雙江口水電站人工骨料原巖物理力學特性及骨料性能試驗研究

李 靜， 袁國慶

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072)

1 概述

雙江口水電站壩址河谷狹窄，泄洪、放空建筑物泄洪最大水頭約250m，洞內流速高、下泄流量大，洞式溢洪道最大流速約46m/s，深孔泄洪洞最大流速約40m/s，豎井泄洪洞最大流速約32 m/s，放空洞最大流速約40m/s，樞紐的泄洪流量達8086m3/s。具有“窄河谷、高水頭、高流速、大泄量”的特點。高壩泄洪時，高速挾沙水流對泄水建筑物表面會造成空蝕和沖磨損破壞，破壞程度與水流和泥沙條件，如流速、流量、水流中的含沙量、泥沙粒徑、顆粒形狀及硬度等有關，也取決于建筑物表面材料的抗蝕、抗沖磨性能。因此，該工程在對河口料場、飛水巖料場和色龍溝料場不同人工骨料原巖物理力學性質研究的基礎上進行了細、粗骨料性能、抗磨耗試驗研究，進而優選出了最佳的骨料料源。

2 料場概況及原巖性能指標

河口料場位于壩址上游約1km的腳木足河與綽斯甲河匯合口，兩河所夾的條形山脊為近壩上游一主要石料場。綽斯甲河側地形較陡，地形坡度約55°，腳木足河側地形坡度稍緩，約44°，坡腳發育狹長階地。該石料場基巖多裸露，基巖巖性主要為變質砂巖夾板巖、千枚巖捕擄體，次為偉晶巖和燕山晚期中細粒二云二長花崗巖，受火成巖體侵入和地質構造影響巖體擠壓變形明顯，巖層產狀變化較大，總體產狀為N10°E ～ N22°W/NW(SW)∠72°～84°。

飛水巖石料場位于壩址下游約1～2km的大渡河左岸S211省道旁、飛水巖溝的下游側，交通方便，為近壩下游的主料場。該料場分布高程約2350～2700m，地形坡度35°～45°，巖性為燕山早期似斑狀黑云鉀長花崗巖，穿插偉晶巖脈(約占3% ～8%)。2380m高程以上多分布厚約15～30m的崩坡積層，后緣地形坡度較陡，約 65°～80°。

色龍溝料場位于壩址下游約196km的色龍溝溝口上游側，山體兩面臨空，分布高程1750～2000m，地形坡度45°～55°。地表基巖大多裸露，局部覆蓋坡殘積堆積物、崩塌堆積物，推測厚度為3～5m，局部可達8～10m，為剝離層。巖性為泥盆系薄～中厚層狀變質灰巖、白云巖夾絹云母鈣質石英片巖，巖層產狀為N45°E/NW∠55°。

對各料場原巖進行的礦化分析表明:飛水巖花崗巖和河口變質砂巖含量均以SiO2為主，最低含量均超過50%，Al2O3含量次之，平均含量在10%以上，其它化學成分以CaO、Fe2O3為主，但總體含量較少。色龍溝料場巖石化學成分以CaO為主，其次為SiO2和MgO，其燒失量在30．23% ～39．16%之間，結合磨片鑒定結果，表明其主要組成為白云石。

原巖性能試驗結果見表1。表1中累計了各個料場取樣的原巖試驗結果的平均值。

表1 原巖礦化分析結果平均值匯總表

表2 原巖試驗結果平均值匯總表

從表2可以看出，各原巖的天然密度、干密度、飽和密度等指標相差很小，但不同巖性之間差別較大，其中色龍溝料場白云質灰巖指標最大，飛水巖料場花崗巖指標最小。各料場原巖平均含水率為0．1% ～0．17%、飽和吸水率為0．22% ～0．47%、軟化系數為 0．75 ～0．8，較為適中，各原巖的平均凍融損失率為0．02% ～1．76%，較小。飛水巖花崗巖干抗壓強度平均值為105 MPa，飽和抗壓強度平均值為83MPa;河口變質砂巖的干抗壓強度平均值為102MPa，飽和抗壓強度平均值為80．9MPa;色龍溝白云質灰巖干抗壓強度平均值為122．96MPa，飽和抗壓強度平均值為 92．33MPa。

各料場原巖的飽和抗壓強度均大于40MPa，凍融重量損失低于1%，SO3含量低于0．5%，均滿足規范《水電水利工程天然建筑材料勘察規程》DL/T5388-2007要求。相對而言，色龍溝白云質灰巖的各項指標均略優于其他兩種巖石。

依據《水工混凝土砂石骨料試驗規程》(DL/T5151-2001)中巖石堿活性的檢測方法，采用化學法、砂漿長度法、砂漿棒快速法、混凝土凝柱體法對各料場巖石進行了堿活性的檢測，均為非活性骨料。

