大華橋水電站混凝土人工骨料料源選擇

李　柯，段大琪，崔賢淑

(中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京　100024)

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大華橋水電站混凝土人工骨料料源選擇

李柯，段大琪，崔賢淑

(中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京100024)

摘要：從技術和經濟角度，對比分析了大華橋水電站與黃登水電站共用大格拉灰?guī)r料源方案、營盤玄武巖料源方案和花坪河與干筆河砂巖料源+營盤玄武巖料源方案。經對比分析，采用大格拉料源方案具有混凝土性能較好，減少施工占地，有利于環(huán)境保護及節(jié)省投資等優(yōu)點，因此推薦大華橋水電站與上游黃登電站共用大格拉料源方案。關鍵詞：混凝土;骨料;料源；大格拉灰?guī)r;營盤玄武巖

1工程概述

大華橋水電站位于云南省瀾滄江上游怒江州蘭坪縣兔峨鄉(xiāng)境內，是瀾滄江干流上游河段規(guī)劃梯級開發(fā)中的第6級水電站，電站上接黃登水電站，下接苗尾水電站。工程為堤壩式開發(fā)，以發(fā)電為主。電站正常蓄水位為1 477 .00 m，裝機容量920 MW，多年平均發(fā)電量40.67億kWh。

大華橋水電站主體及臨建工程混凝土澆筑總量約135.51萬m3。其中前期臨建工程16.45萬m3混凝土，選擇干筆河料場石英砂巖作為料源，需要開采石料18萬m3。其余119.06萬m3混凝土，需要混凝土粗細骨料約262萬t，加工骨料原巖需要量約126萬m3(自然方)。

2料源概況

本工程壩址附近河道沿岸沒有大面積的河漫灘分布，天然砂礫料料源缺乏，混凝土骨料全部采用人工骨料。

由于工程區(qū)巖性主要為板巖及板巖與石英砂巖互層狀出露，其中板巖飽和抗壓強度較低，且易開裂成碎片狀，難以作為混凝土骨料使用。石英砂巖強度較高，質量能滿足混凝土骨料要求，但嵌夾于板巖之間且層厚僅數(shù)米，施工開采比較困難。所以地下工程開挖料不適宜作為混凝土骨料料源[1-3]。

工程樞紐區(qū)30 km范圍內可供比選的料源有：花坪河砂巖料場、干筆河砂巖料場和營盤玄武巖料場。

大格拉灰?guī)r料場位于大華橋水電站上游約63 km處，是黃登水電站混凝土骨料料源。鑒于大華橋水電站和黃登水電站同期建設，且大格拉料源及黃登水電站砂石加工系統(tǒng)可同時滿足黃登、大華橋水電站用料需求，大華橋水電站混凝土料源有條件與黃登水電站的混凝土料源及砂石加工系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。

2.1花坪河石料場

(1) 料場地貌

花坪河料場位于壩址上游右岸的花坪河溝內，距瀾滄江邊2 km，距壩址道路里程約4.5 km。受裂隙切割、卸荷風化作用，料場內小規(guī)模的危巖、崩塌體等物理地質現(xiàn)象普遍發(fā)育。

(2) 料場巖性

地質測繪及平洞資料顯示，料場基巖巖性為白堊系景星組板巖和石英砂巖，巖層產狀走向近SN，傾角75°～85°。板巖和石英砂巖以不等厚互層狀分布，料場僅見1層石英砂巖，層厚25 m，且其中夾2條灰黑色板巖條帶，厚度分別為0.7、2 m。料場其余部分均為粉砂質板巖，淺綠灰色，細粒砂狀結構，塊狀構造，由石英70%、長石30%和少量巖屑、白云母組成。

