苗尾電站大壩反濾料設(shè)計(jì)與生產(chǎn)質(zhì)量控制

鄢鏡 周宇

【摘要】苗尾水電站礫質(zhì)土心墻堆石壩最大壩高131.3m，大壩心墻上下游分別設(shè)置兩層反濾料，總共約78萬m3，由丹塢塹砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)。系統(tǒng)不僅負(fù)責(zé)壩體反濾料的生產(chǎn)，還承擔(dān)混凝土粗、細(xì)骨料的生產(chǎn)任務(wù)，所有規(guī)格物料的質(zhì)量和產(chǎn)能直接影響到電站建設(shè)是否能正常施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行管理與質(zhì)量控制提出較高要求。在運(yùn)行階段，由于各種原因會(huì)造成成品砂石骨料及反濾料產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的波動(dòng)和系統(tǒng)能力的欠缺，因此需要按規(guī)范要求對各種物料的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)檢測并進(jìn)行質(zhì)量控制。

【關(guān)鍵詞】苗尾水電站；砂石加工系統(tǒng)；反濾料；級(jí)配；質(zhì)量控制

1、工程概況

苗尾水電站大壩為礫質(zhì)土心墻堆石壩，壩頂高程1414.80 m，最大壩高131.30 m，壩頂軸線長576.68 m，壩頂寬度12.0m，上下游壩坡均為1：2.0。心墻采用礫質(zhì)土料填筑，頂寬4.0 m，頂高程1412.80 m，上、下游坡度均為1：0.25。為保證心墻不發(fā)生滲透變形，心墻上游設(shè)兩層反濾層，水平寬度均為3 m，下游設(shè)兩層反濾層，水平寬度均為4 m，反濾層上、下游坡為1：0.25。由于近壩區(qū)無合適的砂礫石料場，反濾料全部采用丹塢塹石料場片麻巖人工破碎制成的軋制料。反濾料設(shè)兩檔，即反濾Ⅰ和反濾Ⅱ料，靠近心墻側(cè)為反濾Ⅰ層。

丹塢塹砂石加工系統(tǒng)為一個(gè)系統(tǒng)同時(shí)生產(chǎn)常規(guī)砂石骨料和反濾料的系統(tǒng)，并能夠滿足以上物料同時(shí)供應(yīng)。目前國內(nèi)人工砂石系統(tǒng)主要以生產(chǎn)常規(guī)混凝土級(jí)配骨料為主，骨料品種較為單一，分粗骨料和細(xì)骨料，直接用于混凝土拌制。而反濾料則是一種連續(xù)級(jí)配料，一般以成品砂石骨料作為配料按一定比例進(jìn)行參配拌合生產(chǎn)或單獨(dú)建一砂石系統(tǒng)進(jìn)行加工生產(chǎn)。但是水工混凝土骨料和反濾料為兩種不同的體系，其指標(biāo)不同、試驗(yàn)器具和檢測方法不同、質(zhì)量評(píng)價(jià)也不相同。導(dǎo)致砂石加工系統(tǒng)反濾料生產(chǎn)運(yùn)行管理與質(zhì)量控制難度極大。

2、反濾料設(shè)計(jì)

在心墻的上、下游布置了兩層反濾料，采用丹塢塹人工骨料。

（1）級(jí)配

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用謝拉德反濾準(zhǔn)則進(jìn)行反濾料設(shè)計(jì)，反濾I料保護(hù)以保護(hù)防滲土料小于5 mm的細(xì)粒土為目的，反濾II料以保護(hù)反濾I料，經(jīng)工程類比，結(jié)合苗尾土料級(jí)配情況，擬定反濾料級(jí)配，如表1所示，其設(shè)計(jì)級(jí)配曲線見圖1。

（2）設(shè)計(jì)密度

反濾Ⅰ設(shè)計(jì)干密度2.05g/ cm3，最大粒徑20 mm。反濾Ⅱ設(shè)計(jì)干密度1.93 g/cm3，最大粒徑80 mm。反濾Ⅰ、Ⅱ以相對密度為壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)，反濾Ⅰ料填筑相對密度為0.80，反濾Ⅱ料填筑相對密度為0.85

