胶凝砂砾石坝经济性分析与研究

袁艳霞

（山西省水利水电勘测设计研究院，太原030024）

胶结颗粒料坝是近年发展起来的一种新坝型，主要包括胶凝砂砾石坝和堆石混凝土坝。胶凝砂砾石坝是将土石坝和混凝土重力坝综合的一种新坝型［1］，可就地取材，使用高效率的土石方运输机械和压实机械快速施工。它与面板坝相比可以缩小坝体断面；与碾压混凝土坝相比可以简化施工、缩短工期和减少费用。同时，由于胶凝砂砾石坝对筑坝材料、施工工艺以及坝基要求降低，大坝施工基本实现零弃料，凸显了在适应环境、减轻环境破坏方面所具有的优势，得到了国际坝工界的重视。目前，我国福建、贵州、四川等地也相继进行了一些围堰工程试验性应用，但在永久工程中尚无应用。

守口堡水库位于山西省阳高县城西北约10km黑水河上游段，总库容980万m3，为小型水库。该水库坝址区砂卵石覆盖层较厚，河床砂砾石丰富，采用胶凝砂砾石坝型［2］，可以充分利用当地材料，以达到节省投资、加快施工进度、减少弃料、保护环境的目的，并填补我省乃至全国在永久工程中应用胶结颗粒料筑坝技术的空白。

作为新坝型，其工程造价尚无定额依据。以下以守口堡水库为例，对胶凝砂砾石单价、不同坝型工程造价、影响单价（造价）因素进行综合比较，分析胶凝砂砾石坝经济适用性，为同类坝型设计经济性比选提供参考。

1 经济性分析参数

在进行胶凝砂砾石单价与坝体工程造价计算时，计算办法与费用构成依据山西省水利厅文件晋水规计［2003］716号“关于发布《山西省水利水电工程设计概（估）算编制规定》的通知”与晋水规计［2009］891号“关于对《山西省水利水电工程设计概（估）算编制规定》补充调整的通知”。工程费率标准见表1。

表1 费率标准汇总表 %

2 胶凝砂砾石坝经济性与施工工艺分析

一个工程的经济性分析与评价和该工程的施工工艺紧密相关。胶凝砂砾石坝工程中沙砾石的配合比、沙砾石料的开采、运输、沙砾石拌合方式以及施工过程都影响着其经济性估算。

2.1 经济性分析

以守口堡水库为例，根据当地材料取样试验分析，该水库胶凝砂砾石坝材料确定为［3］：砂砾石100%采用天然砂砾（基坑开挖料或坝上游开采料），水泥采用普通硅酸盐水泥（42.5级），胶凝砂砾石SC5040配合比及材料用量见表2。

表2 胶凝砂砾石材料试验配合表

守口堡水库中砂砾石料的开采采用反铲挖掘机，超径石（＞150mm）采用格筛剔除，用作筛分设备的移动式格筛移动安放在每辆自卸汽车上，以减少筛分堆存二次装料工序，弃料就近堆弃。砂砾石料的运输采用自卸汽车，运至搅和楼。

胶凝砂砾石坝筑坝材料包括砂砾石、水泥、粉煤灰、水等，当前拌制方式主要有拌合楼拌制和CSG连续拌合两种。

拌合楼拌制沿用碾压混凝土的拌和设备，采用适宜胶凝砂砾石料拌和的自落倾斜式搅拌机进行。

CSG连续拌合系统拌制是一种静态连续拌合生产系统，它引进日本技术，通过材料在特制的一组盒子内从上到下的运动达到拌和目的（上料、称量系统与普通拌和系统一样），是针对胶凝砂砾石坝而专门引进的一种技术。由于拌和过程靠自重下落，不需电力消耗，所以比较节能。该系统设备属于专利产品，在国内仅进行过生产性试验，当前还未广泛使用。其拌和系统示意图见图1，CSG连续拌合系统价格估算见表3。

