山皮土筑壩新技術可行性分析及其初期效益評價

李 萍

(本溪滿族自治縣關門山水庫管理處，遼寧 本溪 117100)

山皮土筑壩新技術可行性分析及其初期效益評價

李 萍

(本溪滿族自治縣關門山水庫管理處，遼寧 本溪 117100)

新技術的提出和應用往往需要經過一系列的工程應用驗證和總結，通過理論與實踐相互結合最終推廣應用。文章針對山皮土筑壩新技術，研究了山皮土筑壩新技術的技術特征，并從理論方面、施工方面、技術水平方面、試驗方面分析了該新技術的可行性，結合本溪市關門山水庫的現場工程應用情況，對其工程的經濟效益、社會效益和生態環境效益進行了分析，通過研究發現，山皮土筑壩技術具有較好的技術特征，且具有較好的可行性，能夠為本溪市社會經濟快速、高效發展，發揮其巨大的社會、經濟和生態環境效益。

山皮土筑壩；技術特征；可行性分析；初期效益

關門山水庫具有防洪灌溉兼有養魚及旅游的中型水庫，自開工建設使用山皮土筑壩新技術以來，解決了水庫工程隱患問題，為水庫最大可能的發揮功能和綜合效益提供重要保障。目前，汛期水位已經恢復至370.40m，工程運行正常，效果顯著。

1 山皮土筑壩技術特征研究

1.1 材料技術特征

山皮土筑壩新技術是基于水利水電工程筑壩、筑堤技術填筑材料的創新，該技術突破了傳統的以砂土及砂礫石作為填筑土壩壩體或壩殼主要材料的界限，是一種可以廣泛應用的筑壩、筑堤新材料。

1.2 施工方法技術特征

通過山皮土在施工方法和技術上進行創新，根據實驗確定了山皮土筑壩、筑堤的技術參數，包括山皮土機械壓實厚度、碾壓次數、山皮土施工最佳含水量、松鋪系數等，與常規以砂土及砂礫石作為填筑材料筑壩、筑堤相比較有明顯的改進[1-3]。

1.3 長期穩定性技術特征

新技術的研發能夠有效解決壩體加培施工工程質量難以控制的問題，由于大壩培厚水平寬度、填筑面較窄，且因為有一定的坡度，施工中筑壩料難以攤鋪、機械碾壓，存在新老堤結合、工程跨春夏季、跨汛期施工對大壩加固施工影響大等諸多難題。通過該新技術對大壩加高、培厚填筑，壩體堅實，強度較高，強度應力高于砂礫石和砂料，作為壩頂行車不彈軟，石料鑲嵌緊密、不松散，穩定性強，效果明顯[4-6]。

圖1 山皮土筑壩施工現場

1.4 經濟和社會效益技術特征

山皮土筑壩新技術是因地制宜施工的重要驗證，具有長期穩定性、就地就近取材，減少棄料不占農田，優先考慮樞紐建筑物開挖料的利用等優勢；同時，山皮土便于開采運輸和壓實，施工方便、快捷等特點，特別是運距是砂礫料料場的1/10，可節省大量運輸費用與工程投資。此外，山皮土筑壩施工時對環境的影響極小，對當地的生態環境幾乎不產生影響，經濟效益和綜合效益顯著。

2 山皮土筑壩技術可行性研究

2.1 理論上可行性

《碾壓式土石壩設計規范》(LS274—2001)對筑壩填料有如下規定：

1)就地就近取材減少棄料少占或不占農田，優先考慮樞紐建筑物開挖料的利用。

2)樞紐建筑物開挖料的利用應與天然土石料場開采料一樣。

3)料場開采或樞紐建筑物的開挖料原則上均可直接作為筑壩材料或經處理后用于壩的不同部位，但沼澤土膨潤土和地表土不宜采用[7-9]。

從以上規范內容可以看出：山皮土作為筑壩材料是積極提倡和應用新筑壩材料的重要方面，因此，新技術應用在理論上可行。

2.2 施工上可行性

關門山水庫筑壩施工現場附近山皮土料場資源儲量較多，在水庫工程施工過程中，放置山皮土不用，選擇其他土方則容易導致山皮土的大量剝離，造成嚴重的水土流失和土方浪費。通過初步踏勘計算結果可知：水庫工程附近的山皮土方量不僅能夠達到壩體施工加固、加高、培厚等所需要的土方量，而且儲量遠遠高于設計工程土方量的5倍，具有充足的備用料場。

