論土谷塘航電樞紐工程砂石骨料推薦方案

楊 凌

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

1 工程概況

土谷塘航電樞紐工程位于湘江干流中游的衡南縣云集鎮附近，是《湘江干流規劃報告》中9個開發梯級建設中的第六級。本工程位于湘江干流衡陽段，上距近尾洲水電站49km，下距大源渡水電站100 km，以航運為主、航電結合、以電促航、并兼有灌溉、改善濱水景觀等綜合效益。屬Ⅱ等工程，主要建筑物為3級建筑物。

本樞紐工程由船閘、廠房、泄水閘、土壩等建筑物組成，水庫正常蓄水位58.0 m，相應庫容1.97億m3。船閘布置于右岸，閘室有效尺寸為180 m×23 m×3.5 m（長×寬×門檻水深）；河床式電站廠房布置于左岸，總裝機容量90 MW，安裝4臺22.5 MW的燈泡貫流式機組；泄水閘共17孔，孔口凈寬20 m；閘壩頂高程70.5 m，最大壩高30 m。

2 砂礫石料設計

2.1 砂石骨料的需要量

經初步計算，本工程混凝土方量（含導流工程）77.31萬m3，其中左岸 36.75萬m3，右岸40.57萬m3，經計算整個工程共需砂礫石成品料180.78萬t，其中左岸共需86萬t，右岸共需95萬t。表1為各級成品骨料需要量表。

表1 各級成品骨料需要量表（考慮損耗系數）

2.2 砂石料場基本情況

本階段初查砂石料場4個，包括蒸市砂礫石料場、月洲砂礫石料場、落砂洲砂礫石料場、錫皮洲砂礫石料場，共查明儲量233.04萬m3。

（1）蒸市砂礫石料場：位于壩址上游湘江左岸邊灘，距上壩址陸運49km。查明儲量48.73萬m3。含礫率75.8%，含砂率24.2%。料場地面高程（58.0～63.0）m。有用層厚（2～4）m。水、陸運輸方便，但運距遠。

（2）月洲砂礫石料場：位于壩址上游，為湘江左側河心洲，距上壩址水運6 km。查明儲量83.29萬m3。含礫率61.2%，含砂率38.8%。料場地面高程（49.0～55.0）m。 有用層厚 （3～5）m。 礫石成分主要為石英砂巖、次為砂巖、硅質巖及少量板巖。砂的平均粒徑0.33mm，細度模數2.21 Fm，含泥量1.7%。場地較為開闊，適宜機械化開采。水路運輸方便，陸路有10余公里的村級碎石路需加以改造。

（3）落砂洲砂礫石料場：位于壩址上游附近，為一河心洲。查明儲量 88.96萬 m3。 含砂率43.8%，含礫率56.2%。分布高程（46.5～51.0）m。 有用層厚（3～4）m，基本無剝離層。礫石成份以石英砂巖為主，次為砂巖、硅質巖及少量板巖。礫石粒徑（5～40）mm的占92.8%。礫石以中細礫為主，粗礫較少。砂的平均粒徑0.31 mm，細度模數1.97 Fm，含泥量2.1%。

（4）錫皮洲砂礫石料場：位于下壩址附近，為一河心洲。查明儲量12.06萬m3，基本無剝離層，分布高程（44.0～49.5）m，多分布于水下。即常水位時為水下開采，可采層厚（1～5）m，礫石以中細礫為主，粗礫較少，質量較好，運距近。

各料場儲量及有關物理指標見表2～表5。

表2 天然砂礫石料場儲量統計表

表3 天然砂礫石料場主要物理指標

表4 砂礫料場級配資料

表5 砂礫料場各粒徑儲量表

從表中所列各項指標可以看出，蒸市料場距離壩址稍遠，毛料運輸成本較高，本階段不選擇作為毛料來源。綜合本工程需要量，本階段選擇落砂洲和月洲兩個砂礫石料場作為天然砂礫石料來源。經土石方平衡規劃，24萬m3主體工程砂礫石開挖料可利用作為毛料來源。

3 砂石料開采加工方案比選

3.1 方案一

以砂需要量控制：毛料利用主體工程開挖料48萬t，從落砂洲料場開采毛料176.14萬t，從月洲料場開采毛料49.14萬t。以砂需要量為控制，外購（40～80）mm 粒徑粗骨料6.59萬t，級配棄料72.79萬t。各粒徑砂礫石平衡計算見表6。

本方案具有開采量大、棄料多的缺點，故不作單價計算比較。

3.2 方案二

3.2.1 施工組織設計

（以 20 mm～40 mm 粒徑需要量控制）毛料利用主體工程開挖料 48萬 t，從落砂洲料場開采毛料134.61萬 t。 外購（40～80）mm 粒徑粗骨料11.21萬t，外購砂24.06萬 t，級配棄料 12.51萬t。各粒徑砂礫石平衡計算見表7。

3.2.2 砂石料單價計算

設計采用天然砂石料，成品骨料需要量180.78萬t，毛料利用主體工程開挖料48萬t，開采落砂洲毛料134.61萬t。落砂洲料場距壩址2 km。根據設計級配要求，級配棄料12.71萬t，棄料率7.03%（占砂石成品需要量）。成品料堆至拌合樓100 m，采用皮帶機運輸。另外購40～80粒徑料11.21萬t，外購砂24.06萬t。

