混凝土天然砂礫石骨料的選擇與設計

許田地

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司 合肥 230088）

1 工程概況

牛嶺水庫地處安徽省宣城市涇縣境內，是國務院確定的172項重大水利工程之一。水庫規模為大（2）型水庫，工程等別為Ⅱ等，水庫總庫容1.69 億m3。樞紐工程由混凝土重力壩、壩頂泄洪表孔、壩身泄洪中孔、壩內埋管式發電引水系統、壩后式發電廠房和升壓開關站、魚道等建筑物組成。混凝土重力壩、泄洪表孔、壩身泄洪中孔、引水系統、魚道出口等為2 級建筑物；壩后式發電廠房、升壓開關站為3級建筑物。大壩主體工程混凝土總量約41.0 萬m3。

2 混凝土骨料的設計需要量

壩體混凝土為大體積混凝土，骨料配合比以四級配為主，上游壩面、墩墻、溢洪道、廠房等部位骨料配合比以二級配為主。根據水工設計計算工程量及配合比試驗成果，計算混凝土各級配骨料的設計需要量，骨料總設計需要量為75.7 萬t，見表1。

表1 工程混凝土骨料設計需要量分析表

3 混凝土骨料料場的調查選擇

3.1 天然砂礫料場調查

根據地質調查，工程區域共分布有8 個砂礫石料場，從上游至下游分別為上壩址砂礫石料場、下壩址砂礫石料場、園潭灣砂礫石料場、姚村砂礫石料場、吳村砂礫石料場、湖村砂礫石料場、湖村下游砂礫石料場以及下壩址河床砂礫開挖料。

調查的這8 處砂礫料場的地層結構簡單，為新近沉積的砂礫石層，表層含少量漂石，厚度一般大于2m，礫石的巖性主要為微風化的石英細砂巖，少量花崗閃長巖。砂的礦物成分以石英及長石為主，夾部分深灰色頁巖碎屑，砂呈棱角狀，磨圓度較差，砂料多為中粗砂，巖性指標等滿足工程設計要求。

由表2可知，本次調查的砂礫料場總儲量為131.6 萬t，本次設計骨料需要量為76 萬t，儲量滿足規范1.5 倍的要求。根據料場砂礫料的減活性試驗及破碎試驗成果，骨料質量滿足設計要求。

表2 砂礫料場天然級配儲量表

3.2 其他料場的調查

地質揭示，工程區的地層以石英細砂巖夾頁巖、石英細砂巖和砂質頁巖互層、石英細砂巖夾細砂巖和砂質頁巖以及石英細砂巖夾細砂巖五種組合為主，其中砂質頁巖及細砂巖層狀分布間有泥質膠結，且泥質含量大，強度低，分布以層狀分布為主。

工程區的大壩開挖范圍及周邊可選的塊石料場，砂質頁巖及細砂巖組合層廣泛分布，泥質膠結層難以排除，不宜作為混凝土骨料加工原料。工程的壩基開挖石料不具備加工成品骨料的條件，同時工程區域也不具備塊石料場開采的條件。

3.3 料場的選擇

根據天然砂礫料篩分成果，砂礫料的級配良好，開采后經分級篩分，可直接轉運至砂石料堆場作為混凝土骨料使用，其開采加工工藝簡單，骨料供應強度高，工程經濟性好。在料場儲量充足的前提下，經過單一篩分工藝可獲得混凝土骨料則最為經濟。

工程區附近共調查確定了8 處可供開采的天然砂礫料場。按照施工組織設計的進度安排及土石方平衡規劃，大壩基礎開挖砂礫料及下壩址料場的砂礫料主要用于大壩上游圍堰的填筑骨料，其余的6處料場均選擇作為大壩混凝土骨料的砂礫料場使用，儲量約121.1 萬t。

