南水北调中线工程二级渠坡防护变更思路及实施

姜 暑 芳

(中国水利水电第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 工程概述

南水北调中线工程全长1 273 km，沿线有全挖方段、半挖半填段、全填方段、倒虹吸段、渡槽段及暗涵段等多种结构型式。潮河段二标位于河南省新郑市，全长4.4 km，其中3.6 km为全挖方段，占标段总长的81%。标段总开挖量为566万m3，渠堤回填量为2.3万m3，开挖深度在7.1～26.4 m3之间，渠道开口线宽度在56～202 m之间，渠道底宽在15～18.5 m之间；渠道沿线地下水位大部分在原始地面线以下3 m左右；渠坡由粉(细)砂、砂壤土、黄土状轻壤土、重粉质壤土和粘土岩构成。

2 原设计方案

为满足渠道工程运行阶段二级渠坡以上坡面的防护、边坡稳定、工程美观和边坡排水的需要，对二级渠坡以上坡面进行了相关边坡防护设计。其边坡设计为：自总干渠一级马道以上开始，以高度6 m为一个台阶进行放坡，并设置2 m宽的马道；自一级渠坡开始向上，每级渠坡设置1道排水沟。根据施工图纸，渠坡防护型式为：(1)边坡坡面铺设厚度为20 cm的反滤料；(2)反滤料层上部砌筑厚度为30 cm的干砌石；(3)边坡以60 m为间距设置横向预制混凝土排水沟；(4)各级渠坡马道均设置预制混凝土排水沟。二级以上渠坡防护面积近16.3万m2，反滤料总量为3.26万m3，干砌石为4.89万m3，预制混凝土排水沟为2 795 m3。

3 设计变更的提出

在工程实施过程中，经过对郑州周边市场的调查，发现河南地处中原地区，石材紧缺，相应的砌石技术人员严重缺乏；同时，由于投标阶段对当地市场的不了解，造成二级以上渠坡防护单价偏低，从而给项目部带来严重亏损的风险。因此，寻求工程变更解决工程亏损成为唯一的选择。

图1 预制件式拱形骨架示意图

图2 扣件式预制混凝土块示意图

图3 预制混凝土块示意图

在确定必须进行设计变更后，初步确定了以下几种渠坡防护型式的设计供选择：(1)“预制件式拱形骨架+植草”式坡面防护；(2)“浆砌石式拱形骨架+植草”式坡面防护；(3)扣件式预制混凝土块全坡面防护；(4)扣件式挤压砖全坡面防护；(5)预制混凝土块全坡面防护等(图1、2、3)。

4 设计变更方案的对比及遴选

4.1 适用性对比分析

在初步确定上述各防护类型后，根据潮河项目地质资料及地下水位资料显示“地下水位高、地层砂化严重”，除长度为780 m的半挖半填渠段及全挖方段地下水位在一级马道以下及349 m渠道倒虹吸段不受地下水位影响之外，剩余3 300 m渠段的地下水位均高出一级马道。而“预制件式拱形骨架+植草”式坡面防护及“浆砌石式拱形骨架+植草”式坡面防护两种防护型式均需取消厚度为20 cm反滤料层(若保留反滤料层，则拱架中间的反滤料层由于没有边坡保护而造成冲刷、维护费用过大)，另外，一级马道以上渠坡砂化较严重，若采用上述防护型式，拱架沟槽开挖时易坍塌而无法成型；同时，坍塌后的沟槽处理费用较高，无法满足设计所需要的渠坡排水功能及渠坡防冲功能，因此而不适宜本项目渠坡。坡面防护型式对比情况见表1。

4.2 可行性对比分析

在排除了“预制件式拱形骨架+植草”式坡面防护及“浆砌石式拱形骨架+植草”式坡面防护后，重点对“扣件式预制混凝土块式坡面防护”、“扣件式挤压砖式坡面防护”和“预制混凝土块式坡面防护”三种防护型式进行了相关可行性对比分析。

