AETS水利樞紐工程混凝土骨料場選擇與平衡分析

張萬軍

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

AETS水利樞紐工程常規(guī)混凝土及噴護(hù)混凝土總量約127.96萬m3，其中籌建準(zhǔn)備期混凝土總量14.38萬m3，主體工程施工期113.58萬m3，根據(jù)樞紐布置，主體工程施工期可將混凝土供應(yīng)范圍分為樞紐施工區(qū)和廠房施工區(qū)，樞紐施工區(qū)包括大壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔、生態(tài)電站和發(fā)電洞上半段等，廠房施工區(qū)包括廠房及引水發(fā)電洞后半段，樞紐施工區(qū)混凝土總量約為82.55萬m3，廠房施工區(qū)混凝土總量約為31.03萬m3。工程混凝土需用量大，骨料單價對工程投資影響較大，料場選擇及開采方式對工程施工尤為重要。本文結(jié)合工程基本情況，對工程混凝土骨料場的選擇與平衡進(jìn)行分析探討。

1 料場概況

經(jīng)探查，有5個天然砂礫石料場滿足設(shè)計要求。建筑物石方開挖料大部分為白云巖及灰?guī)r，滿足混凝土骨料質(zhì)量要求[1-3]。考慮開采、運輸、堆存、回采和運輸?shù)葥p失，預(yù)計可回采方量約80萬m3。

C1料場位于壩址上游左岸，距壩址3 km～4 km，為河漫灘和Ⅰ級階地，地形開闊，長 1000 m，寬180 m～250 m，面積0.2 km2。巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。

C2料場位于壩址上游左岸，距壩址0.8 km～1.5 km，為河漫灘和Ⅰ級階地，地形呈向南傾斜的緩坡，長800 m，寬200 m～300 m，產(chǎn)地面積0.2 km2。巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。

C3該料場為砂礫石主料場，位于兩岸河灘及Ⅰ級階地，距壩址1.5 km～7.8 km，料場沿河呈條帶狀分布，長7400 m，寬230 m～550 m，面積4.0 km2，巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。該料場大部分位于河漫灘，7、8月份洪水期均位于水下。

C4料場位于兩岸河灘及Ⅰ級階地，距壩址7.8 km～15 km，料場沿河呈條帶狀分布，長7400 m，寬230 m～550 m，面積3.7 km2，巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。該料場大部分位于河漫灘，地下潛水位埋深淺，7、8月份洪水期均位于水下。

C5料場料場位于廠房下游左岸河漫灘及Ⅰ級階地，料場沿河呈彎曲的窄條帶狀分布，長880 m，平均寬300 m，面積0.26 km2，為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。該料場大部分位于河漫灘，7、8月份洪水期均位于水下。

根據(jù)地質(zhì)試驗成果，各砂礫石料場儲量特性表見表1；砂礫石質(zhì)量情況分析見表2。

表1 天然建筑材料料場特性表

表2 砂礫石料場質(zhì)量分析表

2 混凝土骨料平衡計算

各建筑物混凝土級配選擇首先應(yīng)滿足強(qiáng)度指標(biāo)和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，同時還應(yīng)考慮施工工藝，便于運輸、澆筑及振搗。通常而言，多級配混凝土因消耗水泥少而單價低，因此大體積混凝土（如閘井混凝土和回填混凝土等）采用三級配，以減少水泥用量，降低水化熱，減少混凝土成本；對于一些薄壁鋼筋混凝土及泵送混凝土（如洞襯混凝土及防滲墻等）宜采用二級配，便于施工運輸、澆筑及振搗；噴護(hù)混凝土均按一級配考慮[4-5]。籌建期及主體工程施工期各工區(qū)混凝土統(tǒng)計量見表3。

表3 籌建期及主體工程施工期各工區(qū)混凝土統(tǒng)計量 單位：萬m3

按照水工建筑物混凝土設(shè)計要求和混凝土數(shù)量，選定各部位混凝骨料的級配，根據(jù)《水利建筑工程預(yù)算定額2002》中混凝土材料配合比及材料用量計算出各種粒徑骨料需要量。經(jīng)計算，各種骨料需要量見表4。

表4 混凝土骨料數(shù)量統(tǒng)計表

表5 各方案綜合對比表

3 料場選擇

3.1 籌建準(zhǔn)備期

籌建準(zhǔn)備期樞紐區(qū)主要施工導(dǎo)流洞、1#、2#交通洞及混凝土面板壩防滲墻等項目混凝土總量約14.38萬m3。

由于C1和C2料場位于壩址上游，工程截流后汛期基本被淹沒，故C1和C2料場不宜選作主體工程混凝土骨料料源，但可用作籌建準(zhǔn)備期項目的混凝土骨料料源。C1料場位于壩址上游左岸，距壩址3 km～4 km，C2料場位于壩址上游左岸0.8 km～1.5 km處。根據(jù)料場位置、級配及開采條件，選擇較近的C2料場作籌建準(zhǔn)備期樞紐區(qū)施工項目的混凝土骨料場[6-7]。

3.2 主體工程施工期

3.2.1 樞紐施工區(qū)

主體工程施工期樞紐區(qū)主要建筑物有混凝土面板壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔、生態(tài)電站和發(fā)電洞上半段等，混凝土總量94.28萬m3。工程截流后上游料場在汛期被淹，選擇位于壩址下游最近的C3料場為樞紐施工區(qū)混凝土骨料場。本工程樞紐施工區(qū)部分洞渣料及石方明挖料經(jīng)破碎后可作為混凝土骨料。

經(jīng)平衡計算，C3料場天然開采獲得率僅34%左右，開采獲得率較低，本階段對C3料場天然篩分+超徑石破碎補(bǔ)償方案和利用開挖料破碎加工混凝土骨料兩個方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選，比較結(jié)果見表5。

