马鹿塘二期大坝料场方案变更对项目施工影响的分析与评价

邓仁杰（1974—），男，工程师，多年从事水利水电工程施工，参加过多座混凝土面板堆石坝施工规划与组织。马鹿塘二期大坝料场方案调整对项目施工影响的分析与评价邓仁杰杨立峰马炜（中国水利水电第十四工程局有限公司曲靖分公司655000）【摘要】马鹿塘二期大坝采用混凝土面板堆石坝坝型，于2010年完建，最大坝高154m，总填筑方量超过615万m3，是云南省内最高的当地材料坝。项目规划及实施期间，通过对料场开采条件、料源质量等的综合分析比较，最终实施的料场选址方案相对于招标设计发生了重大调整，并因此导致取料开挖、大坝施工等一系列组织方案的相应调整，本文从技术及经济角度对料场调整带来的主要影响进行分析与评价，希望对后续项目的施工组织有所借鉴。【关键词】面板堆石坝料场变更影响分析评价1、工程概况马鹿塘二期水电站坐落在云南省文山州麻栗坡境内的盘龙河上，工程等别为Ⅱ等大（2）型，装机容量300MW，工程枢纽建筑物之一的大坝采用混凝土面板堆石坝坝型，为1级建筑物，最大填筑坝高154m、总填筑方量超过615万m3。本工程枢纽区域主要为花岗岩地质，筑坝材料选用花岗岩料，规划采料场位于坝址下游1.0～2.5km处左岸山坡，根据地形地貌、地质条件及地理区位分布条件，分为四个独立采区（Ⅰ～Ⅳ采区），招标文件拟定的主选料场为第Ⅲ采区，辅选料场为第Ⅳ采区，两个采料区的地质地形特征及开采特性见表1。表1花山料场第Ⅲ、Ⅳ采区特性对比表特性名称地质地形特征采料特性备注第Ⅲ采区采区整体地势较缓，自然边坡坡角30°～46°，坡表有少量灌木，坡顶风化较深、坡积层厚，最大达41m以上，需要剥离开挖的弃料在全采区内分布相对均匀规划开挖高程EL620.0～EL430.0m，规划开采面积约11.5万m2，料源储量约600万m3；料场后边坡每15m设置一条2m宽马道，每级边坡作一层开挖料场到坝基及弃渣场平均直线距离分别为1.3km、1.1km第Ⅳ采区采区地形较陡，自然边坡坡角45°～60°，坡表基本无植被覆盖，弃料主要集中在采区上部，最大剥离厚度约20m，EL650.0m以下山体风化浅、基岩裸露规划开挖高程EL710.0～EL450.0m，规划开采面积约13.2万m2，料源储量约630万m3，料场后边坡每20m设置一条2m宽马道，每级边坡分二层取料、后边坡一次预裂成型料场到坝基及弃渣场平均直线距离分别为1.9km、0.4km2、规划方案与实施方案对比根据招标文件规划，大坝填筑料源的首选方案为花山料场第Ⅲ采区，然工程开工后，建设单位出于多方面原因的考虑，最终选择了第Ⅳ采区取料方案（开采至EL580.0m后又调整扩大了开采范围）。根据项目开工前已经探明的地质资料及周边地形环境等条件进行对比，不难总结两个采区规划方案各有如下优点和不足之处。2.1第Ⅲ采区的优劣性分析2.1.1第Ⅲ采区的优点（1）距坝址较近，上坝运输成本低，有利于工程成本的控制。（2）地势平缓，有利于现场道路等施工布置，也利于现场的水土保持和环境保护。（3）采区规划面积大、采料高度小，适于采用大型设备组织流水式施工，有利于工效提高和成本控制。2.1.2第Ⅲ采区的不足（1）弃料剥离量大且分布范围广，不利于现场组织及成本控制。（2）采区上部风化程度高、料源品质较差，不利于坝体填筑质量控制。（3）采区距离施工生活区较近，施工生产与生活办公之间会产生一定的干扰。2.2第Ⅳ采区的优劣性分析2.2.1第Ⅳ采区的优点（1）采区远离现场民房、耕地及施工临建设施等，施工所带来的负面影响小。（2）采区范围基岩埋深小，弃料剥离量小，有利于降低成本并缩短工期。（3）采区内的岩体风化程度弱，料源品质高，有利于大坝填筑质量的保证。（4）采区临近弃渣场布置，有利于前期工作的开展并对后期工程的组织形成良性推动。2.2.2第Ⅳ采区的不足（1）采区至坝基距离相对较远，势必导致上坝运输成本的增加。（2）采区内地形较陡，采区内临时道路的布置难度及费用增加，采料时需加强开挖料的防滚落保护措施。