EPC總承包模式下波波里水電站一期圍堰設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化

后 兵，宋建威

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

EPC總承包模式采用固定總價(jià)合同，一般情況下，只有在業(yè)主改變施工范圍、施工內(nèi)容等情況下才可以進(jìn)行調(diào)整。EPC總承包工程與施工總承包模式相比，因設(shè)計(jì)、供貨與施工一體化的統(tǒng)籌管理，能為項(xiàng)目業(yè)主方降低投資成本、縮短建設(shè)周期[1]。在EPC總承包項(xiàng)目管理模式下，總承包商能充分發(fā)揮設(shè)計(jì)主導(dǎo)作用，將自身技術(shù)和管理優(yōu)勢(shì)發(fā)揮極致，減少項(xiàng)目成本。

1 工程簡(jiǎn)況

格西波-波波里水電站，位于科特迪瓦蘇布雷市境內(nèi)的撒桑德拉河上，是由中國(guó)水電五局負(fù)責(zé)實(shí)施的EPC總承包項(xiàng)目，該電站裝配3臺(tái)貫流式機(jī)組，裝機(jī)容量112.3MW，最大引用流量為774m3/s，庫(kù)容8200萬(wàn)m3，為日調(diào)節(jié)電站。電站所在地區(qū)屬于熱帶赤道和亞赤道氣候，受赤道低氣壓帶影響，其主要特征為高溫多雨，全年平均溫度26.2℃，一年分為兩個(gè)雨季，分別為4-6月(小雨季)和9-11月，年平均降雨量為1500mm[2]。

電站工程范圍包括：土石壩(4.2km)、發(fā)電廠房(3臺(tái)貫流機(jī)組)、溢洪道、尾水渠(1.4km)、開關(guān)站、輸電線路(16km)、永久瀝青路(15km)、業(yè)主營(yíng)地等。

電站所在河流(桑撒德拉河)，具有河床寬、岔河密布、水流速度急、河心島植被茂密等特點(diǎn)。根據(jù)壩址區(qū)河道寬闊、岔流較多的地形條件和壩軸線長(zhǎng)度較長(zhǎng)的特點(diǎn)，本工程采用分期導(dǎo)流方式。根據(jù)施工進(jìn)度安排，采用兩期施工。一期為全年導(dǎo)流，通過左岸河道泄流，修建河道右側(cè)的大壩、混凝土溢流壩段和廠房壩段，導(dǎo)流期3a；二期為枯期導(dǎo)流，通過右岸溢流壩段泄流，修建左岸大壩，導(dǎo)流期為6個(gè)月。

2 原方案介紹

合同簽訂時(shí)，一期圍堰布置形式為順河流方向布置，從大壩上游主河道分岔口開始，至溢洪道下游河道部分結(jié)束，通過左岸河道過流，修建河道右側(cè)的土石壩、混凝土溢流壩段和廠房壩段。原一期圍堰布置形式見圖1。

圖1 波波里水電站原一期圍堰布置形式

如果按合同簽訂時(shí)圍堰的設(shè)計(jì)方案施工，將要面臨以下幾個(gè)問題：

(1)圍堰順原河道布置，整個(gè)堰體長(zhǎng)期受動(dòng)水沖刷，抗沖防洪安全性能差，且后期維護(hù)成本高；

(2)匯水面積大，波波里地區(qū)，雨季降水強(qiáng)度大，導(dǎo)致施工階段抽排水壓力大；

(3)四分之一的堰體布置在主河道上，河道底部比河岸平均低3m左右，導(dǎo)致土石填筑量大；

(4)距離附近料場(chǎng)較遠(yuǎn)，材料運(yùn)輸成本高，且石料需從臨近蘇布雷項(xiàng)目調(diào)運(yùn)，途經(jīng)當(dāng)?shù)貒?guó)道，車輛眾多，安全隱患大；

(5)施工的輔助工程量大，便道延長(zhǎng)，便道施工難度加大；

(6)桑撒德拉河岔河數(shù)量多，被河心島分割開來，每條岔河流速急、流量大，在戧堤即將進(jìn)占到河心島時(shí)，水位快速雍高，對(duì)岸河心島土石沖刷嚴(yán)重，很難形成閉氣；

