山皮土筑坝新技术可行性分析及其初期效益评价

2017-08-30李萍

黑龙江水利科技 2017年6期

关键词：关门坝体可行性

李萍

(本溪满族自治县关门山水库管理处，辽宁本溪 117100)

山皮土筑坝新技术可行性分析及其初期效益评价

李萍

(本溪满族自治县关门山水库管理处，辽宁本溪 117100)

新技术的提出和应用往往需要经过一系列的工程应用验证和总结，通过理论与实践相互结合最终推广应用。文章针对山皮土筑坝新技术，研究了山皮土筑坝新技术的技术特征，并从理论方面、施工方面、技术水平方面、试验方面分析了该新技术的可行性，结合本溪市关门山水库的现场工程应用情况，对其工程的经济效益、社会效益和生态环境效益进行了分析，通过研究发现，山皮土筑坝技术具有较好的技术特征，且具有较好的可行性，能够为本溪市社会经济快速、高效发展，发挥其巨大的社会、经济和生态环境效益。

山皮土筑坝；技术特征；可行性分析；初期效益

关门山水库具有防洪灌溉兼有养鱼及旅游的中型水库，自开工建设使用山皮土筑坝新技术以来，解决了水库工程隐患问题，为水库最大可能的发挥功能和综合效益提供重要保障。目前，汛期水位已经恢复至370.40m，工程运行正常，效果显著。

1 山皮土筑坝技术特征研究

1.1 材料技术特征

山皮土筑坝新技术是基于水利水电工程筑坝、筑堤技术填筑材料的创新，该技术突破了传统的以砂土及砂砾石作为填筑土坝坝体或坝壳主要材料的界限，是一种可以广泛应用的筑坝、筑堤新材料。

1.2 施工方法技术特征

通过山皮土在施工方法和技术上进行创新，根据实验确定了山皮土筑坝、筑堤的技术参数，包括山皮土机械压实厚度、碾压次数、山皮土施工最佳含水量、松铺系数等，与常规以砂土及砂砾石作为填筑材料筑坝、筑堤相比较有明显的改进[1-3]。

1.3 长期稳定性技术特征

新技术的研发能够有效解决坝体加培施工工程质量难以控制的问题，由于大坝培厚水平宽度、填筑面较窄，且因为有一定的坡度，施工中筑坝料难以摊铺、机械碾压，存在新老堤结合、工程跨春夏季、跨汛期施工对大坝加固施工影响大等诸多难题。通过该新技术对大坝加高、培厚填筑，坝体坚实，强度较高，强度应力高于砂砾石和砂料，作为坝顶行车不弹软，石料镶嵌紧密、不松散，稳定性强，效果明显[4-6]。

图1 山皮土筑坝施工现场

1.4 经济和社会效益技术特征

山皮土筑坝新技术是因地制宜施工的重要验证，具有长期稳定性、就地就近取材，减少弃料不占农田，优先考虑枢纽建筑物开挖料的利用等优势；同时，山皮土便于开采运输和压实，施工方便、快捷等特点，特别是运距是砂砾料料场的1/10，可节省大量运输费用与工程投资。此外，山皮土筑坝施工时对环境的影响极小，对当地的生态环境几乎不产生影响，经济效益和综合效益显著。

2 山皮土筑坝技术可行性研究

2.1 理论上可行性

《碾压式土石坝设计规范》(LS274—2001)对筑坝填料有如下规定：

1)就地就近取材减少弃料少占或不占农田，优先考虑枢纽建筑物开挖料的利用。

2)枢纽建筑物开挖料的利用应与天然土石料场开采料一样。

3)料场开采或枢纽建筑物的开挖料原则上均可直接作为筑坝材料或经处理后用于坝的不同部位，但沼泽土膨润土和地表土不宜采用[7-9]。

从以上规范内容可以看出：山皮土作为筑坝材料是积极提倡和应用新筑坝材料的重要方面，因此，新技术应用在理论上可行。

2.2 施工上可行性

关门山水库筑坝施工现场附近山皮土料场资源储量较多，在水库工程施工过程中，放置山皮土不用，选择其他土方则容易导致山皮土的大量剥离，造成严重的水土流失和土方浪费。通过初步踏勘计算结果可知：水库工程附近的山皮土方量不仅能够达到坝体施工加固、加高、培厚等所需要的土方量，而且储量远远高于设计工程土方量的5倍，具有充足的备用料场。