通過經(jīng)濟(jì)比較，樞紐區(qū)混凝土骨料加工選擇C3料場天然篩分+超徑石破碎補(bǔ)償方案。

3.2.2 廠房施工區(qū)

廠房施工區(qū)主要建筑物有發(fā)電廠房和發(fā)電洞后半段等，混凝土總量31.03萬m3。廠房施工區(qū)石方開挖量42.76萬m3，由地質(zhì)資料計算分析，僅14.31萬m3石渣料可用作人工混凝土骨料，考慮到開采、運輸及存儲損耗，最終可制備約26萬t混凝土骨料，占混凝土骨料總需求量30%，70%仍需由料場開采加工，且現(xiàn)場施工過程中混料嚴(yán)重，甄別可用料困難。因此不考慮利用開挖料破碎加工混凝土骨料。根據(jù)料場位置、交通及開采條件，廠房施工區(qū)混凝土骨料可由C4料場、C5料場供應(yīng)。C4料分為兩個區(qū)，1區(qū)主要分布在河道左側(cè)，開采需跨過主河床，交通布置困難。2區(qū)位于廠址對岸，料場開采后勢必改變原河床，從而使水位流量關(guān)系發(fā)生變化，影響到廠房永久運行。C5料場位于廠房下游河灘及Ⅰ級階地，無用層儲量4萬m3，水上有用層儲量20萬m3；水有用層儲量為90萬m3。料場地勢平坦，交通便利，且料場開采后對廠房永久運行無影響，因此，廠房區(qū)混凝土骨料由C5料場供應(yīng)。經(jīng)平衡計算，C5料場天然開采獲得率僅28%左右。因此選擇天然砂礫料篩分+超徑石破碎方案[8-9]。

4 料場平衡計算

4.1 籌建準(zhǔn)備期

C2-1區(qū)料場無用層厚度0～0.5 m，采用132 kW推土機(jī)平均推運50 m清除。有用層采用2 m3挖掘機(jī)裝15 t自卸汽車運至蓖條篩預(yù)篩，篩除大于80 mm的大石。小于80 mm混合料由皮帶機(jī)運至振動篩篩分出各級成品骨料，并將＜5 mm的砂料由洗砂機(jī)清洗后運至成品料堆。篩分廠處理能力200 t/h。

料場覆蓋層清除量為2.13萬m3，開采天然砂礫料約72.39萬t，加工成品骨料41.54萬t，其中礫石27.35萬t，砂14.19萬t。C2混凝土骨料開采加工平衡計算見表6。

4.2 主體工程施工期

表6 C2混凝土骨料開采加工平衡表

4.2.1 樞紐施工區(qū)

C3料場無用層厚度0～1.0 m，采用132 kW推土機(jī)平均推運50 m清除。有用層采用2 m3挖掘機(jī)挖裝15 t自卸汽車運至蓖條篩預(yù)篩，篩除大于80 mm的大石。

小于80 mm混合料由皮帶機(jī)運至振動篩篩分出各級成品骨料，并將＜5 mm的砂料由洗砂機(jī)清洗后運至成品料堆。篩分廠處理能力2×220 t/h。

大于80 mm超徑石、80 mm～40 mm級配棄料及墊層料場運來的超徑石均用于破碎加工中石、小石和砂。

本工程加工過渡料及墊層料時產(chǎn)生超徑石約137.19萬t，其中37.43萬t為＞300 mm的礫石用于干砌石及漿砌石。60 mm～300 mm（99.76萬t）全部運至破碎加工系統(tǒng)加工混凝土骨料，考慮到轉(zhuǎn)運、運輸損耗等因素，墊層料加工場的棄料約97.79萬t可運至破碎加工系統(tǒng)進(jìn)行破碎加工。

C3料場覆蓋層清除量為8.0萬m3，開采天然砂礫料約214.0萬t，利用墊層料超徑石棄料97.79萬t。加工成品骨料247.13萬t，其中礫石165.002萬t，砂82.126萬t。開采獲得率為78.9%。C3混凝土骨料開采加工平衡計算見表7。

表7 C3混凝土骨料開采加工平衡表

4.2.2 廠房施工區(qū)

C5料場無用層厚度0～0.5 m，采用132 kW推土機(jī)平均推運50 m清除。有用層采用2 m3挖掘機(jī)挖裝15 t自卸汽車平均運至蓖條篩預(yù)篩，篩除大于80 mm的大石。

小于80 mm混合料由皮帶機(jī)運輸至振動篩篩分出各級成品骨料，并將＜5 mm的砂料由洗砂機(jī)清洗后運至成品料堆。篩分廠處理能力220 t/h。

大于80 mm超徑石棄料、80 mm～40 mm級配棄料均用于破碎加工中石、小石和砂。

C5料場覆蓋層清除量為3.43萬m3，開采天然砂礫料約102.5萬t，加工成品骨料83.296萬t，其中礫石54.773萬t，砂28.532萬t。開采獲得率81.3%。C5混凝土骨料開采加工平衡計算見表8。

表8 C5混凝土骨料開采加工平衡表

5 結(jié)論

從料場顆分來說，C2料場最優(yōu)，但使用時間較短，因此籌建期和主體施工期混凝土骨料場選擇C2、C3料場是合適的；由于地形阻隔，距離較遠(yuǎn)，選擇C3、C4砂石加工系統(tǒng)分區(qū)供應(yīng)混凝土骨料的方案是合適的。從時間及空間上考慮不同的料場加工混凝土骨料，并充分利用開挖料及料場開采超徑石，以降低混凝土造價。該結(jié)果可為后期料場比選提供理論依據(jù)。