西藏扎拉水電站混凝土骨料料源選擇分析

摘要：扎拉水電站工程混凝土骨料料源品質差異較大，為了落實料源方案，從料源質量、開采運輸條件、砂石加工系統設置、施工總布置與施工用地，以及經濟指標等方面進行綜合比選。結果表明：由于天然料砂（碎）石加工系統除泥流程復雜，制成混凝土的強度和耐久性不如人工骨料；人工骨料砂石系統工藝成熟，制成混凝土質量保證率高，且經濟性占優。最終確定采用扎史同溝石料場集中供料、少量工程開挖料補充的料源方案。

關鍵詞：混凝土骨料； 天然砂礫石料； 人工骨料； 料源選擇； 扎拉水電站

中圖法分類號：TV42""文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.08.007

文章編號：1006-0081（2024）08-0047-05

0 引 言

國內外新建的大中型水電工程常需開展混凝土骨料料源的比選工作，如烏東德水電站［1］、龍開口水電站［2］、溪洛渡水電站和巴基斯坦卡洛特水電站［3］等。上述比選往往多從料源本身的品質與性能，料場開采運輸條件、運距，以及砂石骨料加工工藝等角度著手，較少涉及不同料源對工程施工布置方案的影響。本文以扎拉水電站為研究對象，在混凝土骨料選定過程中，考量了料源自身的各關鍵因子，詳細分析了不同料源方案在砂石加工系統設置［4］、砂石料運輸方案、施工總布置和用地等方面的差異，通過多維度比選，較全面地揭示了不同料源方案對工程的影響。

1 工程概況

西藏扎拉水電站為引水式混合開發的電站，壩址位于昌都市左貢縣碧土鄉，廠址位于林芝市察隅縣察瓦龍鄉，廠壩間直線距離4.8 km。工程擋水建筑物采用混凝土重力壩，壩頂高程2 820 m，最大壩高70 m；引水發電建筑由引水隧洞、調壓室、蝶閥室、高差約600 m的兩級壓力豎井和地面廠房組成，采用兩機一洞的布置形式，電站廠房安裝2臺500 MW沖擊式水輪機組。

工程建設需92.63萬m3澆筑混凝土和噴射混凝土，工程自身石方開挖約150萬m3，但開挖料巖性復雜多變，有板巖、變質砂巖、變質流紋斑巖、大理巖和白云質灰巖，僅14.6萬m3引水隧洞洞挖料變質流紋斑巖、大理巖及結晶灰巖可用作混凝土骨料，遠不能滿足工程混凝土骨料需要。為此，需在地質勘察和試驗的基礎上，按優質、經濟、環保的原則，對料源分布、儲量、質量及開采運輸條件進行綜合分析和物料平衡規劃，在技術經濟比較后選定料源方案［5-6］。

2 料源基本情況

針對天然建筑材料，在壩址工區初選了2處天然砂礫料場和1處人工骨料場，在廠址工區初選了1處人工骨料場，并開展了地質勘察和試驗工作。

2.1 巖迫階地砂礫料場

巖迫階地砂礫料場位于大壩軸線上游約3.5 km的右岸臨河階地，順河長約620 m，寬40～150 m，階面地勢平坦，臨河岸坡坡度一般35°～50°。

料場有用層為第四系更新統沖積物，厚度16.2～45.5 m，儲量98.9萬m3。砂礫母巖為花崗巖、花崗閃長巖及變質砂巖、輝長巖等硬質巖，多呈圓狀-次圓狀。

料場有用層中的蠻石、礫石（粒徑＞5 mm）平均含量80.6%，砂（粒徑0.075～5 mm）平均含量167%，泥（粉粒、黏粒，粒徑＜0.075 mm）平均含量2.8%。混合料級配曲線見圖1，曲率系數平均值53，不均勻系數平均值109.8，級配不良。

篩分產生的天然砂平均含泥量14.5%，泥塊平均含量3.8%，輕物質平均含量2.35%，均超標；平均粒徑0.44 mm，偏大，直接篩分的天然砂不適合用作混凝土細骨料。料場開采的剝采比為1∶9.73。