4 天然砂礫料存在的問題及級配調整措施

4.1 天然砂礫料存在的問題分析

根據《水利水電工程施工組織設計規范》SL303 中的關于料場骨料開采、運輸、加工損耗補償的相關計算規定進行混凝土骨料料場原料設計需要量計算。

混凝土骨料料場原料設計需要量可按公式C.0.3計算，均為自然方。

VH需=1.2×〔VH場+VH場存×（K3-1）〕×K4×K5

式中：

VH需—混凝土骨料料場原料設計需要量，萬t；VH場—扣除工程開挖可利用量后的加工混凝土骨料所需原料，萬t；

VH場存—來自料場的需轉存的混凝土骨料原料量，萬t。該工程的上壩址料場受圍堰雍水淹沒影響需轉存外，其余均從料場直接取用。

K3為轉存損耗補償系數，取1.1；K4為運輸損耗補償系數，取1.04；K5為開采損耗系數，水上取1.08，水下取1.2。

根據上式可知，VH需混凝土骨料料場原料設計需要量約83.4 萬t，大于大壩混凝土的設計計算需要量為76 萬t，選定的天然砂礫料場的料源數量基本滿足大壩混凝土骨料需求。

除滿足數量的要求外，對料場的天然級配與設計配合比級配進行了比較，對比情況見表3，由表可知，在本次調查的6 個砂礫料場全部開采篩分的情況下，天然砂礫料中的中石、小石及砂料數量仍小于設計需求量，而蠻石、超大石及大石等超徑石則大于設計需要量。由于工程區附近已無再可利用的天然砂礫料場，無法利用更多的砂礫料源篩分出足夠的中石、小石以及砂料。因此，需利用現有資源對天然砂礫料的級配進行調整。

4.2 天然砂礫料的級配調整措施

料場的天然砂石料在扣除損耗補償后，粒徑大于150mm 的蠻石含量約為11 萬t，150～40mm 特大石及大石含量約35.5 萬t，40～5mm 中小石含量約21.8 萬t，砂料含量約13.8 萬t，含泥量約為1.2 萬t。工程設計各級配混凝土骨料需要的特大石及大石為10.5 萬t，中小石約40.4 萬t，砂料24.7 萬t。天然砂礫石料中的特大石及大石儲量較高，大于設計需要的數量約24.9 萬t；中小石及砂料儲量較低，中小石缺18.6 萬t，砂料缺10.9 萬t。

工程擬采用天然砂礫料中多余的36.1 萬t 中、大石及蠻石等超徑石進行級配調整，利用這些粒徑范圍在300mm 以下超徑石，通過一道簡易的中碎加工，形成粒徑更小的中、小石，以增加中小石數量，同時還可利用加工后的中、小石，二次加工成人工砂。超徑石經過破碎加工后，有效地補充了砂石料中的中小石含量，優化了混凝土骨料的級配，滿足了設計級配需求。

采取超徑石加工破碎補充中小粒徑骨料優化骨料級配的措施，既能充分利用砂礫石資源，同時兼顧工程經濟性及工程設計需求。

根據表3計算可知，天然砂礫石料場直接篩分用于大壩混凝土澆筑的骨料量為46.2 萬t，多余用于中碎加工的40～300mm 的超徑石為36.1 萬t，扣除損耗后，破碎加工可獲得中石9.4 萬t，小石9.2萬t，人工砂10.9 萬t。根據大壩混凝土施工強度，天然砂礫石料篩分能力為400t/h，碎石加工生產能力為208t/h，人工砂加工原料采用破碎后的中小石（40～5mm），生產能力為50t/h。

表3 主體工程混凝土設計骨料級配平衡計算表

5 結語

工程區附近的天然砂礫石料源較為豐富，開采加工便利，其質量及儲量均能滿足工程需求，工程經濟性好。料場的天然骨料的級配分布較為均勻，但受總儲量限制，混凝土骨料的級配仍需采取超徑石料破碎來調整。在工程實施階段，應根據料場復勘成果以及混凝土澆筑計劃，試驗確定天然骨料及人工砂石料的聯合使用配合比方案，做好骨料的生產與大壩混凝土的澆筑順暢銜接，確保大壩施工順利開展■