表3 CSG连续拌合系统价格估算表

图1 CSG连续拌合系统示意图

对2×3.0m3拌合楼拌制与CSG连续拌合系统进行价格估算［5］，两种方案的胶凝砂砾石拌和直接费如表4所示。

从计算结果看，采用CSG连续拌合系统拌制胶凝砂砾石相对经济，所以，守口堡水库中胶凝砂砾石采用CSG连续拌合系统拌制。

2.2 胶凝砂砾石施工

守口堡水库施工中，采用15t自卸汽车运输，并直接上坝，120kW推土机平料，铺料厚度每层25 cm，共铺三层75cm，然后采用振动碾碾压，碾压遍数根据现场施工工艺试验确定，一般共碾压8遍，即无振碾压2遍，有振碾压6遍，边角部位用手扶式振动碾碾压，并采用富浆胶凝砂砾石。层间面铺设一层水泥砂浆，层厚15mm，通仓铺设处理。水泥砂浆采用混凝土搅拌机拌制，搅拌运输车运输，直接卸料至胶凝砂砾石浇筑面，然后用ZL50型轮胎装载机及人工摊铺。

基于上述资料，计算胶凝砂砾石单价见表5。单价组成分析图见图2。

表4 胶凝砂砾石拌制直接费计算表

表5 胶凝砂砾石单价表

图2 单价组成分析图

根据图2的单价组成分析图，可以看出，费用比例最大的是材料费，其中主要为水泥、柴油、砂砾石（自采天然砂砾石料）价格等。所以，胶凝砂砾石坝就地取材，在减少材料投资的同时，还具有减少污染、加快施工进度、保护环境的各种优势，是一种具有推广价值的坝型选择。

3 不同坝型工程造价比较

按胶凝砂砾石坝不同边坡、不同防渗形式，将胶凝砂砾石坝与当前应用较广的碾压混凝土重力坝的工程造价进行比较。依据“山西省水利水电工程设计概（估）算编制规定”，按照同一价格水平对这两种不同坝型挡水工程综合造价（包括大坝基础工程、大坝坝体工程及相应的施工临时工程、工程占地、水土保持工程和环境保护工程费用）进行计算，其工程费见表6。

可以看出，胶凝砂砾石坝方案比碾压混凝土重力坝方案的工程投资在征（占）地、水土保持及环境保护方面节省约213万元；临时工程中，由于胶凝砂砾石坝方案比碾压混凝土重力坝方案围堰上移增加约1km导流明渠与泄槽、消力池，增加投资约880万元；而综合投资（包括基础开挖和处理，坝体工程、施工临时工程、施工弃渣和永久占地、水保和环评措施等费用）中，胶凝砂砾石坝方案比碾压混凝土重力坝方案节省871万元～3 236万元，节省幅度为4.60%～17.10%。

表6 不同坝型工程费概算表 万元

总之，胶凝砂砾石坝方案比碾压混凝土重力坝方案建筑工程投资总共节省1 602万元～3 864万元，节省幅度为10.02%～24.17%。如果柴油价格回落，节省幅度还会相应增大。

在守口堡水库设计中，设计人员建议采用了胶凝砂砾石碾压坝（边坡0.6）坝型，与碾压混凝土重力坝相比，综合投资节省2 126万元，节省幅度为11.24%，比胶凝砂砾石面板坝（边坡0.6）节省462万元，节省幅度为2.75%，经济效益显著。

4 结束语

笔者在介绍了胶凝砂砾石坝施工工艺的基础上，对胶凝砂砾石坝单价进行了计算和分析；同时对胶凝砂砾石坝和碾压混凝土重力坝的工程造价进行了计算和比较，在为胶凝砂砾石坝这种新型坝型的经济分析提供参考的同时，还通过具体的量化分析，指出在天然砂砾石料比较丰富的地域进行工程施工时，采用胶凝砂砾石坝工艺，不仅减少弃渣量（仅有超径石弃渣），节省了坝体筑坝费用、弃渣场占地费与水土保持与环境保护工程费，经济效益显著，而且还可加快施工进度，减少环境污染和破坏。所以，胶凝砂砾石坝具有广泛的应用前景。

［1］ 张化强，张防修.胶凝砂砾石坝设计理论探讨［J］.水利科技与经济，2011，10（1）：37-39.

［2］ 守口堡水库应用胶结颗粒料筑坝设计研究报告［R］.北京：中国水利水电科学研究院，2012.

［3］ 守口堡水库胶凝砂砾石坝结构分析报告［R］.北京：中国水利水电科学研究院，2012.

［4］ 山西守口堡水库大坝CSG试验研究报告［R］.北京：中国水利水电科学研究院，2011.