表6 天然級配平衡計算（方案一，以砂需要量控制） 萬t

表7 天然級配平衡計算（方案二，以20～40 mm粒徑需要量控制） 萬t

3.2.2.1 落砂洲料場

根據地質勘察資料及施工組織設計資料，毛料開采采用250 m3/h采砂船開采。

（1）礫石單價。計算需經毛料開采運輸、砂礫料篩選、成品料運輸、棄料運輸及超徑石棄料攤銷等工序單價計算綜合。 即：14.97×1.74×1.1+6.67×1+1.94×1.65+11.36×1.65+23.02×7.50%=19.04 元/t

折算成方量：19.04×1.65=31.41元/m3

（2）天然砂單價。計算需經毛料開采運輸、砂礫篩選、成品料運輸等工序單價計算綜合。即：14.97×1.74×1.1+6.67×1+1.94×1.55=17.39 元/t

表8 天然級配平衡計算（方案三，不足砂利用5 mm～40 mm余量破碎） 萬t

折算成方量：17.39×1.55=26.95元/m3

3.2.2.2 外購礫石

按照設計要求，外購40～80粒徑料11.21萬t，根據現場調查了解的資料，當地礫石價格為48元/m3。

3.2.2.3 外購砂

按照設計要求，外購砂24.06萬t，根據現場調查了解的資料，當地砂價格當地礫石價格為48元/m3。

礫石綜合單價：48×5.56%+31.41×94.44%=32.33元/m3

砂綜合單價：48×32.48%+29.65×67.52%=35.61元/m3

3.3 方案三

3.3.1 施工組織設計

不足砂破碎方案：毛料利用主體工程開挖料48萬t，從落砂洲料場開采毛料 152.71萬t。 外購（40～80）mm 粒徑粗骨料 10.35 萬 t，需利用（5～40）mm 余量破碎制砂19.04萬t。各粒徑砂礫石平衡計算見表8。

3.3.2 砂石料單價計算

設計采用天然砂石料，成品骨料需要量180.78萬t，毛料利用主體工程開挖料48萬t，開采落砂洲毛料152.71萬t。落砂洲料場距壩址2 km。根據設計級配要求，需破碎制砂19.04萬t，利用5～10余量破碎。級配棄料0.54萬t，棄料率0.32%（占砂石成品需要量）。成品料堆至拌合樓100 m，采用皮帶機運輸。另外購40～80粒徑料10.35萬t。

3.3.2.1 落砂洲料場

根據地質勘察資料及施工組織設計資料，毛料開采采用250 m3/h采砂船開采。

（1）礫石單價。計算需經毛料開采運輸、預篩分、砂礫料篩洗、成品料運輸、棄料運輸、超徑石棄料攤銷等工序單價計算綜合。即：18.32×1.74×1.13+1.22×1+6.68×1+1.91×1.65+10.79×1.65+19.66×0.32%=19.79 元/t。

折算成方量：19.79×1.65=32.66元/m3

（2）天然砂單價。計算需經毛料開采運輸、預篩分、砂礫料篩洗、成品料運輸、棄料運輸、超經石棄料推銷等工序單價計算綜合。即：18.32×1.74×1.13+1.22×1+6.68×1+1.91×1.65+10.79×1.65×0.32%=19.79 元/t。

折算成方量：19.79×1.55=30.68元/m3

（3）人工砂單價。人工砂單價計算需經毛料開采運輸、預篩分、沙礫料篩洗、制砂、成品料運輸、棄料運輸、超經石棄料推銷等工序單價計算綜合。即：18.32×1.74×1.28+1.22×1×1.28+6.68×1×1.28+23.72×1+1.91×1.65+10.79×1.65×0.32%+21.58=47.73 元/t。

折算成方量：47.73×1.50=71.59 元/m3。

3.3.2.2 外購礫石

根據現場實際調查了解的情況外購礫石單價為48 元/m3。

礫石綜合單價：48×5.73%+32.66×94.27%=33.54元/m3

砂綜合單價：30.68×74.51%+71.59×25.49%=41.11元/m3

經計算，方案二的砂石料單價最優，故本階段推薦方案二。砂礫石料單價方案比較見表9。

表9 砂礫石料單價各方案比較表

綜上所述，本階段推薦砂礫石料開采加工方案如下：砂礫石毛料從落砂洲料場開采，同時利用主體工程砂卵石開挖料，共需從落砂洲料場開采砂礫石毛料134.61萬t，利用主體工程砂卵石開挖料48萬t，另需外購 40～80粒徑料 11.21萬 t，外購砂 24.06萬t。

4 結 語

長期以來，湖南省水運資源沒有得到很好的開發和利用，造成這種狀況的主要原因是長期以來航道基礎設施建設總投入太少，缺乏一個穩定的資金來源。大源渡航電樞紐和株洲航電樞紐的建設，為航運部門綜合利用水資源積累了成功的經驗，也為航運部門提供了“航電結合，以電促航”的開發新途徑。土谷塘航電樞紐的建設，可新增年發電量約3.3億kW·h，進一步增強“以電促航”能力，使湘江航運逐步實現滾動開發，湖南航運建設步入良性循環。

在項目建設前期充分結合土谷塘航電樞紐自身的特點，進行地材方案比選以及效益分析，一方面可以在項目建設前期及時發現問題，采取相應措施；另一方面，對投資進行有效控制，可以避免不必要的資金浪費，提高項目總體效益。