2.2 壩址左岸階地砂礫料場

壩址左岸階地砂礫料場位于壩址左岸扎郎上溝與扎郎下溝之間Ⅲ級階地，該料場位于大壩左岸壩肩和下游護岸開挖范圍內。

料場有用層為第四系更新統沖積物，母巖為花崗巖、花崗閃長巖及變質砂巖、輝長巖等硬質巖，呈次棱角-次圓狀。左岸壩肩和下游護岸開挖可以分選出有用料61.4萬m3。

有用層中蠻石、礫石（粒徑＞5 mm）平均含量86.8%，砂（粒徑0.075～5 mm）平均含量8.9%，泥（粉粒、黏粒，粒徑＜0.075 mm）平均含量4.3%。混合料級配曲線見圖2，曲率系數平均值29.7，不均勻系數平均值145.7，級配不良。

篩分產生的天然砂平均含泥量32.1%，泥塊平均含量16.3%，超標嚴重；細度模數平均值163，偏小；直接篩分的天然砂不適合用作混凝土細骨料。

2.3 卡樹石料場

卡樹石料場位于大壩軸線上游約2.5 km處，開采區位于卡樹溝溝口左側山坡中下部，自然邊坡坡度33°～44°。

料場有用層為印支期花崗閃長巖，巖體完整性較差，強風化帶厚3～9 m，弱風化帶厚27～35 m，風化巖體呈塊度10～50 cm的鑲嵌結構、次塊狀結構，局部巖體塊度＞100 cm。巖體中裂隙、裂隙密集帶、斷層破碎帶較發育，呈無規律夾層狀、團塊狀隨機分布。

料場原巖品質滿足人工骨料原巖質量要求，但料場剝離工程量較大，料場規劃開采范圍內剝離層和無用夾層體積66.69萬m3，有用料開挖量74.48萬m3，料場開采的剝采比為1∶1.11，巖體利用率極低。

2.4 扎史同溝石料場

扎史同溝石料場位于地面廠房下游1.5 km的右岸扎史同溝溝口。東側為扎史同溝，料場自然邊坡坡度一般40°～75°，臨河（溝）多為陡崖。

除東北方向凹槽地形內分布第四系崩坡積碎塊石外，采區基巖裸露。料場巖性為石炭系上統第一段（C12）灰色、灰白色白云巖，呈巨厚層狀。巖體淺表部位沿裂隙存在溶蝕風化現象，形成溶隙、溶縫、溶槽等，裂隙面蝕變呈黃褐色，局部夾泥，溶蝕風化帶厚3～15 m，為無用層，溶蝕風化帶以下均為有用料。料場原巖品質滿足人工骨料原巖質量要求，為非堿活性骨料。料場無用層體積約52.0萬m3，有用層儲量約213.7萬m3，剝采比為1∶4.11。

3 料源方案研究

根據樞紐布局特點、工程區附近料源分布情況，結合工程分標方案，擬定了4種混凝土骨料料源方案。方案一、二、三為分散供料方案，方案四為集中供料方案，具體如下。

（1） 方案一。大壩施工區混凝土（大壩抗沖磨混凝土除外）骨料料源采用壩址左岸階地和巖迫階地砂礫料料場中的蠻石（礫）石。引水隧洞與廠房施工區混凝土骨料料源采用扎史同溝山場料，同時利用部分引水隧洞洞挖料。

（2） 方案二。大壩施工區混凝土（大壩抗沖磨混凝土除外）粗骨料料源采用壩址左岸階地開挖料；細骨料采用扎史同溝山場料。引水隧洞與廠房施工區混凝土骨料料源采用扎史同溝山場料，同時利用部分引水隧洞洞挖料。

（3） 方案三。大壩施工區混凝土（大壩抗沖磨混凝土除外）骨料料源采用卡樹料場山場料。引水隧洞與廠房施工區混凝土骨料料源采用扎史同溝山場料，同時利用部分引水隧洞洞挖料。

