云南省磨刀箐水庫(kù)壩型比選分析

摘要：為深入探討堆石混凝土壩在磨刀箐水庫(kù)工程中的應(yīng)用，從技術(shù)指標(biāo)、成本效益、施工方法與對(duì)環(huán)境的影響等方面，對(duì)堆石混凝土壩與傳統(tǒng)砌石重力壩進(jìn)行綜合比較。結(jié)果表明：通過堆石混凝土技術(shù)可以制成低水化熱反應(yīng)、高強(qiáng)度且穩(wěn)定的高性能混凝土結(jié)構(gòu)，顯著減少水泥用量和簡(jiǎn)化溫控措施，大幅度提高了施工效率，縮短了工期，降低了工程成本，且可以就地取材、減少對(duì)自然資源的開采，有效利用廢料，降低碳排放，具有較好的環(huán)保性能。相比傳統(tǒng)的砌石重力壩，堆石混凝土重力壩在綜合經(jīng)濟(jì)收益、工期控制、環(huán)保性能以及資源合理利用等方面更具優(yōu)勢(shì)，可以成為應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件和區(qū)域自然環(huán)境要求的適宜選擇。

關(guān)鍵詞：堆石混凝土重力壩； 砌石重力壩； 磨刀箐水庫(kù)； 壩型比選； 云南省

中圖法分類號(hào)：TV64文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S2.007

文章編號(hào)：1006-0081（2024）S2-0022-03

0引言

堆石混凝土（RFC）是一種在水利水電及其他領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的大體積混凝土施工技術(shù)，其結(jié)合了自密實(shí)混凝土（SCC）的性能，通過填充大粒徑堆石空隙，形成高穩(wěn)定性、低水化熱反應(yīng)且強(qiáng)度滿足要求的高性能混凝土結(jié)構(gòu)［1-2］。該技術(shù)的應(yīng)用不僅大幅降低單位體積混凝土的水泥用量和水化熱溫升，簡(jiǎn)化溫控措施及施工流程，而且大大提高施工效率，縮短工期，顯著降低工程成本和能源消耗［3］。本文以磨刀箐水庫(kù)大壩工程為例，對(duì)堆石混凝土重力壩與砌石重力壩進(jìn)行綜合對(duì)比，并以此為基礎(chǔ)論證堆石混凝土技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景，旨在推動(dòng)水利水電建設(shè)朝著更加綠色環(huán)保、高效節(jié)能的方向發(fā)展。

1工程概況

磨刀箐水庫(kù)位于云南省大理州祥云縣鹿鳴鄉(xiāng)，總庫(kù)容267萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積約355.47 hm2（0.533 2萬畝），并且每年能提供342.3萬m3的供水量，是一項(xiàng)小（1）型水利工程。工程主要包括大壩、溢流表孔、沖沙孔、放水孔以及輸水隧洞等。大壩采用堆石混凝土重力壩形式建造，最大壩高56 m。

2壩型選擇

根據(jù)對(duì)磨刀箐水庫(kù)地區(qū)地質(zhì)條件和材料資源的調(diào)查，該區(qū)域雖然不具備豐富的黏土料源，但卻擁有豐富且便于開采運(yùn)輸?shù)慕ㄖ馁Y源，考慮到壩址兩岸基巖裸露、地基承載力充足，適宜建設(shè)重力壩。主要對(duì)堆石混凝土重力壩與砌石重力壩兩種壩型進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，見表1。

2.1技術(shù)指標(biāo)分析

（1） 壩高與壩體尺寸。兩種壩型的壩高均為56 m，壩頂長(zhǎng)度均為170 m，壩頂寬度均為8 m，上游壩坡坡比分別為1∶0.35和1∶0.30，下游壩坡分別為1∶0.80和1∶0.85。

（2） 工程量。堆石混凝土重力壩的大壩清基工程量為10.372 4萬m3，砌石重力壩為11.237 7萬m3；大壩填筑方面，堆石混凝土方案為12.051 5萬m3，砌石方案為12.721 7萬m3；基礎(chǔ)防滲處理方面，堆石混凝土重力壩處理面積為11 691.7 m2，砌石重力壩為11 500.5 m2。

（3） 技術(shù)性能。兩者在安全穩(wěn)定性、抗震性能以及抗?jié)B性能上均表現(xiàn)優(yōu)秀。

（4） 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。砌石重力壩的總投資為12 301.44萬元，單位庫(kù)容投資為46.07元/m3；堆石混凝土重力壩的總投資為12 519.99萬元，單位庫(kù)容投資為46.89元/m3。