3 人工細骨料性能指標

人工細骨料加工均采用XMBL-77型溢流式棒磨機室內加工，采用相同的工藝對各料場巖石人工細骨料進行物理力學性能試驗。細骨料試驗按照《水工混凝土砂石骨料試驗規程》DL/T5151-2001進行，并按照《水電水利工程天然建筑材料勘察規程》DL/T5388-2007和《水工混凝土施工規范》DL/T5144-2001對檢測結果進行評判。試驗結果見表3。

表3 人工細骨料物理性能試驗結果平均值匯總表

從表3可以看出，各料場的人工細骨料的表觀密度、表干密度、飽和吸水率、堅固性、平均粒徑和云母含量均滿足相關規范要求，但堆積密度、空隙率、細度模數和石粉含量都出現了沒有達到或突破規范推薦范圍的情況。松散堆積密度較低，空隙率較高，其原因為室內加工的細骨料形狀差異較大，《水工混凝土施工規范》(DL/T5144-2001)沒有對空隙率和堆積密度作要求或規定，說明這兩項指標可以在施工時選擇優良的機械設備得到改善。河口料場平均細度模數為2．33，石粉含量為27．2%，超出了規范要求，這對骨料的開發使用不利。色龍溝料場石粉含量最低，其平均值為11．9%，而細度模數最高，平均值為2．85。在實際施工生產中，通過選用制砂設備并調整生產工藝，可以獲得滿足施工規范要求的人工細骨料。

4 人工粗骨料性能指標

人工粗骨料采用PE250×150型顎式破碎機和600×400復擺型顎式破碎機破碎軋制塊石后，經室內人工篩分分級成四個級配的人工粗骨料并進行了基本性能試驗。試驗按照《水工混凝土砂石骨料試驗規程》DL/T5151-2001進行，并按照《水電水利工程天然建筑材料勘察規程》DL/T5388-2007和《水工混凝土施工規范》DL/T5144-2001對檢測結果進行評判。不同料場粗骨料試驗結果平均值統計結果見表4。

表4 人工粗骨料物理性能試驗結果平均值匯總表

從表4可以看出，各料場人工粗骨料堆積密度、空隙率相對較大，已經超出了《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》DL/T5388-2007的要求，其原因是室內加工的粗骨料形狀差異較大，《水工混凝土施工規范》DL/T5144-2001沒有對空隙率和堆積密度作出要求或規定，說明這兩項指標可以在施工時選擇優良的機械設備得到改善。

《水工混凝土施工規范》DL/T5144-2001對壓碎指標的規定與說明:(1)壓碎指標值是碎石或卵石抵抗壓碎的能力。碎石和卵石的壓碎指標是根據近十多年的統計數據并參考國外有關標準修訂的，我國大部分地區的粗骨料可以滿足要求。碎石和卵石的壓碎值與混凝土強度等級之間的關系較為復雜，目前還沒有獲得足夠的試驗數據，因此，標準中規定的限值(表5)可以作為一般的控制值。(2)對于深成的火成巖和變質巖，當其壓碎指標不大于12%時，可以用于配制C9040～C9055標號的混凝土;當其壓碎指標不大于20%時，可以用其配制C9035及以下標號的混凝土。

表5 粗骨料壓碎指標表

從三個料場骨料的壓碎指標看，河口料場、飛水巖料場的骨料多處于12% ～20%之間，按照《水工混凝土施工規范》DL/T5144-2001要求，可以用于配制C9035及以下的混凝土，而不宜用于配制C9040～C9055標號的混凝土，色龍溝料場骨料壓碎指標為6%，可以滿足配置C9040～C9055標號混凝土的要求。

5 人工骨料抗磨耗試驗

試驗采用室內小型球磨機，按《水工混凝土砂石骨料試驗規程》DL/T5151—2001規定的骨料試驗級配進行，各料場相同級配骨料相同轉數時磨耗率的平均值統計結果見表6。

表6 人工骨料磨耗試驗結果平均值匯總表

從表6可以看出，河口料場和雙江口料場各個級配磨損率均超過規程的要求，表明兩個料場骨料的抗磨損能力均較差。色龍溝料場a、b、c級配的人工粗骨料在200轉和1000轉時，磨耗率均滿足規程要求。對于A、B、C、D級配粗骨料100轉的磨耗率也僅是C、D級配的磨耗率超過規程要求，其余磨耗率均滿足規程要求。

6 結語

(1)三個料場原巖性能指標和粗、細骨料性能指標均能滿足配制C9035及以下的混凝土;

(2)從骨料的壓碎指標看，色龍溝料場骨料可滿足配制C9040～C9055標號的混凝土，河口料場和飛水巖料場骨料均不滿足配制高標號混凝土的要求，故可針對這兩種骨料進行高標號混凝土的試驗研究;

(3)從骨料的抗磨耗指標看，色龍溝料場骨料滿足規程要求，河口料場和飛水巖料場骨料均不滿足規程要求，故可針對這兩種骨料進行改性沖磨混凝土試驗研究。

［1］ 水電水利工程天然建筑材料勘察規程，DL/T5388-2007［S］．

［2］ 水工混凝土砂石骨料試驗規程，DL/T5151-2001［S］．

［3］ 水工混凝土施工規范，DL/T5144-2001［S］．