(1)施工成本方面。

南水北调中线工程属政治工程。在本项目实施过程中，工程投资控制的相当严格，所有涉及到的变更项目若增加投资，变更方案的审批将异常漫长和困难。为保证本变更项目能够顺利落实，在 “不增加工程投资”的条件下选择变更方案。

原设计变更方案为：30 cm厚干砌石+20 cm厚反滤料层。根据投标报价，干 砌 石 单 价 为：100.65元/m3，反滤料层单价为129.94元/m3，坡面土方开挖单价为8.84元/m3，则每m2坡面防护单价为60.6元/m2；变更后的全坡面防护型式为：预制混凝土块(或挤压砖)(厚度待定)+20 cm厚反滤料层。根据“不增加工程投资”的原则，每m2预制混凝土块(或挤压砖)造价须小于60.6元。而投标书中预制件的单价为529.06元/m3(标号为C20)。据此可以计算出预制件(或挤压砖)厚度须小于6.5 cm。而6.5 cm厚挤压砖的强度无法达到C20混凝土强度标准且在现场搬运过程中易破碎。因此，扣件式挤压砖式坡面防护不适宜本工程。

(2)施工便利性对比。

在排除挤压砖式全坡面防护后，重点对“扣件式预制混凝土块式坡面防护”及“预制混凝土块式坡面防护”进行了深入对比和研究。根据类似工程经验，所设计的扣件式预制混凝土块和预制混凝土块型式分别见图4、5。

图4 扣件式预制件初步设计图

图5 预制混凝土块初步设计图

对现场实际预制后的效果进行了对比试验，发现扣件式预制件较预制混凝土块在施工过程中存在以下不足：(1)由于其厚度较薄(试验阶段按8 cm预制)，扣件式预制件外伸部分扣角边缘厚度仅为4～5 cm，预制件倒运及铺装现场搬运时极易折断；(2)现场施工操作时，由于拼接紧密，施工效率较预制混凝土块低；(3)由于渠道开口线不顺直，现场拼装时，坡顶处预制件较难处理且不美观，因此而否定了“扣件式预制混凝土块式坡面防护”方案。

5 实施方案效果评价

根据上述对比与筛选，最终确定了适宜本项目的渠坡防护型式，即：预制混凝土块式坡面防护。在初步确定变更方案后，又对预制混凝土块的防护型式进行了相关改进并最终确定了型式(图6)。

表1 坡面防护型式对比表

图6 渠坡防护C20混凝土预制块结构型式设计图

5.1 施工进度方面

现场自2012年9月开始了预制混凝土块的预制工作，预制场配置了9名工人，预制件模具定制了5 000个，平均月强度为8.5万块左右。现场铺装时，平均倒运距离约2.6 km，铺装现场以10～12名工人为一个班组(包括反滤料碾压和预制混凝土块铺装工作)，每个班组平均月铺装1.2万m2左右，目前已完成近35%。

5.2 成本方面

根据现场实际成本测算，预制混凝土块原材料成本约为17.68元/m2；模具成本约为1.17元/m2；制作成本约为11.64元/m2；倒运、铺装成本约为12.98元/m2；总成本约为43.47元/m2。而根据原方案测算，干砌石原材料成本约为42.4元/m2，砌筑成本约为30元/m2，总成本约为72.4元/m2；实际节约成本28.93元/m2，本项目渠坡防护面积为16.3万m2，实际节约成本近471.6万元。

6 结 语

目前，在水利水电工程实施过程中，由于投标不均衡报价、投标失误及周边市场制约等诸多因素造成部分项目存在亏损现象，工程管理人员在条件允许的情况下进行相关方案的变更以扭转施工项目亏损的局面就显得尤为重要。笔者通过潮河项目的施工特点及渠坡防护的现实施工条件而提出并实施了相关变更方案工作，为项目减亏做了一些基础工作，同时也保证了现场施工进度。