m，母巖成分主要為凝灰質砂巖和礫巖等，可見最大粒徑約50 cm。可以充分利用就地材料，達到節(jié)省投資、加快施工進度、減少棄料保護環(huán)境的效果。

以調蓄水池為對象，結合膠凝砂礫石單價、工程造價，影響因素等進行綜合比較，從施工各環(huán)節(jié)分析此工程采用膠凝砂礫石壩經(jīng)濟合理性。

1 經(jīng)濟性分析參數(shù)

根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)水利水電工程設計概（估）預算編制規(guī)定》中的單價和工程造價計算方法，將工程費率標準提取見表1。

表1 費率標準匯總表（%）

2 膠凝砂礫石壩經(jīng)濟性分析與施工工藝

經(jīng)濟性分析與評價不但是工程項目投資決策的基礎，也在工程項目施工方案的設計規(guī)劃中起著重要的作用。而某一項工程的經(jīng)濟性是否合理也取決于施工工藝的選擇。在此工程中，壩體所用膠凝砂礫石材料的骨料開采和運輸、配合比、拌和方式及施工過程中的各個環(huán)節(jié)都影響著經(jīng)濟性合理與否。

2.1 經(jīng)濟性分析

根據(jù)地形、地貌及所處位置等選擇料場三處，即C1#、C2#和C3#壩殼料場。通過室內顆粒分析和水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL 251-2000）附錄A.2中表A.2.1土料質量指標進行評價，C1#、C2#、C3#料場中的粗骨料各項質量技術指標均符合要求，但細骨料含泥量偏高，需沖洗，建議采用商品混凝土。由于C2#料場儲量大于20萬m3，是需要量的2倍，運距13.0 km，開采條件較好，便于大型機械施工，最后確定C2#料場為選定砂礫石料場。另外，考慮到堿-硅酸鹽反應，工程使用復合水泥32.5 R。膠凝砂礫石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

平頂山萬畝旱田景區(qū)供排水工程中調蓄水池壩體的砂礫石料開采時，在生產(chǎn)場地設置一次儲料堆，存儲量為3 d～5 d的使用量；在拌和站皮帶進料口附近宜設置二次儲料堆，存儲量為不少于1 d的使用量。砂礫石應剔除毛料中超大粒徑的石塊；在存儲砂礫石時，應綜合考慮降雨、降雪及天氣條件，采取必要的保護及排水措施；在采用自卸汽車進行運輸時應避免混入泥塊。

膠凝砂礫石壩的筑壩原材料主要包括砂礫石、水泥、粉煤灰和水等，不同于其他新型材料，膠凝砂礫石材料不需要復雜的制作設備。在國內主要有拌合樓攪拌和CSG連續(xù)拌合兩種制備方式。

常規(guī)的拌合樓攪拌運用范圍廣，而CSG連續(xù)拌合卻少見，是膠凝砂礫石壩特有的攪拌系統(tǒng)。相較于拌合樓攪拌方式，CSG連續(xù)拌合系統(tǒng)不用電力驅動，而是利用重力勢能使拌合料通過上下運動完成攪拌，具有節(jié)能環(huán)保、投入成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。CSG連續(xù)拌合系統(tǒng)示意圖見圖1，其估價結果見表3。

圖1 CSG連續(xù)拌合系統(tǒng)示意圖

表3 CSG連續(xù)拌合系統(tǒng)估價表

對2×3.0 m3混凝土拌和樓制備與連續(xù)拌合系統(tǒng)制備的估算價格進行比較，兩種制備方法的直接費估算結果見表4。

表4 兩種制備方法攪拌費用對比表

從表4的估算結果來看，兩種制備方案中CSG連續(xù)拌和經(jīng)濟性較好。所以，平頂山萬畝旱田景區(qū)供排水工程中的調蓄水池壩體材料可以選用CSG連續(xù)拌和的方案進行制備。

2.2 膠凝砂礫石施工

調蓄水池壩體工程施工中，施工工序為:倉面沖毛—漿液配制—膠凝砂礫石拌和物入倉—攤鋪—注漿—振搗。混凝土骨料采用15 T自卸汽車運輸至現(xiàn)場，再采用平倉機、推土機將膠凝砂礫石料推平，在邊角部位應該采用小型挖掘機或人工平倉，鋪料厚度為每層25 cm，共三層為75 cm。在碾壓過程中振動碾的行走速度宜控制在1.0 km/h～1.5 km/h，碾壓方向宜垂直于水流方向。采用無振碾壓2遍和有振碾壓6遍的組合方式，碾壓作業(yè)面應通過人工補充細料找平，邊角部位要采用手扶式振動碾碾壓或者人工夯實。

在膠凝砂礫石壩體的施工中還有一道極其重要的工序，那就是注漿。注漿的質量直接影響著膠凝砂礫石質量，此工程膠凝砂礫石壩體施工中采用分層注漿法，也就是層間鋪設一層厚度為15 mm的水泥砂漿，使用裝載機或者人工進行攤鋪。

根據(jù)上述的施工步驟工藝，對膠凝砂礫石材料的單價進行計算，結果見表5。其單價組成成分見圖2。

表5 膠凝砂礫石單價表

圖2 膠凝砂礫石單價組成示意圖

由圖2可以看出，在單價中所占比例最大的部分是材料費，超過制備運輸和綜合取費的總和，材料費中包括水泥、砂礫石、砂、油料等采購費用。而其中占極大比重的砂礫石又可以在原地取材，不但節(jié)省投資，還加快了施工進度、避免了環(huán)境污染，是一種具有較高推廣價值的新型壩型。

3 不同壩型工程造價比較

現(xiàn)在常用的壩型有碾壓混凝土重力壩，將其與不同邊坡、不同防滲方式的膠凝砂礫石壩的工程造價進行比較。根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)水利水電工程設計概（估）預算編制規(guī)定》，按照同一概（估）算價格對兩種兩種壩型的綜合造價進行比較，主要包括基礎工程、壩體工程、施工臨時工程、工程占地、水土保持工程和環(huán)境保護工程費用等。計算結果見表6。

表6 不同壩型工程費概算表（萬元）

由表6可以看出，膠凝砂礫石壩比碾壓混凝土重力壩的工程投資在征占地和水保環(huán)境的費用節(jié)省216萬元，而前者比后者的綜合投資節(jié)省了2191萬元～4558萬元，節(jié)省幅度為9.75%～20.28%。經(jīng)過分析，平頂山萬畝旱田景區(qū)供排水工程中調蓄水池壩體建議選擇邊坡為0.6，經(jīng)濟效益較為顯著。

4 結語

本文在介紹膠凝砂礫石壩施工工藝的基礎上，按照概估算價格進行計算和分析，為壩型選擇及合適邊坡提供參考，還通過量化分析，指出膠凝砂礫石壩減少棄渣，減少工程投資等費用。所以，此工程采用膠凝砂礫石壩具有較高的經(jīng)濟合理性。