（5） 施工質(zhì)量與工期。堆石混凝土重力壩施工質(zhì)量更容易控制，總工期為24個(gè)月；而砌石重力壩施工質(zhì)量控制難度較大，總工期為29個(gè)月。

（6） 其他優(yōu)勢(shì)。堆石混凝土重力壩利用塊石作為骨料，能有效降低水泥用量、減少水化熱溫升，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械化高效施工，從而提高石料利用率、減少棄渣量，具有環(huán)保節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。

由以上分析可知，雖然砌石重力壩的總投資較低，但其工程總工期較長(zhǎng)，且施工質(zhì)量控制難度較大，因此，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益、施工效率及環(huán)保等因素，堆石混凝土重力壩更優(yōu)。

王永德 等云南省磨刀箐水庫(kù)壩型比選分析2.2成本效益分析

（1） 原材料成本。砌石重力壩主要依賴天然石料和砂漿（水泥、沙等）作為筑壩材料，若當(dāng)?shù)厥馁Y源豐富且運(yùn)輸方便，其原材料成本則相對(duì)較低。堆石混凝土重力壩利用塊石作為粗骨料，結(jié)合一定比例的水泥漿或少量細(xì)骨料形成自密實(shí)混凝土，雖然同樣需要石材，但通過優(yōu)化配比可顯著降低水泥用量，從而節(jié)約成本。

（2） 施工成本。砌石重力壩施工過程多采用人工砌筑，對(duì)勞動(dòng)力需求較大，且勞動(dòng)效率受限，因此施工成本中的人工費(fèi)用較高，同時(shí)由于質(zhì)量控制難度大，可能增加額外的質(zhì)量保障成本；堆石混凝土重力壩則能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化施工，提高工作效率，縮短工期，降低人力成本，同時(shí)也降低了因施工質(zhì)量不穩(wěn)定所造成的潛在返工損失。

（3） 工程量與工期。表1數(shù)據(jù)顯示，砌石重力壩的大壩清基及填筑工程量略高于堆石混凝土，影響到土方開挖與填筑的直接成本以及由于工程量增大帶來的間接管理費(fèi)用。在施工總工期上，堆石混凝土重力壩為24個(gè)月，而砌石重力壩為29個(gè)月，工期更短意味著項(xiàng)目周轉(zhuǎn)和資金回收速度更快，也是經(jīng)濟(jì)效益的重要體現(xiàn)。

（4） 長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。砌石重力壩在滲流控制方面要求較高，防滲處理工作量較大，后期維護(hù)成本也相應(yīng)增加。堆石混凝土重力壩因其技術(shù)特點(diǎn)，可以有效降低滲透系數(shù)，提高防滲性能，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，具有更好的耐久性和更低的維護(hù)成本。

（5） 環(huán)保與社會(huì)效益。堆石混凝土重力壩在施工過程中棄渣量更少，有利于環(huán)境保護(hù)，并且提高了石料利用率，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

綜上所述，堆石混凝土重力壩在總工期、施工效率、石料利用率、環(huán)保性能等方面顯示出較高的經(jīng)濟(jì)效益，盡管初期投資可能稍高，但考慮到施工周期、工程質(zhì)量穩(wěn)定性和長(zhǎng)期運(yùn)行維護(hù)成本等因素，堆石混凝土重力壩可以更好地滿足項(xiàng)目整體成本效益最大化的需求。

2.3施工效率與環(huán)境影響評(píng)估

（1） 施工效率。砌石重力壩的施工過程主要依賴人工操作，包括石材采集、切割、運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)砌筑等工作，工作量大且效率低，受工人技能和天氣條件影響較大，施工周期較長(zhǎng)；堆石混凝土重力壩采用機(jī)械化作業(yè)，如用挖掘機(jī)進(jìn)行堆石填充，通過專用設(shè)備噴射或泵送混凝土漿液至堆石層中，形成自密實(shí)的堆石混凝土結(jié)構(gòu)，大大提高施工效率，減少人工投入，降低受外部因素干擾的可能性，可以實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)施工，有效縮短工期。