3、存在的問題

工程建設(shè)初期，在反濾料生產(chǎn)過程中，現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)顯示反濾I料級(jí)配總體偏細(xì)，部分檢測組數(shù)的D15特征粒徑（D15特征粒徑的設(shè)計(jì)指標(biāo)為0.15～0.7 mm）超出設(shè)計(jì)級(jí)配上包線，且部分檢測結(jié)果顯示小于0.075 mm的顆粒含量超過5%（小于0.075 mm的含量設(shè)計(jì)指標(biāo)為不超過5%），個(gè)別檢測最大達(dá)12.0%。碾壓后相對密度、干密度及室內(nèi)滲透系數(shù)、原位滲透系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。反濾Ⅱ料級(jí)配總體較合適，D60、D15特征粒徑、碾壓后相對密度、干密度及滲透系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。

在心墻上、下游設(shè)置級(jí)配良好的反濾層和有效的排水體是防止土質(zhì)防滲體發(fā)生滲透破壞的有效措施。一旦土心墻由于不均勻沉陷或其它原因而產(chǎn)生集中滲漏，在反濾層的保護(hù)下，沿著滲流通道或裂縫內(nèi)壁的心墻土料，就會(huì)膨脹或軟化，被滲流沖蝕帶走的土料會(huì)充填裂縫，從而促使裂縫自愈，使心墻裂縫中的滲透壓力恢復(fù)到接近正常的滲流狀態(tài)。而反濾層要能起到保護(hù)作用，需要滿足于心墻土料之間的反濾準(zhǔn)則，反濾料的級(jí)配有嚴(yán)格要求，因此，在施工過程中控制好反濾料的質(zhì)量，使其級(jí)配滿足設(shè)計(jì)要求，對于保證大壩的安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。

4、質(zhì)量控制的主要內(nèi)容

4.1 料源質(zhì)量控制

料場在開采過程中，往往受斷層帶、破碎帶和其他不良地質(zhì)現(xiàn)象影響，有用料和無用料總會(huì)出現(xiàn)混雜現(xiàn)象，需采取必要的質(zhì)量控制手段，對進(jìn)入加工系統(tǒng)的料源進(jìn)行控制。

（1）無用層與有用層分界線開采

無用層與有用層分界線開采，主要是防止無用層混入有用層，工程以弱風(fēng)化料作為料場有用料，將弱風(fēng)化料以上的無用層作為棄料。采用先剝離無用層，后開采有用料的開采程序，達(dá)到減少軟弱顆粒含量的目的。

（2）軟弱夾層處理

料場開采過程中發(fā)現(xiàn)巖層出現(xiàn)夾層時(shí)，會(huì)同地質(zhì)人員對夾層進(jìn)行分析判斷，以夾層石料是否影響成品質(zhì)量決定取舍。如夾層規(guī)模較大，且夾層內(nèi)含有難以判斷的有害物質(zhì)時(shí)，予以剔除舍棄。

（3）車輛標(biāo)識(shí)

如果棄料混入毛料進(jìn)入生產(chǎn)工序，就會(huì)對成品質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，對有用料和無用料的運(yùn)輸車輛采用不同顏色的標(biāo)牌進(jìn)行標(biāo)識(shí)，禁止混裝、混運(yùn)，杜絕無用料進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)。

4.2 生產(chǎn)過程質(zhì)量控制

根據(jù)反濾料與常規(guī)混凝土砂石骨料級(jí)配特征，反濾料Ⅰ（粒徑0～20mm）采用成品砂（粒徑<5mm）與小石（粒徑5～20mm）在入倉前參配的生產(chǎn)方式生產(chǎn)；反濾料Ⅱ（粒徑0～100mm）采用一篩車間粒徑小于40mm的半成品料與大石（粒徑40mm～80mm）在入倉前參配的方式生產(chǎn)。

（1）反濾料生產(chǎn)過程中的主要問題

根據(jù)實(shí)驗(yàn)檢測、分析整理數(shù)據(jù)，生產(chǎn)過程中主要有以下三點(diǎn)矛盾：

1）規(guī)范要求常規(guī)混凝土成品砂0.16mm及以下顆粒含量范圍6%～18%，而反濾料Ⅰ中0.075mm及以下顆粒含量應(yīng)小于5%。經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測對成品砂中0.16mm及以下顆粒進(jìn)行級(jí)配分析，發(fā)現(xiàn)其中0.075mm及以下顆粒占50%～60%，而反濾料Ⅰ中成品砂參配量約為75%～85%，按成品砂合格的臨界石粉含量計(jì)算，反濾料Ⅰ中0.075mm及以下顆粒含量將達(dá)到9.18%，且實(shí)際檢測數(shù)據(jù)顯示，前期生產(chǎn)的反濾料Ⅰ中0.075mm及以下顆粒含量7%～9%波動(dòng)，與理論計(jì)算一致。本系統(tǒng)生產(chǎn)料源為片麻巖，產(chǎn)粉量較高，采用水洗可有效降低石粉含量，但系統(tǒng)要求反濾料Ⅰ與成品砂同時(shí)生產(chǎn)，如果加大水洗力度、延長水洗時(shí)間雖然可以降低石粉含量，但會(huì)大幅降低產(chǎn)能和增加成本。

