攀鋼尾礦用作金沙水電站混凝土骨料可行性分析

彭 海 波， 溫 革

(1.四川省能投攀枝花水電開發有限公司，四川 攀枝花 617068；2.長江勘測規劃設計研究院，湖北 武漢 430010)

1 工程概述

金沙水電站是金沙江中游十級水電樞紐梯級規劃的第九級，位于金沙江中游攀枝花市西區河段，上距觀音巖水電站壩址28.9 km，距攀枝花市區11 km，下距銀江水電站壩址21.3 km。工程以發電為主，同時兼有供水、改善城市水域景觀和取水條件、對觀音巖水電站進行反調節等綜合效益。電站最大壩高66 m，壩頂高程1 027 m，壩軸線長度為394.5 m；水庫正常蓄水位高程1 022 m，死水位高程1 020 m，總庫容為1.08億m3，調節庫容1 120萬m3，具有日調節功能，控制流域面積25.89萬km2，多年平均流量1 870 m3/s；電站總裝機容量為560 MW(4×140 MW)，多年利用小時數為4 540 h，多年平均年發電量為21.77億kW·h。電站建設周期為7 a，總投資約74.23億元，2020年首臺機組發電，2021年工程竣工。

金沙水電站混凝土總量為150.97萬m3(含噴混凝土)，計及臨建工程和損耗，共需混凝土骨料165.91萬m3。

2 混凝土骨料料源

2.1 開挖利用料

金沙水電站壩軸線下游側左岸安裝場、廠房、右岸導流明渠下游等部位的基巖為正長巖。弱風化巖體的開挖量為102萬m3，微風化巖體的開挖量為79萬m3，可利用量合計為181萬m3。

為降低工程造價，混凝土骨料可以利用工程弱風化和微新巖體開挖料，不足部分從石料場開采或從市場購買。

2.2 老花地人工骨料場

老花地人工骨料場位于老花地沖溝北側臨江山坡，地表高程為1 100～1 300 m，坡角為30°～40°；高程1 210 m以上稍緩，坡角為20°左右。料場北側沖溝規模較??；南側沖溝規模較大，即老花地泥石流溝。料場距壩址約4.4 km，現有3#公路通至壩區、渣場，交通便利。

料場區大部分地段基巖裸露，地層巖性為二疊系上統峨嵋山組(P3em)玄武巖，暗綠色，以致密狀為主，少量為杏仁狀構造；玄武巖巖體在地表以下20 m范圍內裂隙發育，巖體破碎，多呈鑲嵌結構，符合混凝土人工骨料的質量要求。料場區順河長約300 m，面積約10萬m2，全、強風化帶厚度為10～15 m。弱風化帶與微新巖體天然儲量為425萬m3，其中微風化巖體天然儲量為349萬m3；開挖剝離層厚度為8～15 m，剝離方量約113萬m3，剝采比為0.27。

2.3 攀鋼尾礦料

攀鋼尾礦料至壩址距離約24 km。攀鋼尾礦料分布高程為1 130～1 340 m，順江長2 km，縱向寬1～1.6 km，面積3.2 km2，堆填厚度為60～100 m，坡度為30°～40°。料場前緣地形破碎，溝壑發育，發育洗槽里、夾皮溝、道溝及大河溝等沖溝。棄渣場目前無變形跡象，現狀穩定性較好。

尾礦料以粗顆粒為主，塊徑一般為30～50 cm，小者為2～10 cm，少量大者為1～2 m，棱角狀。尾礦巖性主要為輝長巖，具有輝長結構，主要由單斜輝石、斜長石和鐵質不透明礦物組成。尾礦巖石顆粒密度為2.96～3.08 g/cm3，塊體飽和密度為2.94～3.07 g/cm3，塊體干密度為2.94～3.06 g/cm3，吸水率為0.09%～0.33%，飽水率為0.17%～0.41%。飽和抗壓強度為55.1～144 MPa，飽和彈性模量為16.2～45.6 GPa，飽和變形模量為12.5～38.4 GPa，飽 和 泊 松 比為0.25～0.29，軟化系數為0.6～0.95，均值為0.8，總體屬于不軟化巖石，個別低于0.75(與取樣有關)。物理力學指標均符合規程規定的質量技術要求(表1)。砂漿棒快速法堿活性檢測試驗結果表明：3組巖樣14 d膨脹率為0.008%～0.016%，小于0.1%；28 d時的膨脹率為0.01%～0.017%，小于0.2%，為非活性骨料。