(3) 料場質量

根據(jù)室內物理力學試驗及巖相法分析成果，花坪河石料場石英砂巖除具有潛在堿活性外，其他指標滿足混凝土人工骨料要求。

(4) 料場儲量

料場總開采量為110×104m3，剝離層平均厚度按15 m考慮，則有用料可開采量為45×104m3，剝采比為1.44。按料場勘察儲量為混凝土骨料用量1.5倍考慮，該料場儲量不滿足工程需求。

(5) 料場開采運輸條件

花坪河料場距離壩址區(qū)較近，但沒有公路相通，只有沿花坪河的人行便道可以出入，運輸條件差。同時，由于砂巖石料嵌夾于陡傾角的板巖之中，后期開采難度大，棄料率高；由于邊坡較陡，料場開采過程中必然形成高邊坡，受裂隙切割及風化卸荷作用，人工邊坡存在局部失穩(wěn)的可能。綜上，花坪河料場開采運輸條件差。

2.2干筆河石料場

(1) 料場地貌

該料場位于壩址下游4.4 km處的瀾滄江右岸，六庫至蘭坪公路旁干筆河右岸，成長條形展布，開采范圍為長約450 m、寬100 m的單薄山梁。干筆河一側地形陡峻，多陡崖分布，基巖裸露，坡度約為75°～80°；靠近公路側地形較緩，坡度30°～50°，地面高程1 425.00～1 640.00 m。

(2) 料場巖性

料場基巖巖性為白堊系景星組板巖和石英砂巖，巖層走向近SN，傾角75°～85°。石英砂巖和板巖以不等厚分布，石英砂巖段分布于干筆河河邊，層厚31 m，其余均為板巖。板巖易沿板理面或微裂隙破壞，抗壓強度低，不宜作為骨料使用。石英砂巖無強風化層，弱風化層厚約2 m，裂隙比較發(fā)育，多有黃褐色銹蝕，起伏粗糙，厚度一般為5～10 m，層面裂隙以硬性結構面為主，無充填，局部有石英脈發(fā)育。

(3) 料場質量

料場石英砂巖的干密度平均2.66 g/cm3，飽和抗壓強度平均87.5 MPa，具有潛在堿活性。干筆河料場巖石質量除堿活性指標外，其他指標滿足混凝土人工骨料要求。板巖不滿足規(guī)范要求。

(4) 料場儲量

根據(jù)計算，料場總儲量約80×104m3，其中可開采有用石英砂巖料儲量約50×104m3，無用層體積30×104m3，剝采比為0.6，且石料嵌夾于陡傾角的板巖之中，開采難度大，從儲量上不能滿足工程要求。

(5) 料場開采運輸條件

干筆河料場有六庫至蘭坪公路與壩址相通，位于壩址下游4.4 km處，交通方便，因此考慮做為前期工程的骨料開采料源。料場有用層位于干筆河一側，隨著開挖的深入，必然形成高陡邊坡，施工開挖時需對危巖體及時觀測、處理。

2.3營盤石料場

(1) 料場地貌

該料場為高山地形，岸坡高陡，總體坡度40°～55°，地面高程1 460.00～1 780.00 m，高差320 m。開采區(qū)下游側有一緩坡凹地，地形坡度20°～30°。山體表部覆蓋層較薄，一般厚度1～3 m，局部有崩坡積碎塊石土。

(2) 料場巖性

基巖巖性為三疊系小定西組變質玄武巖、青盤巖化玄武巖、青盤巖及蝕變輝綠巖，新鮮巖石呈灰綠色、灰色或紫紅色。

(3) 料場質量

巖石物理力學試驗成果表明，石料飽和抗壓強度平均為83.2 MPa，屬堅硬巖類，滿足混凝土骨料要求。

料場石料取樣4組采用砂漿棒快速法進行堿活性試驗，3組巖石具有潛在堿活性，巖性主要為蝕變粗玄巖、綠簾石青盤巖。強蝕變玄武巖不具堿活性。

骨料堿活性抑制試驗表明，摻粉煤灰具有較顯著的骨料堿活性抑制作用。設計齡期的混凝土的試驗結果可知，各部位混凝土抗壓強度均能滿足設計要求?；炷疗渌麩?、力學性能試驗結果均正常，符合一般規(guī)律[4-7]。

