价值工程在水峪口水库坝型比选中的应用

2016-02-05刘静妍

山西水利 2016年9期

关键词：重力坝石坝心墙

刘静妍

（山西省水利建设开发中心，山西太原 030002）

价值工程在水峪口水库坝型比选中的应用

刘静妍

（山西省水利建设开发中心，山西太原 030002）

与国际先进水平相比，价值工程在我国水利工程实践中无论是理论研究还是实践应用均有较大差距，结合价值工程在水峪口水库的坝型选择，阐述价值工程在水库节能设计的应用前景，为今后水利工程节能设计提供借鉴和参考依据。

价值工程；水利工程；节能设计；水峪口水库

1 价值工程

美国麦尔斯创建的价值工程作为一种技术经济理论方法和思想方法广泛应用于产品开发与工程设计的各个领域。长期以来，人们按照价值工程公式V= F/C（其中，V为价值，F为研究对象功能，C为成本）所确定的定式，遵循价值准则性、功能本质性和功能与费用动态相关性原理，从功能分析入手并以功能分析为重点，按固定程序步骤进行价值工程的理论研究和实际应用。

价值工程在建筑行业的应用较为广泛，在水利工程中的应用还处于初级设计阶段，并逐步向施工阶段延伸。有组织地实施价值工程，可用建设成本0.1%～0.3%的VE研究成本，实现工程项目初始投资5%～10%的节约额。

2 应用实例

2.1 工程概况

水峪口水库位于朔州市山阴县境内，是山西省海河流域小型水库更新建设规划中山阴县唯一山区控制性枢纽工程，具有灌溉、城镇供水等综合利用功能。枢纽工程由拦河坝、右岸溢洪道、左岸导流泄洪引水洞等组成。水库正常蓄水位1 225.53m，最大坝高69.3m，总库容594万m3，灌溉面积1 533.33 hm2，城镇年供水量186万m3，属Ⅳ等小（一）型工程。水库设计洪水标准为30年一遇，相应洪峰流量480m3/s；校核洪水标准为300年一遇，相应洪峰流量942m3/s。水库的兴建对流域社会经济可持续发展具有举足轻重的作用。

水峪口为黄水河的一级支流，发源于恒山北麓，代县磨坊乡胡家滩村消凌沟，自东南向西北经代县一道河、山阴县水峪口出山口，向西北经南洲庄、小帐头铺，于山阴县黑圪塔村汇入黄水河。主河长32 km，流域面积140.7 km2。水库以上流域全部为变质岩山区，其中源头处有部分森林，其余为灌丛山地。

2.2 坝型节能设计

2.2.1 功能分析

根据实际情况，将坝型方案定为三种，分别为混凝土面板砂砾石坝（方案A）、沥青混凝土心墙坝（方案B）、碾压混凝土重力坝（方案C），将坝型选择功能参数定为地形地质条件、筑坝材料、防渗性能、抗震性能、应力变形特性及施工条件六个方面。利用专家评分法，建立功能评价体系，得出各方案功能系数。

坝型对地形、地质条件的适应性能：坝址两岸存在高陡边坡，左岸坝肩以上边坡高陡，表层强风化层内局部块体不稳定，以崩塌为主；右岸岩体整体呈不稳定状态，需对右坝肩及坝肩以上岸坡约20m范围岩体处理。不稳定体对面板坝的面板、趾板及接缝止水结构构成安全威胁较大；沥青混凝土心墙坝防渗体在坝体内部，崩塌物对坝体防渗系统威胁不大；碾压混凝土重力坝对坝基和岸坡的要求高于土石坝，基础需开挖至弱风化层中下部，左右岸的不稳定体需全部清除，采取工程措施处理后可保证坝体部分岩体稳定，不影响坝体安全，混凝土面板砂砾石坝两岸趾板基础开挖深度较深，存在较高的边坡，开挖及支护量大。因此，沥青混凝土心墙坝运行环境较混凝土面板坝好，碾压混凝土重力坝适应性相对较差。

