枕头坝一级水电站设计优化与相应的投资控制风险

周 相，乔 越

（国电大渡河枕头坝建设有限公司，四川 乐山 614700）

1 工程概况

枕头坝水电站是大渡河干流水电规划的第19级梯级电站，是四川省 “十一五”规划 “5+3”重点工程。电站位于乐山市金口河区境内，距成都市约260 km，总装机950 MW，多年平均年发电量42.52 kW·h。电站采用两级堤坝式开发，具有投资省、建设周期短、输电距离近、经济指标优等特点。

枕头坝一级水电站工程涉及乐山市金口河区、雅安市汉源县、凉山州甘洛县等 “两县一区”和“两市一州”。坝址位于乐山市金口河区核桃坪河段，电站为径流式电站，工程为二等大 （2）型工程，以发电为主，兼顾下游用水。最大坝高86 m，正常蓄水位624 m，装机容量720 MW （4×180 MW），多年平均年发电量32.9亿kW·h，总投资82.87亿元，其中静态投资64.29亿元。计划2014年首台机组发电。

目前，枕头坝一级水电站正在施工的主要有右岸导流明渠及砂石混凝土系统工程和左岸1号堆积体治理与过坝公路工程。

2 设计优化

设计方案的优化可为工程节约投资已成为业主关注的重点。工程设计优化应以减少施工干扰、消除危险源、建立安全施工条件为前提，以确保工程质量、加快工程进度、改善施工环境为基础，以实现建设质量优、投资省为目标。

2.1 优化项目及投资分析

2.1.1 优化项目

该电站主体工程分两期施工：一期利用右岸明渠导流，在此期间完成厂房坝段及1、2号泄洪闸等施工；二期采用已建成的2孔泄洪闸导流，完成右岸3、4、5号泄洪闸施工。

（1）导流明渠工程。导流明渠由右岸护坡、明渠底板和左侧纵向混凝土围堰组成，明渠底宽34.6～40 m，进、出口底板高程分别为585.00 m和583.00 m，总长度约700 m。右岸开挖边坡最高约150 m，边坡长约1.13 km。导流明渠工程土方开挖约133万m3，石方开挖约410万m3，混凝土量约44.5万m3，钢筋0.67万t，锚杆1.9万根，固结灌浆5.6万m。

（2）导流明渠子围堰工程。子围堰工程为总价承包项目，由承包人自行设计、施工、运行、维护和管理，子围堰工程采用高喷防渗、控制性灌浆相结合。

（3）砂石混凝土系统设计、建安及其运行维护。砂石混凝土系统将承担整个电站工程所需砂石料、混凝土的生产供应，砂石料约363万t，混凝土约160.4万m3（其中碾压混凝土17.3万m3），混凝土浇筑强度约8.7万m3/月。其中本合同工程混凝土总量约44.5万m3，混凝土浇筑强度约6.11万m3/月。

在枕头坝一级水电站导流明渠工程和砂石混凝土系统工程施工过程中，为了节省工程投资，减少施工干扰，设计单位结合现场实际情况对导流明渠开挖方案进行了优化。优化的总体方向是使导流明渠整体布置尽量靠河床，在基础处理难度及工程量增加不大的情况下，减少右岸边坡开挖及支护处理。施工图阶段，导流明渠工程的优化设计主要从纵向混凝土围堰的平面布置及结构形式、边坡开挖及支护等方面进行。

通过对各种方案进行比较分析后，确定将导流明渠整体向外 （河床方向）移动5 m左右，从而降低边坡开挖高度，减少边坡开挖量 （见表1）。

从表1可以看出，在开挖边线 （纵向混凝土围堰外移）、边坡坡比调整、1号公路宽度优化后，开挖量减少较大，支护量减少较小；对纵向混凝土围堰结构形式进行优化设计后，混凝土工程量减少；围堰填筑材料由常态混凝土调整为碾压混凝土。在设计优化阶段由于纵向混凝土围堰外移造成子围堰向河床移动，且防洪高程抬高，填筑及防渗工程量均有所增加。