(4) 料場儲量

料場有用層儲量為2 142.3萬m3，剝離量360.5萬m3，剝采比1∶5.94。

(5) 料場開采運輸條件

料場距壩址區(qū)有公路與“瀾滄江上游沿江公路”和壩址相通，交通較為便利，但運距較遠，約30 km。料場呈長條形沿江展布，開采區(qū)地形陡峻，開采條件較差。開采區(qū)下游側為緩坡凹地，可布置石料加工系統(tǒng)。

2.4大格拉石料場

(1) 料場地貌

大格拉石料為2座孤立的山峰，山峰為裸露基巖，2座孤立山峰之間有一凹槽地形，凹槽寬35～45 m。東側山峰東、南兩面臨空，北側為一丫口，丫口連接另外一座孤峰，丫口高程2 165.00 m，西側山峰西、北、南三面臨空。2座孤立山峰的臨空面均為陡壁，陡壁分布高程1 950.00～2 240.00 m，陡壁以下地形相對較緩，地形坡度一般為20°～35°。

(2) 料場巖性

料場出露地層為石炭系下統(tǒng)石登組上段、二迭系上統(tǒng)下段及第四系坡積層、崩積層，料場巖石主要為砂巖。

(3) 料場質量

巖石物理力學性能試驗成果表明，巖石平均抗壓強度74.29 MPa，屬堅硬類巖石，滿足混凝土骨料要求。

對料場灰?guī)r料堿活性試驗評定為具有潛在危害性反應骨料，但屬于非活性堿—碳酸鹽反應骨料。

骨料堿活性抑制試驗表明，摻入宣威Ⅱ級灰時，試件14、28 d砂膨脹率小于0.1%，對應齡期的膨脹率降低在90%以上，膨脹率降低效果顯著。設計齡期的混凝土的試驗結果可知，各部位混凝土抗壓強度均能滿足設計要求;其他熱、力學性能試驗結果均正常，符合一般規(guī)律。

(4) 料場儲量

料場規(guī)劃開采總量為1 693.4萬m3，其中有用料儲量為1 174.5萬m3，剝離量為518.9萬m3，剝采比為1∶2.26。

(5) 料場開采運輸條件

大格拉料場位于大華橋水電站上游63 km處。從沿江公路至主料場附近修建料場開采公路，公路等級為水電工程三級，公路長3.4 km，路面寬8.0 m，路基寬9.5 m，泥結碎石路面。

根據(jù)料場地形條件，料場開采從南面進入開采面。石料開采采用自上而下、由外至內梯段爆破，潛孔鉆鉆孔，推土機集料。系統(tǒng)粗碎車間布置在料場開采區(qū)高程1 940.00 m以下的地下洞室內，開采料經豎井進入粗碎車間加工后通過膠帶機運輸至半成品堆料場。

料場開采運輸條件較好，但運距較遠。

3料源比選

根據(jù)勘察的4個料源情況[1-3]，在技術可行性的范圍內，擬定以下3個方案進行比較。

方案1：大格拉灰?guī)r料源方案；

方案2：營盤玄武巖料源方案；

方案3：花坪河、干筆河砂巖料源+營盤玄武巖料源方案。

3.1技術比較

(1) 方案1：大格拉灰?guī)r料源方案

大格拉料場基巖巖性為石炭系下統(tǒng)石登組灰?guī)r，質量滿足混凝土骨料的各項技術要求，儲量可同時滿足黃登、大華橋工程需用量。料場到大華橋水電站運輸距離為63 km，相對較遠。