天然砂礫料和卡樹石料場花崗閃長巖骨料均存在堿活性，大壩抗沖磨混凝土質量要求高，故方案一、二、三中大壩抗沖磨混凝土骨料料源采用扎史同溝山場料。

（4） 方案四。集中供料，除利用部分引水隧洞洞挖料外，工程所需混凝土骨料料源均為扎史同溝山場料。

4種料源方案料場開采量以及配套砂石加工系統和混凝土生產系統設置方案見表1。各料源方案料場開采、運輸和棄渣堆存全過程的主要技術指標見表2。

4 方案比較

4.1 料源質量比選

從2處天然砂礫料中篩分出來的天然砂均存在含泥量、泥塊含量超標，剔除較為困難。無法利用的問題，且天然砂礫料場儲量均較貧，單一料源無法滿足大壩施工區混凝土骨料需要量。

卡樹石料場儲量滿足大壩施工區砂石骨料需求量，但無用剝離料數量較多，經濟性較差；扎史同石料場儲量豐富，剝采比小，質量最優。

引水隧洞開挖料數量較為有限，僅能作為主料源的補充。

巖迫階地砂礫石料、壩址左岸階地砂礫料、卡樹石料場花崗閃長巖及引水隧洞開挖的變質流紋斑巖均為具有潛在危害性反應的堿活性骨料，拌制混凝土時，需摻15%～20%的粉煤灰來抑制骨料的堿骨料反應。白云巖、結晶灰巖、大理巖為非堿碳酸鹽反應活性骨料。

4.2 開采及運輸方案比選

方案一中左岸壩肩和上游護岸階地部位開挖時段與混凝土澆筑時段不同步，開挖出來的利用料需臨時堆存，混凝土澆筑時段再回采加工利用，工序較其他方案更為復雜。

方案一和方案二利用了壩址左岸階地砂礫開挖料，可減少工程開挖棄渣。

方案四僅開采扎史同溝石料場，施工影響范圍小，征地移民投資較省。

4.3 施工工廠設置及工藝比選

方案一、方案三、方案四在大壩施工區和廠房施工區分別設置1個砂石加工系統，方案二在廠房施工區集中設置1個砂石加工系統。各料源方案混凝土生產系統的布置、規模相同。

天然料砂（碎）石加工系統需處理含泥量嚴重超標的砂礫料，在二級篩分底下增設洗泥機和采用多級高堰式洗砂機也難以讓沖洗后的細骨料含泥量達到小于3.0%的要求，并易造成細砂大量流失和增加用水量、水處理規模，計劃在一級篩分時將lt;20 mm 的骨料作為棄料。粗骨料（礫石）含泥量大，采取加水沖洗，需增加用水量，以及相應的污水處理和排泥措施［7-8］。方案二中大壩碎石加工系統僅加工粗骨料，無制砂工藝，細骨料由廠房砂石加工系統供應。

方案二、方案三和方案四砂石加工工藝較成熟，骨料質量有保證。方案一中砂石加工系統處理的天然砂礫料含泥量超標嚴重，加工質量存在一定技術風險。

4.4 施工交通布置及施工用地比選

方案二、方案三、方案四施工交通布置相同，相較其他方案，方案一需增設1條長1.91 km的料場運輸道路。

方案一臨時征用土地面積最大，方案三次之，方案二、方案四臨時征用土地面積最小。

各料源方案砂石加工系統布置及主要技術、經濟指標比較見表3。

5 綜合比選結論

方案一、方案二均考慮利用壩址左岸階地砂礫料，以減少工程棄渣，但左岸階地砂礫開挖料儲量不足以滿足大壩施工區混凝土骨料需要量，方案一從巖迫砂礫石料補充，方案二僅考慮加工粗骨料，細骨料由廠房砂石加工系統供應。壩址左岸階地沖積層砂礫料超徑石較多，級配不良，含泥量、泥塊含量超標，即使通過篩分棄料和加強沖洗可以降低含泥量，也無法完全排除含泥量高對骨料品質的影響，骨料含泥量對混凝土強度及耐久性能均產生較大影響［9］，含泥量、泥塊含量與本工程左岸階地砂礫石料相當的混凝土骨料料源，在工程實踐中使用案例較少，加工質量存在一定技術風險。