（2） 環(huán)境影響。砌石重力壩所用石材雖然就地取材，但大規(guī)模開采可能會(huì)破壞山體景觀，產(chǎn)生大量棄渣，若處理不當(dāng)則會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成壓力；此外，長(zhǎng)期的人工施工噪聲和揚(yáng)塵也可能帶來一定環(huán)境問題。堆石混凝土重力壩與常規(guī)混凝土施工技術(shù)相比，水泥用量顯著降低，從而減少了生產(chǎn)過程中的能源消耗和碳排放，具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，由于工序簡(jiǎn)化和高效施工，臨時(shí)用地需求降低，產(chǎn)生的廢棄物更少，節(jié)約了水資源和電力資源。然而，堆石混凝土制作過程中仍會(huì)產(chǎn)生一定的粉塵和廢水，需要采取有效的環(huán)保措施予以控制。

由分析可知，堆石混凝土重力壩在施工效率上明顯優(yōu)于砌石重力壩，不僅節(jié)約了成本和時(shí)間，而且通過減少水泥使用和優(yōu)化施工工藝，節(jié)能減排效果更顯著，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

3綜合分析

砌石重力壩雖然能夠利用當(dāng)?shù)刎S富的石料資源，但對(duì)石料塊度要求較高，主要使用力學(xué)性能優(yōu)越的長(zhǎng)石石英砂巖和細(xì)砂巖作為筑壩材料，由于爆破后形成的不規(guī)則塊石微裂隙發(fā)育，導(dǎo)致石料利用率較低，且容易產(chǎn)生大量棄渣，不僅增加了工程成本，還對(duì)環(huán)境造成了一定壓力，需要額外征用土地處理廢料，對(duì)土地資源保護(hù)和水土保持工作帶來挑戰(zhàn)。此外，砌石重力壩依賴人工進(jìn)行精細(xì)的砌筑作業(yè)，施工工藝要求較高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人力投入多，進(jìn)一步提高了施工成本和技術(shù)難度。

堆石混凝土壩在設(shè)計(jì)和施工過程中充分考慮了資源高效利用和環(huán)境保護(hù)。堆石混凝土壩對(duì)于石料塊度的要求相對(duì)較低，能夠充分利用各類粒徑大小的石料資源，大大降低了廢料和棄渣量，提高了石料的利用效率；其采用機(jī)械化施工方式，可以顯著減少人力需求、加快施工速度、保證工程質(zhì)量，并簡(jiǎn)化了施工工序，整體工期較短。此外，堆石混凝土壩通過優(yōu)化配合比，有效減少了水泥用量，降低了水化熱溫升，甚至可能取消部分溫控措施，進(jìn)一步降低了工程成本和對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)于降本增效和減少碳排放具有重要意義，符合綠色施工理念。

因此，綜合經(jīng)濟(jì)效益、工期控制、環(huán)保節(jié)能以及資源合理利用等方面，堆石混凝土重力壩相較于砌石重力壩具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，為磨刀箐水庫(kù)的最終壩型方案。

4結(jié)論

本文通過對(duì)比磨刀箐水庫(kù)的技術(shù)指標(biāo)、成本效益、施工效率和環(huán)境影響，最終采用砌石重力壩和堆石混凝土重力壩，得出以下結(jié)論。

（1） 堆石混凝土技術(shù)可以大幅降低水泥用量和溫控措施的復(fù)雜性，顯著提高施工效率、縮短工期，節(jié)約成本與能源消耗。同時(shí)，該技術(shù)大量利用各類粒徑大小石料作為骨料，減少了自然資源開采和加工過程中的環(huán)境污染和能耗，符合綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展的要求。

（2） 經(jīng)濟(jì)效益方面。相比于傳統(tǒng)的砌石重力壩，堆石混凝土重力壩在原材料成本、施工成本、工程量與工期等方面更具優(yōu)勢(shì)。堆石混凝土技術(shù)可以減少水泥使用、優(yōu)化配比，并且能夠適應(yīng)快速連續(xù)施工，有效降低長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，從而實(shí)現(xiàn)整體成本效益的最大化。

（3） 環(huán)保方面。堆石混凝土技術(shù)減少了資源浪費(fèi)、碳排放以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，特別體現(xiàn)在就地取材、廢物循環(huán)利用、降低運(yùn)輸成本等方面，契合綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)。

（4） 堆石混凝土技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用推廣前景，適用于各種水利水電及其他領(lǐng)域的大體積混凝土工程，特別是在山區(qū)及地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)的進(jìn)一步完善和普及，有望推動(dòng)水利水電建設(shè)朝更加綠色環(huán)保、高效節(jié)能的方向發(fā)展，為水資源管理和環(huán)境保護(hù)提供有力的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：高小雲(yún)）