從工程進度分析，黃登水電站工程大格拉料場和梅沖河砂石加工系統(tǒng)已經于2011年7月正式投產。大華橋水電站初步計劃于2014年11月截流，2015年3月開始圍堰施工，攔河壩墊層混凝土在2015年5月澆筑，壩身碾壓混凝土在2015年10月開始澆筑。因此，梅沖河砂石加工系統(tǒng)投產時間可以滿足大華橋水電站攔河壩及導流圍堰混凝土澆筑需要。

梅沖河砂石加工系統(tǒng)投產前，大華橋水電站臨建工程尚有約16.45萬m3混凝土及噴混凝土施工，考慮開采干筆河石料場石英砂巖，由干筆河砂石加工系統(tǒng)加工供應。

在技術可行性的范圍內，經初步分析，在料源比選中以運輸梅沖河成品骨料作為代表性方案參與比選。

(2) 方案2：營盤玄武巖料源方案

營盤料場巖性為變質玄武巖，儲量滿足工程需用量，運輸距離相對較近；變質玄武巖在砂漿棒快速法試驗中檢驗出存在堿活性，抑制骨料堿活性試驗結果表明，通過摻和粉煤灰可有效抑制骨料堿活性。

從工程進度分析，由于料場開采及砂石加工系統(tǒng)建設規(guī)模相對較小，料場及砂石加工系統(tǒng)需要的籌建工期較短，可在大華橋水電站準備期建成投產，滿足本工程前期建設項目的混凝土骨料需要，同時便于工程建設合同管理。

(3) 方案3：花坪河、干筆河砂巖料源+營盤玄武巖料源方案

方案3采用花坪河、干筆河和營盤石料場聯(lián)合開采，花坪河石料場和干筆河石料場雖然運距近，但由于其可采砂巖有用量不滿足本階段設計需用量要求，且棄料量大、開采條件相對較差，難以滿足混凝土澆筑需要，不足部分原巖料仍需采自營盤石料場。

(4) 灰?guī)r與玄武巖拌制混凝土性能比較

根據(jù)已有的試驗成果及參考同種巖石骨料工程混凝土試驗成果對比分析，玄武巖與灰?guī)r作為骨料拌制混凝土存在如下差異[8-11]。

1) 玄武巖強度高，加工時易產生針片狀而導致粒形稍差。玄武巖屬于噴出型巖漿巖，內部存在較多的閉口小氣孔，吸水率較大且吸水過程漫長，骨料吸水會使得砂漿不斷失水，從而增大混凝土的自收縮和干縮。玄武巖混凝土彈性模量高、變形大、熱物理性能不佳，不利于大壩混凝土的體積穩(wěn)定性。因此由玄武巖拌制的混凝土的溫控措施要求較嚴。

2) 灰?guī)r強度適中、易于加工、骨料粒形好。相對于玄武巖混凝土，灰?guī)r混凝土抗拉強度高、干縮較低、熱物理及體積穩(wěn)定性好，可降低大體積混凝土施工過程中溫控費用，是人工骨料的首選。

3.2經濟比較

3個料源方案的投資比較見表1。

方案3比方案1投資增加3 726.33萬元，方案1與方案2投資相差不大，但由于方案1擴大了梅沖河砂石加工系統(tǒng)生產規(guī)模，使黃登水電站成品骨料單價降低，因此，將大華橋和黃登水電站混凝土骨料生產綜合考慮。依據(jù)黃登水電站設計資料，進一步進行以下2個方案進行綜合比較。

(1) 黃登水電站和大華橋水電站同時采用大格拉灰?guī)r料場加工骨料方案(方案a)；

(2) 黃登水電站利用大格拉灰?guī)r骨料、大華橋水電站利用營盤料場玄武巖方案(方案b)。

其投資綜合比較見表2。

表1　大華橋工程各料源方案投資比較表　/萬元

表2　營盤料場與利用黃登水電站成品骨料方案投資比較表　/萬元

大華橋水電站采用大格拉灰?guī)r骨料方案，可節(jié)省渣場防護、排水、料場臨時征地及移民、其他輔助設施等項投資，砂石加工系統(tǒng)建設費用也有一定幅度的減少；同時，梅沖河砂石加工系統(tǒng)加大生產規(guī)模后可降低成品骨料加工單價。