因地制宜，山皮土作為筑壩材料進行土方運輸時，最大運距≤3km，而且施工場地內的筑壩材料運輸，不僅可以節省工程運費和成本，也不會造成運輸過程中產生的施工交叉干擾和環境破壞污染問題。因此，新技術應用在施工上可行。

2.3 技術水平可行性

課題組技術力量雄厚，完成單位和參加單位均為施工一級資質，并與多家著名高校和科學院所進行合作，包括：遼寧省水利水電勘測設計研究院、遼寧省水利水電科學研究院、長江科學院等等。研究人員通過對優選的4種大壩填筑材料進行實驗研究并進行對比分析，結合《規范》對筑壩材料各項物理、力學等指標的要求，最終確定了山皮土作為可采用的筑壩材料。

2.4 試驗上可行性

為進一步驗證設計方案的可靠性、經濟性、明確施工工藝、質量控制目標和要點，課題組研究人員選擇關門山水庫左壩端樁0+000-0+100段，埋設2個觀測斷面，對山皮土筑壩進行現場原型試驗，并進行施工、運行期間的現場觀測和數據分析。

表1 大壩背水側壩殼填筑土方試驗結果

注：1.土樣為風化山皮土； 2.土樣為砂礫料。

表2 不同里程土方回填壓實質量檢測結果匯總表

根據試驗結果、觀測數據以及現場工程實踐相比較，確定了各種筑壩材料的施工參數，結合現場施工情況給出了合理的施工參數建議值，包括：山皮土鋪料厚度確定為40cm，采用13t自行式振動碾，碾壓遍數為6遍，含水量控制在最優含水量±3%范圍內，干密度取值范圍為1.78-1.81g/m3。

通過系統試驗、研究和觀測分析，山皮土作為筑壩材料滿足工程設計要求的各種技術參數指標，新技術以及施工工藝等能夠消除水庫大壩安全隱患問題，大大提高壩體的防洪能力、安全性和穩定性，節省工程造價、質量優良以及具有良好得社會效益。因此，山皮土筑壩技術具有可行性[10-12]。

3 山皮土筑壩效益分析

3.1 經濟效益

關門山水庫工程經濟效益與防洪投入之比為10.22∶1，遠高于10∶1(全國平均水平)，經濟效益費用比為10.00，凈收益達到126325.9萬元，均超過規范《水利建設項目經濟評價規范》(SL72-94)以及《已成防洪工程經濟效益分析計算及評價規范》(SL206-98)中對各項指標的要求。經過統計，該工程多年的平均防洪效益為140026.9萬元，節省工程費用276.7萬元。因此，關門山水庫加固工程山皮土筑壩在經濟上效益顯著。

3.2 社會效益

該工程建設能夠有效保護流域下游人民的生命財產安全和土地的保護不流失，避免兩岸的耕地、林地等免受洪水威脅和侵害，對沿河1萬hm2耕地和19.6萬人具有保護作用。保障該地區經濟持續、穩定、協調地發展，改善周邊地區的生態環境。

3.3 生態環境效益

通過將生物、工程措施等緊密結合，注重可持續發展和生態保護理念，注重建設以生態自然、現代中式造園技術、藝術塑造、人文景觀與生態游賞綜合的現代、綠色、可持續的水庫風景區，創造了青山、綠水、綠色庫區風景區。該工程竣工投入使用，已逐漸成為流域經濟增長的拉動區、生態環境的保護區、旅游觀光的風景區，能夠為本溪市社會經濟快速、高效發展，發揮其巨大的社會、經濟和生態環境效益。

4 結 語

關門山水庫的防洪除險加固工程是為保證本溪市經濟、社會和生態環境健康發展的重要保證，文章通過理論與實踐相結合，分別從材料、施工方法、長期穩定性、經濟和社會效益四個方面對山皮土筑壩新技術的技術特征進行了深入的研究，并從理論方面、施工方面、技術水平方面、試驗方面分析了該新技術的可行性，結合本溪市關門山水庫的現場工程應用情況，對其工程的經濟效益、社會效益和生態環境效益進行了分析。通過對新技術在關門山水庫的應用研究得出結論：山皮土筑壩技術具有較好的技術特征，且具有較好的可行性，對于本溪市經濟、社會的發展與穩定具有重要的保證作用，隨著新技術的逐步推廣和應用，能夠為當地產生巨大的社會、經濟和生態環境效益。

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1007-7596(2017)06-0176-03

2017-05-20

李萍(1974-)，女，遼寧本溪人，工程師，從事水利工程施工及管理工作。

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