攀鋼尾礦棄渣體積大于1.2億m3，儲量豐富。尾礦料料場可通過夾皮溝簡易公路、S310省道至壩址區，運距約24 km，運輸條件較好。

3 混凝土骨料料源的選擇

3.1 料源選用技術方案的確定

由上述分析可知：金沙水電站壩軸線下游側開挖利用料、老花地人工骨料和攀鋼尾礦料均滿足金沙水電站混凝土骨料質量要求。

金沙水電站可研階段混凝土骨料采用明渠開挖有用料，不足部分從老花地人工骨料場開采，其中利用導流明渠開挖有用料54萬m3、電站廠房開挖有用料78萬m3，不足部分從石料場開采石料33.9萬m3。

金沙水電站混凝土骨料優先利用工程開挖有用料，不足部分由技術上可行的混凝土骨料料源供給，方案有兩個：一是從老花地人工骨料場開采加工，運距約5 km；二是購買攀鋼尾礦加工料，運距約24 km。

表1 攀鋼尾礦料巖石試驗成果匯總表

3.2 經濟比較分析

筆者對技術上可行的兩個混凝土骨料料源方案進行了經濟比較(表2、3)，初步分析結果顯示：方案二比方案一投資節省約2 403.94萬元，經濟方面較優,而且避免了方案一存在的征地、移民及環保等方面的復雜程序。

表2 兩方案工程概算情況一覽表

表3 老花地人工骨料開采支護主要工程量一覽表

3.3 料源選擇

綜上所述，將攀鋼尾礦用作金沙水電站混凝土骨料技術上可行，而且經濟性較優。因此，筆者建議金沙水電站工程不足的混凝土骨料采用購買攀鋼尾礦料進行加工的方式予以解決。

4 結 語

筆者對儲量、開采條件、運距、質量和經濟等因素進行初步比較分析后得知，選擇攀鋼尾礦作為金沙水電站混凝土骨料具有可行性和經濟性，但實際應用時還存在以下問題：

(1) 尾礦含磁鐵礦，巖石密度較一般粗骨料密度大，有可能影響混凝土拌和物的施工性能，導致混凝土在振搗、運輸和澆筑過程中出現分層離析而影響混凝土質量，并有可能導致混凝土出現層間結合問題。

(2) 料場骨料分布規律及尾礦骨料的加工性能尚不清楚。初步加工性能表明尾礦人工砂石粉含量為19%左右，超過相關標準上限；其次，尾礦人工碎石顆粒級配不均，中徑篩余較小，其原因可能是受到尾礦自身強度特性影響，也可能是受加工系統生產技術水平和設備能力的影響所致。

(3) 尾礦作為骨料在水電工程中的應用較少。攀鋼尾礦僅在桐子林水電站和二灘水電站的臨時工程中有少量應用，尚缺乏尾礦骨料與水泥、粉煤灰、外加劑等混凝土原材料的適應性以及用于大型水利水電工程混凝土的拌和物性能、力學、熱學、變形、抗裂、耐久等性能影響的相關技術資料。

針對上述問題，在實際應用之前，有必要從尾礦骨料的分布規律和加工性能、尾礦骨料與混凝土原材料的適應性、尾礦骨料對混凝土拌和物及硬化混凝土各項特性的影響及機理、尾礦骨料大壩混凝土溫控等方面對攀鋼尾礦用作金沙水電站混凝土骨料關鍵技術進行系統研究，進一步論證攀鋼尾礦用作金沙水電站混凝土骨料料源的可用性、適用性、經濟性和可靠性，為工程料源選擇提供科學依據。