因地制宜，山皮土作为筑坝材料进行土方运输时，最大运距≤3km，而且施工场地内的筑坝材料运输，不仅可以节省工程运费和成本，也不会造成运输过程中产生的施工交叉干扰和环境破坏污染问题。因此，新技术应用在施工上可行。

2.3 技术水平可行性

课题组技术力量雄厚，完成单位和参加单位均为施工一级资质，并与多家著名高校和科学院所进行合作，包括：辽宁省水利水电勘测设计研究院、辽宁省水利水电科学研究院、长江科学院等等。研究人员通过对优选的4种大坝填筑材料进行实验研究并进行对比分析，结合《规范》对筑坝材料各项物理、力学等指标的要求，最终确定了山皮土作为可采用的筑坝材料。

2.4 试验上可行性

为进一步验证设计方案的可靠性、经济性、明确施工工艺、质量控制目标和要点，课题组研究人员选择关门山水库左坝端桩0+000-0+100段，埋设2个观测断面，对山皮土筑坝进行现场原型试验，并进行施工、运行期间的现场观测和数据分析。

表1 大坝背水侧坝壳填筑土方试验结果

注：1.土样为风化山皮土； 2.土样为砂砾料。

表2 不同里程土方回填压实质量检测结果汇总表

根据试验结果、观测数据以及现场工程实践相比较，确定了各种筑坝材料的施工参数，结合现场施工情况给出了合理的施工参数建议值，包括：山皮土铺料厚度确定为40cm，采用13t自行式振动碾，碾压遍数为6遍，含水量控制在最优含水量±3%范围内，干密度取值范围为1.78-1.81g/m3。

通过系统试验、研究和观测分析，山皮土作为筑坝材料满足工程设计要求的各种技术参数指标，新技术以及施工工艺等能够消除水库大坝安全隐患问题，大大提高坝体的防洪能力、安全性和稳定性，节省工程造价、质量优良以及具有良好得社会效益。因此，山皮土筑坝技术具有可行性[10-12]。

3 山皮土筑坝效益分析

3.1 经济效益

关门山水库工程经济效益与防洪投入之比为10.22∶1，远高于10∶1(全国平均水平)，经济效益费用比为10.00，净收益达到126325.9万元，均超过规范《水利建设项目经济评价规范》(SL72-94)以及《已成防洪工程经济效益分析计算及评价规范》(SL206-98)中对各项指标的要求。经过统计，该工程多年的平均防洪效益为140026.9万元，节省工程费用276.7万元。因此，关门山水库加固工程山皮土筑坝在经济上效益显著。

3.2 社会效益

该工程建设能够有效保护流域下游人民的生命财产安全和土地的保护不流失，避免两岸的耕地、林地等免受洪水威胁和侵害，对沿河1万hm2耕地和19.6万人具有保护作用。保障该地区经济持续、稳定、协调地发展，改善周边地区的生态环境。

3.3 生态环境效益

通过将生物、工程措施等紧密结合，注重可持续发展和生态保护理念，注重建设以生态自然、现代中式造园技术、艺术塑造、人文景观与生态游赏综合的现代、绿色、可持续的水库风景区，创造了青山、绿水、绿色库区风景区。该工程竣工投入使用，已逐渐成为流域经济增长的拉动区、生态环境的保护区、旅游观光的风景区，能够为本溪市社会经济快速、高效发展，发挥其巨大的社会、经济和生态环境效益。

4 结语

关门山水库的防洪除险加固工程是为保证本溪市经济、社会和生态环境健康发展的重要保证，文章通过理论与实践相结合，分别从材料、施工方法、长期稳定性、经济和社会效益四个方面对山皮土筑坝新技术的技术特征进行了深入的研究，并从理论方面、施工方面、技术水平方面、试验方面分析了该新技术的可行性，结合本溪市关门山水库的现场工程应用情况，对其工程的经济效益、社会效益和生态环境效益进行了分析。通过对新技术在关门山水库的应用研究得出结论：山皮土筑坝技术具有较好的技术特征，且具有较好的可行性，对于本溪市经济、社会的发展与稳定具有重要的保证作用，随着新技术的逐步推广和应用，能够为当地产生巨大的社会、经济和生态环境效益。

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