3、对取料开挖方案的影响招投标阶段，根据对招标文件的理解及现场踏勘收集的信息，基于Ⅲ采区开采平台宽大的优势条件，承建单位计划采用在同一平台多区平行作业、开挖平台逐层整体下降的方案开挖，钻爆方案为钻孔孔径100～150mm、台阶高度15m的梯段钻爆，料场边坡每15m设置一条2m宽马道，即每级边坡作一层开挖。Ⅳ采区的平面形状为狭长条带状，料场方案调整后，投标规划的平面分区的采料方式不再适用，承建单位因此对采料方案进行了必要的调整，采用平面单向推进、立面多台阶平行作业的组织方案，并将钻爆方案调整为钻孔孔径70～110mm、台阶高度10m的梯段钻爆，料场后边坡每20m设置一条马道，即每级边坡分两层取料。4、对设备选型方案的影响项目招投标阶段，根据招标设计文件的料场规划方案，承建单位从施工成本控制的角度出发，通过对部分完建和在建同类项目的类比和综合，确定了“电动正铲集装为主、履带式反铲集装为辅”的装车方案，主要挖装设备选择沃尔沃WD400A型电动正铲（斗容4.0m3）及利泊海尔R954反铲（斗容2.7m3）等大型集、装车设备；与之相匹配的料场运输车辆为25T自卸车、高峰配置30台；主要钻孔设备为阿特拉斯ROC460等4台履带式潜孔钻机（钻孔孔径90～150mm）。采料方案调整到Ⅲ采区后，根据采区特性及规划钻爆方案，承建单位将设备方案调整为单一的反铲装车方案，主要挖装设备采用日立EX330、小松PC400等反铲（斗容1.4～1.8m3），料场运输车辆调整为15～20T自卸车的混合车队、高峰配置54台；主要钻孔设备为古河HCR1200等5台履带式潜孔钻机（钻孔孔径70～110mm）。5、对坝体分期方案的影响料场规划方案调整在一定程度上直接导致了坝料开采准备工作的延后，而且第Ⅳ采区开挖体呈上薄下厚的格局，决定了其上部可供开挖料较少，亦即前期采料时，开挖强度难以满足较大的填筑强度需求。承建单位结合第Ⅳ采区的特征，调整了大坝填筑施工的前期强度，并对坝体填筑分期方案进行了必要的调整，调整前后的坝体填筑分期方案见图1及图2所示，主要施工特性对比见表2。图1料场调整前的坝体填筑分期方案（投标方案）图2料场调整后的坝体填筑分期方案（实施方案）530.0575.0515.0629.5480.0坝轴线634.0I期Ⅳ期II期Ⅲ期Ⅴ期570.0510.0表2调整前后坝体填筑分期方案特性对比关系表填筑分期填筑特性Ⅰ期Ⅱ期Ⅲ期Ⅳ期Ⅴ期最大填高（m）调整前40553559.54.5调整后356540填筑方量（万m3）调整前117.04195.089.81210.352.8调整后99.24206.5696.05作业时段（年.月）调整前07.01~07.0507.06~07.1208.01~08.0408.06~09.0510.03~10.03调整后07.01~07.0507.06~08.0108.02~08.0408.05~09.0209.07~09.09根据以上图表对比可知，为了适应调整之后料场前期开采强度下降的变化，承建单位对Ⅰ～Ⅲ期的坝体填筑方案进行了如下针对性的调整：降低Ⅰ期填筑强度，并提升后续Ⅱ期及Ⅲ期的填筑强度，以实现2008年汛期的防洪度汛安全对大坝填筑形象的强制性要求。6、其它相关影响6.1对工期安排的影响从表2可知，料场方案的调整对坝体填筑强度的直接影响一共持续了17个月，此期间，在项目施工资源总配置方案基本维持不变的前提下，由于料场及大坝施工资源分配的调整，势必引起其它平行组织施工的分部项目占用资源的变化，从而必然引起这些项目实际进度和工期的调整，实际上，同属一个标段施工范围的溢洪道等项目实际工期安排也确实较合同工期发生了很大的变化。就大坝施工标段总体而言，一方面是基于建设单位对项目总工期的调整要求，一方面也得益于承建单位对“快速施工法”及其它先进工艺、方法的使用和推行，使得标段工程中的坝工部分较合同控制工期提前6.7个月完成，当中促成工期提前的原因固然是多方面的，但因料场变更而带来的积极影响显然不容忽视。