方案三和方案四的人工骨料系統加工工藝較成熟，骨料質量有保證。方案三中，卡樹石料場巖體破碎，無用棄料量大，經濟性較差，且料場下部為地方S203公路和場內道路，開采爆破對工程施工交通和地方交通影響較大，征地移民難度也較大。方案四僅開采扎史同溝石料場，對環境、征地移民影響相對較小。

從工程投資上比較，方案二與方案四相當，二者與方案一和方案三相比，投資相對較省。

綜合以上分析，推薦工程混凝土骨料料源采用方案四，即開采扎史同溝石料場白云巖，并利用引水隧洞洞挖料中的流紋斑巖、大理巖和結晶灰巖，在廠房施工區集中布置1個砂石骨料加工系統，承擔工程全部主體工程所需的骨料生產任務。

6 結 語

本文針對西藏扎拉水電站工程區及其周邊2處天然砂礫料料源、2處人工骨料料源以及工程引水隧洞洞挖利用料，經骨料質量、開采運輸、系統設置、加工工藝、征地移民和工程投資等多方面綜合比較，混凝土骨料料源選擇采用扎史同溝石料場石料進行軋制，并利用引水隧洞開挖料中的流紋斑巖、大理巖和結晶灰巖。扎史同溝石料場巖性以灰色、灰白色白云巖為主，強度高，不具堿活性，儲量和質量均可滿足電站主體工程和前期部分臨建工程混凝土骨料需要。

參考文獻：

［1］ 王翔，姚勇強，張雄，等.烏東德水電站混凝土人工骨料料源選擇［J］.人民長江，2013，44（3）：16-19.

［2］ 包俊，李新宇，呂國軒，等.龍開口水電站白云巖混凝土骨料料源選擇和加工運輸方案研究［J］.水力發電，2013，39（2）：39-42.

［3］ 時之光，劉曦，陳遷.巴基斯坦卡洛特水電站天然砂石料場比選及開采運輸方案研究［J］.水利水電快報，2020，43（3）：72-74，82.

［4］ 秦曉亮，劉淑芳，俞靈光.枕頭壩一級水電站料源規劃及砂石加工系統布置［J］.人民長江，2012，43（14）：61-63，69.

［5］ 國家能源局.水電工程施工組織設計規范：NB/T 10491-2021［S］.北京：中國水利水電出版社，2021.

［6］ 國家能源局.水電工程料源選擇與料場開采設計規范：NB/T 10238-2019［S］.北京：中國水利水電出版社，2020.

［7］ 陳澤仁，楊勇.淺談砂石骨料含泥量的控制技術［J］.水電站設計，2019，35（2）：45-47.

［8］ 付延伍，李莉，盧飛.倮打塘砂石加工系統成品骨料含泥量控制技術研究［J］.西北水電，2013（2）：34-36.

［9］ 馮士全，王維忠，金瓊，等.骨料品質對混凝土性能影響的研究［J］.混凝土，2013（1）：80-86.

編輯：高小雲

Analysis and choices of concrete aggregate materials in Xizang Zhala Hydropower Station

XIONG Xinyu，YAO Yongqiang，WANG Shudong，XU Yan

（Changjiang Sunrey，Planing，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：

There were significant differences in quality of concrete aggregates for the Zhala Hydropower Station project. In order to implement the material source plan，we comprehensive compared their differences of rock property，transportation condition，layouts of aggregate processing system，general construction layout and construction land，as well as economic indicators，etc. The results showed that due to the complex desilting process of the natural material processing system，the strength and durability of the concrete was not as good as those of artificial aggregates，the artificial aggregate processing system had mature technology，high quality assurance rate for concrete production，and superior economic efficiency. The Zhashitong quarry is selected as the main source of concrete aggregates，and the replenishment place of a small amount of excavated materials for the project.

Key words：

concrete aggregate； natural aggregate； artificial aggregate； material source selection； Zhala Hydropower Station

基金項目：長江勘測規劃設計研究有限責任公司自主創新項目（CX2021Z13）

作者簡介：熊新宇，男，高級工程師，碩士，主要從事水利水電工程施工組織設計。E-mail：154984230@qq.com

引用格式：熊新宇，姚勇強，王曙東，等.西藏扎拉水電站混凝土骨料料源選擇分析［J］.水利水電快報，2024，45（8）：47-51，64.