表1 导流明渠招标与优化设计主要工程量对比

2.1.2 投资对比

导流明渠招标阶段及优化设计阶段投资对比见表2。

表2 导流明渠招标阶段及优化设计阶段投资对比 万元

由表2可知，通过设计优化，在不降低质量标准、安全性及运行方便的情况下，较招标阶段减少投资1 220万元。

2.2 设计优化带来的合同风险

在设计院将导流明渠工程进行优化设计后，明渠边坡开挖线向外移动约5 m，为保证导流明渠过流断面，纵向子围堰轴线随之向河床外移约5 m。根据现场试验和地勘结果，纵向子围堰防渗线上河床覆盖层深度和防渗面积比招标阶段增加较多，平均防渗深度增加约5 m，防渗面积增加约1 590 m2，若单纯采用控制性灌浆进行子围堰防渗，因砂砾层中进行控制性灌浆的可灌性较差，基坑渗流量大，不利于导流明渠基坑的后续施工，存在很大的技术风险。为此，经多次召开专题会对纵向子围堰防渗方案进行综合审查并经过深入分析和比较后，决定将原合同 “高喷防渗+控制性灌浆”方案改为 “控制性灌浆+混凝土防渗墙”的混合防渗方案。由于子围堰项目是总价承包项目，因设计优化使得合同边界条件发生改变，承包人为此提出不承担因防渗方案改变而引起的投资增加。之后，发包人与承包人就子围堰项目签订补充协议，取消原总价承包项目，按新方案进行单价承包，最终子围堰项目投资比合同投资增加约3 000万元，远远超出设计优化所带来的经济效益。

2.3 设计优化对后期工程的影响

2.3.1 对河道的影响

由于纵向土石子围堰轴线向河床偏移，侵占大渡河行洪断面10～25 m，导致2011年防洪度汛形势严峻。通过四川大学的水力学模型试验，发现右岸近岸流速偏大，需对右岸子围堰进行加高加固，相应要增加投资约1 000万元。

2.3.2 对混凝土骨料的影响

枕头坝一级水电站工程混凝土总量约178万m3，需要成品砂石骨料392万t，可研设计阶段料源结构为：工程开挖有用渣料 （两岸坝肩玄武岩+河床天然砂砾岩）+卡子岗砂砾料场骨料。施工图阶段对右岸明渠开挖方案进行优化后，右坝肩+导流明渠开挖范围内的有用料勘察储量为230.7万m3，左岸坝肩及基坑开挖范围内的有用料勘察储量为102.4万m3， 共计 333.06 万 m3。

由于设计优化，开挖线外移，开挖料风化严重，有用料在开采、运输、堆存、回采至砂石系统进行加工过程中损耗均增大，通过分析计算得出最终运输至砂石加工系统的有用料仅为171.4万m3，比设计优化前减少约60万m3，因此必须增加卡子岗料场 （可采储量70万m3），才可满足要求，但很多为水下开采，料源质量无法确定，同时给工程带来额外投资。

3 小结

水电工程项目由于受到工程规模、结构形式、地质地形、水文气象和施工条件等多方面因素的影响和制约，具有整体性、相关性和环境适应性。不管是设计还是施工，都需要因地制宜，实时调整，以便更好地适应环境、适应工程需要。因此，通过不断深入的设计优化，可规避安全风险，确保工程质量，降低施工难度，减少施工干扰，加快施工进度，节约工程投资。

但是，若设计优化未考虑到工程的整体性以及各个环节的相互联系、相互制约，则可能会出现优化设计后导致投资增加的结果，最终可能得不偿失。

因此，要切实做好设计优化管理工作，规避投资控制风险，首先应从制度上对设计单位进行约束和管理，其次是要完善建设单位设计优化管理制度。只有从根本上解决了设计管理制度问题，引导设计从系统工程的角度出发，制定有针对性的、经济的、合理的设计方案，才能实现工程整体设计优化效果达到最佳。

［1］ 严军，孙继林，李鹏.瀑布沟水电站建设过程中的设计优化管理［J］.水力发电， 2010， 36（6）:15-16.