經綜合比較[1]，方案a，總投資為107 217萬元；方案b，總投資為110 833萬元。方案a可減少投資約3 616萬元，其中大華橋水電站投資減少344萬元，黃登水電站投資減少3 272萬元。

4料源選擇

(1) 3個料源方案，石料儲量均可滿足工程需用量，方案1與方案2開采條件相當，方案3較差。

(2) 營盤玄武巖及大格拉灰?guī)r，均具有潛在堿活性，經抑制骨料堿活性效能試驗，均滿足混凝土骨料質量要求。

(3) 營盤料場方案，料場開采及砂石加工系統(tǒng)建設規(guī)模相對較小，料場及砂石加工系統(tǒng)籌建及建廠工期較短，可在準備期內建成投產，滿足前期建設項目的混凝土骨料需要；大格拉料源方案，砂石加工系統(tǒng)建設需要協(xié)調大華橋及黃登工程的施工進度，以滿足大華橋水電站混凝土澆筑需要。

(4) 大格拉料源方案，骨料為灰?guī)r，拌制的混凝土極限拉伸值、干縮等變形性能與玄武巖拌制的混凝土相比具有一定優(yōu)勢。加工過程中的石粉含量可調性較玄武巖好，更有利于攔河壩混凝土溫控。

(5) 開采大格拉料場運輸成品骨料方案，成品料運輸經“瀾滄江上游沿江公路”黃登至大華橋段，此段公路需在大華橋水電站主體工程開工前投運(已于2013年10月順利通過交工驗收)。

(6) 采用大格拉料源方案可減少施工占地，有利于環(huán)境保護。

(7) 采用大格拉料源方案比營盤料源方案，綜合比較，大華橋和黃登水電站綜合投資可減少3 616萬元，其中大華橋可減少344萬元，黃登可減少3 272萬元。

(8) 根據(jù)華能瀾滄江水電有限公司的整體規(guī)劃[1]，梅沖河砂石加工系統(tǒng)投產前，大華橋水電站臨建工程尚有約13.8萬m3混凝土及噴混凝土，考慮開采干筆河石料場石英砂巖，料場儲量及質量滿足工程要求。

綜合比較，采用大格拉料源方案具有混凝土性能較好，可減少施工占地，有利環(huán)境保護及節(jié)省投資等優(yōu)點。因此，推薦大華橋水電站采用大格拉灰?guī)r作為主體工程混凝土骨料料源(運成品骨料)，干筆河料場砂巖為前期臨建工程混凝土骨料料源。

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Selection of Sources of Artificial Aggregate for Concrete of Dahuaqiao Hydropower Project

LI Ke, DUAN Daqi, CUI Xianshu

(Beijing Engineering Corporation Limited, Beijing100024,China)

Abstract:In terms of technology and cost, Dagala limestone source, Yingpan basalt source and sandstone source in the Huapinghe and the Ganbihe plus Yingpan basalt source to be shared by both Dahuaqiao Hydropower Project and Huangdeng Hydropower Project are compared and analyzed. Through comparison and analysis, application of the Dagela aggregate source features good concrete performance, little land occupation, environment protection benefit and lower cost. Therefore, it recommends that both Dahuaqiao Hydropower Project and Huangdeng Hydropower Project share Dagala limestone source.Key words:concrete; aggregate; material source; Dagela limestone; Yingpan basalt

文章編號：1006—2610(2016)03—0056—05

收稿日期：2015-12-31

作者簡介：李柯(1988- )，男，山東省淄博市人，工程師，從事水電工程施工組織設計工作.

中圖分類號：TV42+2

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.03.015