(7)河心島植被茂密，覆蓋層厚，且覆蓋層主要為腐殖土與沖積沙，防滲條件差，如果處理方法不妥當(dāng)，對(duì)原始基礎(chǔ)產(chǎn)生擾動(dòng)，會(huì)造成圍堰滲水量加大，嚴(yán)重影響河心島圍堰的防滲效果。

3 設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化

為解決波波里一期圍堰現(xiàn)階段施工，以及后期運(yùn)行將會(huì)面臨的各種問題，項(xiàng)目部認(rèn)真研究、閱讀投標(biāo)資料、業(yè)主合同要求等相關(guān)資料，通過反復(fù)對(duì)比，積極開展設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化工作，聯(lián)系協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)院，舉行詳細(xì)初步設(shè)計(jì)工作意見交流會(huì)，對(duì)一期圍堰的布置形式進(jìn)行優(yōu)化，并在設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行施工方案制定與優(yōu)化。

3.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化

(1)將圍堰由順河道布置調(diào)整為跨河道橫向布置，減小河水對(duì)圍堰的沖刷破壞效果，把圍堰裹頭布置在河心島上，進(jìn)一步降低沖刷破壞風(fēng)險(xiǎn)，提高圍堰的抗沖防洪安全性能[3]。

(2)將圍堰下移，圍堰填筑前期避開主河道，降低石料需求量，利用天然河心島的擋水效果，使一期圍堰分段成型，提前實(shí)現(xiàn)廠房區(qū)域的爆破開挖，利用廠房的開挖料進(jìn)行主河道截流，降低在國(guó)道上運(yùn)輸圍堰填筑石料的安全隱患。

(3)縮短圍堰與大壩、廠房、溢洪道等構(gòu)筑物的距離，盡可能地減少匯水面積。

(4)將進(jìn)場(chǎng)道路與廠房右側(cè)一期下游圍堰，進(jìn)行合并使用，減少圍堰填筑工程量。

在經(jīng)過一系列優(yōu)化之后，波波里水電站一期圍堰布置形式見圖2。

圖2 優(yōu)化后的一期圍堰布置

項(xiàng)目部?jī)?nèi)部達(dá)成一致后，再通過與業(yè)主、監(jiān)理深入溝通，闡述二者利弊，并報(bào)送優(yōu)化后的一期圍堰詳細(xì)初步設(shè)計(jì)圖，最終獲得業(yè)主、監(jiān)理工程師的批準(zhǔn)。圍堰布置形式優(yōu)化前后施工工程量見表1。

表1 工程量對(duì)比

3.2 施工優(yōu)化

3.2.1 圍堰進(jìn)占方案優(yōu)化

在對(duì)多河道河床進(jìn)場(chǎng)束窄填筑時(shí)，傳統(tǒng)方法大多為土料結(jié)合石料進(jìn)行快速進(jìn)占，但這樣進(jìn)占越往后上游水位會(huì)不斷壅高，水流速也會(huì)加大，損失的黏土料也就越多。項(xiàng)目部建立多岔河串-并聯(lián)水力模型，通過分流明渠降低戧堤上、下游水位，在設(shè)備進(jìn)入河心島后，在河心島的圍堰基礎(chǔ)上游側(cè)，開挖一條分流減壓渠，底部高程與相鄰岔河河床平均高程相同，確保該條岔河的河水，通過分流減壓渠快速流入到相鄰岔河中，降低該條岔河河水雍高的高度，降低塊石戧堤上下游的水位差，為后續(xù)土質(zhì)圍堰進(jìn)占施工提供較好的水力條件，大大減少滲水對(duì)土質(zhì)圍堰的沖刷，分流明渠布置見圖3。

圖3 分流明渠布置

3.2.2 河心島圍堰填筑方案優(yōu)化

原方案圍堰為直接布置在河心島沖積堆積層上，沖積堆積層厚度為2.5m～3.5m左右，滲透系數(shù)為1×10-5m/s，原設(shè)計(jì)方案一期圍堰典型斷面見圖4。