6.2对道路方案的影响在主标合同开工前，本项目工程的场内主干道已已经建设完成，均为泥结石路面，坝基与四个采区之间布置有L2及L5两条主干道，若采用第Ⅲ采区取料方案，仅需自L5干道布置5条支线道路即可满足采料及运输要求，新布置的支线道路总长约1.6km；取料方案调整至第Ⅳ采区后，因取料区高差增加且地形较陡，实际布置了1条机械便道（约1.3km，毛路，开采区范围内布置）、1条干线（约0.85km，碾压混凝土路面）及5条支线（泥结石路面），新布置的干线及支线道路总长约2.8km。6.3对坝料分区的影响坝体填筑的主供采料区方案调整后，为适应坝料品质的变化，同时也出于成本及质量控制等其它多方面因素的考虑，设计单位对坝体填筑料的分区方案进行重大调整，调整前后的填筑分区对比情况见图3，调整后的次堆石料填筑量由115万m3增加到269万m3（主堆石料工程量相应减少，其它坝料工程量不变）。图3调整前后坝体坝料分区方案对比图629.5480.0634.0235846次堆石料609.52117强风化岩料干砌石护坡629.5480.0634.023584609.52117调整前调整后图中：1—坝前盖重料；2—垫层料；3—特殊垫层料；4—过渡料；5—主堆石料；6—强风化料；7—次堆石料；8—干砌块石7、相关技术经济分析综合上面的说明，就料场方案变更导致几个实施方案调整，可对施工期间直接形成的主要技术与经济变化作如下简略分析。7.1坝料开采钻爆成本对比投标设计及施工资料，可知导致钻爆破成本变化的因素主要有两个方面。7.1.1钻孔成本的变化投标设计方案针对第Ⅲ采区的平均爆破钻孔指数约为12m3/m、第Ⅳ采区实施方案的平均爆破钻孔指数约为9.5m3/m，按500万m3的规划开采量计算，调整后的总钻孔长度增加约为500÷9.5－500÷12≈11.0万m；若每个炮孔的超深钻孔长度按1m计，采料分层方案调整后增加超深钻孔长度约为500÷9.5÷10－500÷12÷15≈2.5万m。由此可见，取料钻爆方案调整后，致使爆破钻孔深度增加约13.5万m，不仅导致了钻孔成本的增加，亦导致了钻孔设备使用费的增加。7.1.2爆破成本的变化爆破成本的变化主要源于两个方面：其一，钻孔数量的增加及爆破方案的变更引起雷管等火工材料消耗量的变化；其二，调整前后两个采料区的岩性、岩层特征变化导致火工材料耗用率的变化。对于方案调整前后爆破成本的变化，通过比较投标期间0.47kg/m3的预期炸药单耗与施工期间0.56kg/m3的平均实际炸药单耗，应该可以很简单地给出结论，虽然爆破成本的增加，也可能由于其它一些技术或人为因素所致。7.2机械设备使用成本除爆破钻孔设备的使用成本变化外，比较调整前后的设备配置方案，可知机械设备使用成本变化还来自于如下两个方面。7.2.1动力成本的变化设备运行动力成本的变化，一是因反铲装车方案替代电动正铲装车方案而来，根据合同规定及材料时价，施工用电价格较低且为固定价，而燃油时价浮动、施工期间的平均价格亦高出签订合同时的价格许多；二是因为运距的增加而导致单位上坝料的平均运输油耗增加。7.2.2耗材及工资成本的变化一方面由于坝料开采及运输方案调整后，设备配置数量增加，致使设备零配件等耗材用量的增加及设备维修保养费的增加；再一方面是设备增加后，设备操作及维修保养人员均相应增加，不仅直接加大了工资付出，也导致了相应管理成本的提升。7.3道路修建及运行成本7.3.1修建成本的变化根据新建取料道路的变更方案对比，可知料场变更后的取料道路修建工程量增加（约1.2km），以及为保证新建道路运行安全需要而进行的主干道路面硬化处理（约0.85km），这些都导致了直接工程成本的增加。7.3.2运行维护成本的变化在本项目工程施工成本预算中，虽然道路运行成本不是主要的组成部分，但取料运距的增减，毫无疑问会对施工期间的道路维护、维修成本形成直接的影响。7.4弃料开挖及运输成本7.4.1开挖成本的变化对比第Ⅲ、Ⅳ两个采区规划方案，可知第Ⅲ采区的弃