筑坝材料的工程特性及坝料加工：坝址区有丰富的筑坝材料，坝壳料级配良好，渗透系数大；混凝土骨料可采用，可满足土石坝坝型混凝土骨料使用。方案A与方案B均可就地取材，直接利用当地材料。混凝土重力坝需人工筛分骨料，混凝土骨料制备较土石坝多。

坝体渗透稳定性：混凝土面板砂砾石坝和沥青混凝土心墙坝坝型渗漏稳定性较好；碾压混凝土重力坝由变态混凝土面层结合碾压混凝土联合防渗，渗透稳定性好。

坝体抗震性能和坝坡稳定：根据《中国地震动参数区划图》，地震动峰值加速度为0.15 g，地震动反应谱特征周期为0.40 s。项目区为8°区，大坝设防烈度为8°，要求坝体抗震性能好。混凝土面板砂砾石坝和沥青混凝土心墙坝坝型均为散粒类材料，均有较好的抗震性能，从抗震性能比较，混凝土重力坝较优。

坝体应力、变形特性分析：混凝土面板砂砾石坝、沥青混凝土心墙坝、碾压混凝土重力坝三种坝型，坝体的应力和变形，防渗体的应力和变形均可满足设计要求，坝体结构设计合理可行，大坝是安全的。

施工条件：从气候条件对施工的影响分析，沥青混凝土心墙坝除雨天不能施工，其余时段均可作有效工期施工，有效施工期为10个月，全年施工期较长。对混凝土面板砂砾石坝，混凝土面板施工需避开冬季，坝体填筑可全年进行。混凝土重力坝在坝体填筑期对混凝土的温度控制较严格，夏季需采取严格的温控措施，冬季需采取坝体的保温措施，因此，气象因素对混凝土重力坝的施工影响较沥青混凝土心墙坝和混凝土面板坝大。从施工导截流工程来看，沥青混凝土心墙坝围堰可与坝体相结合，临时工程规模小。混凝土面板坝及混凝土重力坝围堰与坝体分离，临时工程规模较大。由于受地形条件的限制，布置围堰及截流戗堤的空间较紧张，围堰位置上移后，高度较心墙坝低。从施工总布置来看，混凝土重力坝需较复杂及规模较大的混凝土骨料筛分系统及混凝土拌和系统，施工临时占地较土石坝大，且布置复杂。

根据工程规模和施工强度平衡计算，坝基处理、坝体填筑和混凝土施工（混凝土护坡或混凝土面板）等工期，沥青混凝土心墙坝为36个月，混凝土面板坝为32个月，混凝土重力坝约38个月。

根据以上功能参数，各功能按10分制进行评分，最优时按10分计，较好按9分计，满足功能按8分计；根据业主、设计人员、施工人员确定的工程技术指标及安全指标确定方案功能重要系数。利用专家评分法对方案功能重要系数及方案功能打分，结果见表1。

2.2.2 成本分析

方案A的建筑工程费为7 125万元，方案B的建筑工程费为6 895万元，方案C的建筑工程费11 314万元。各方案成本系数如下：方案A的成本系数CA=7 125/（7 125+6 895+11 314）=0.281 2；方案B的成本系数CB=6 895/（7 125+6 895+11 314）=0.272 2；方案C的成本系数CC=11 314/（7 125+6 895+11 314）= 0.446 6。

2.2.3 价值分析

价值工程要求方案应满足必要性功能的费用，消除不必要的功能费用，即要求功能费用比越高越优。通过价值系数计算，VA为1.185 6，VB为1.267 4，VC为0.720 1，可知方案B优于方案A与方案C。

综上所述，通过对地形地质条件、筑坝材料、防渗抗震性能、应力变形特性及施工条件等方面的综合比较，混凝土面板砂砾石坝、沥青混凝土心墙砂砾石坝及混凝土重力坝均有建坝条件，但沥青混凝土心墙坝具有良好地形适应性、防渗性能和抗冻能力具有坝体结构简单、技术可靠、投资相对较少等特点。沥青混凝土心墙坝方案优于混凝土面板坝方案及碾压混凝土重力坝方案，因此，本阶段选定沥青混凝土心墙砂砾石坝为设计坝型。