圖4 原設(shè)計(jì)圍堰典型斷面

為減少圍堰運(yùn)行期間的滲水量，項(xiàng)目部進(jìn)行綜合對(duì)比，決定在河心島區(qū)域沿圍堰軸線開挖一條齒槽進(jìn)行黏土換填，齒槽底寬為2.5m，開挖邊坡為1∶1，深至河心島基巖表面，使用振動(dòng)碾分層碾壓密實(shí)。最終形成圍堰基礎(chǔ)底部防滲黏土墻。

圍堰施工期間通過施工方案優(yōu)化，大大減少了圍堰運(yùn)行期間的滲流量，優(yōu)化前后的圍堰滲流量對(duì)比見表2。

表2 優(yōu)化前后的圍堰滲流對(duì)比

4 優(yōu)化成效

格西波-波波里水電站一期圍堰布置形式優(yōu)化順利實(shí)施，在采用跨河道橫向布置的設(shè)計(jì)方案后，減少土方填筑10.4萬(wàn)m3，減少石方填筑3.3萬(wàn)m3，同時(shí)圍堰內(nèi)部匯水面積減小，抽排水及其他輔助工程量相應(yīng)減少；使用廠房的開挖料進(jìn)行主河道截流，降低了在國(guó)道上運(yùn)輸圍堰填筑石料的安全隱患；將圍堰由順河道布置調(diào)整為跨河道橫向布置，減小了河水對(duì)圍堰的沖刷破壞，提高了圍堰的抗沖防洪安全性能。

項(xiàng)目部通過開挖分流明渠施工優(yōu)化，減少了圍堰合攏時(shí)土料的填筑損失，通過圍堰砂基齒槽黏土換填施工優(yōu)化，減少圍堰的滲流量，降低了施工期間圍堰內(nèi)部抽排水成本。目前，一期圍堰導(dǎo)流工程已施工完畢且投入使用，得到了業(yè)主及監(jiān)理的驗(yàn)收及認(rèn)可。波波里水電站一期圍堰的填筑，為后續(xù)類似工程提供了技術(shù)支持與寶貴經(jīng)驗(yàn)。波波里水電站一期圍堰全貌見圖5。

圖5 波波里水電站一期圍堰全貌

5 結(jié)語(yǔ)

在科特迪瓦波波里水電站一期圍堰施工過程中，通過大壩布置形式設(shè)計(jì)優(yōu)化、圍堰進(jìn)占方案優(yōu)化、河心島圍堰填筑方案優(yōu)化的案例，得出了以下幾點(diǎn)總結(jié)：

(1)設(shè)計(jì)、施工是EPC模式價(jià)值創(chuàng)造活動(dòng)中最具增值活動(dòng)的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)之一，而設(shè)計(jì)工作尤為關(guān)鍵，設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化工作需要全方位、全過程、全員參與，這不僅僅是設(shè)計(jì)院的工作，施工方也可根據(jù)自己的專業(yè)知識(shí)提出優(yōu)化意見，充分發(fā)揮施工方與設(shè)計(jì)方各自的優(yōu)勢(shì)。

(2)在EPC總承包管理模式下，必須強(qiáng)化設(shè)計(jì)、施工管理工作，確保施工既要理解設(shè)計(jì)意圖，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念的產(chǎn)品化、功能化；反之用施工成本控制的思維模式亦能指導(dǎo)設(shè)計(jì)優(yōu)化，檢驗(yàn)和驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性、經(jīng)濟(jì)性。

(3)樹立牢固的成本意識(shí)，抓施工過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，抓各個(gè)細(xì)節(jié)，持續(xù)開展方案優(yōu)化細(xì)化工作，及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)與施工方案不合理的地方提出意見，樹立“以技術(shù)為龍頭，經(jīng)營(yíng)為核心，精誠(chéng)協(xié)作，精干高效，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、精益化”的理念管控項(xiàng)目。