2）一篩車間的半成品料只經(jīng)過粗碎、中碎兩道破碎，其級(jí)配總體偏粗，導(dǎo)致生產(chǎn)的反濾料Ⅱ級(jí)配不合格，細(xì)料偏少，經(jīng)級(jí)配計(jì)算發(fā)現(xiàn)其中5mm～20mm含量偏少。

3）常規(guī)混凝土骨料和反濾料同時(shí)生產(chǎn)，料倉總儲(chǔ)量更大，為降低系統(tǒng)內(nèi)半成品料輸送距離和減少用地范圍以提高經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為緊湊，故料倉高度較高。而反濾料級(jí)配區(qū)間比常規(guī)砂石骨料大得多，在入倉時(shí)級(jí)配分離現(xiàn)象極為嚴(yán)重，導(dǎo)致出倉時(shí)物料級(jí)配不合格。

（2）反濾料生產(chǎn)過程中主要問題的解決方案

以砂石系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程計(jì)算、料粒級(jí)配、骨料質(zhì)量技術(shù)要求、設(shè)備選型及工藝調(diào)整各個(gè)方面對工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)和論證，其關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)為兩類骨料質(zhì)量技術(shù)控制生產(chǎn)工藝的平衡。在生產(chǎn)中，通過數(shù)據(jù)進(jìn)行分析論證，確定要因，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、整理和分析后，分別提出了相應(yīng)的解決方案。

1）成品砂采用水洗與干法生產(chǎn)相結(jié)合的方式，對部分成品砂進(jìn)行水洗，并控制加水量與水洗時(shí)間，水洗后的成品砂石粉含量控制在10%左右。水洗后的成品砂與沖洗干凈的小石、瓜米石篩下物參配，同時(shí)控制參配比例在80%左右，可使反濾料Ⅰ在級(jí)配滿足要求的同時(shí)，0.075mm及以下顆粒含量控制在5%以下，理論計(jì)算結(jié)果為4.8%，實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)量與質(zhì)量均較為理想。成品砂采用該部分水洗砂與干砂參配，可保證石粉含量15%～18%波動(dòng)，產(chǎn)量與質(zhì)量同時(shí)滿足要求，解決了反濾料Ⅰ與成品砂同時(shí)生產(chǎn)時(shí)質(zhì)量技術(shù)控制與生產(chǎn)產(chǎn)量的平衡問題。

2）根據(jù)系統(tǒng)布置情況，在反濾料Ⅱ入倉前增加超細(xì)碎調(diào)節(jié)料倉的半成品料（粒徑5mm～40mm）分級(jí)后（增加一臺(tái)20mm孔徑的分級(jí)篩），將粒徑在5mm～20mm的物料參入反濾料Ⅱ，以保證反濾料Ⅱ級(jí)配合格；同時(shí)粒徑在20mm～40mm范圍的物料進(jìn)入二篩調(diào)節(jié)料倉；解決了反濾料Ⅱ的問題。

3）在反濾料倉中增加緩降裝置，降低物料間接入倉高度。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)表明，措施實(shí)施后，反濾料級(jí)配分離現(xiàn)象明顯降低，倉內(nèi)檢測級(jí)配質(zhì)量趨于穩(wěn)定，解決反濾料級(jí)配分離問題。

4.3 試驗(yàn)監(jiān)控

試驗(yàn)監(jiān)控是對反濾料生產(chǎn)過程中質(zhì)量監(jiān)控的有力工具，試驗(yàn)人員必須進(jìn)行跟班檢測，出現(xiàn)不合格應(yīng)快速反饋，以便生產(chǎn)系統(tǒng)及時(shí)作出調(diào)整，使質(zhì)量波動(dòng)始終處于受控狀態(tài)。同時(shí)，還應(yīng)對基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，預(yù)測變化趨勢，以便系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。對于質(zhì)量異常的設(shè)備或車間，開展專門的試驗(yàn)以 采取針對性的措施。

在正常情況下，試驗(yàn)室在每班內(nèi)分別對每種骨料取樣 2～3 組進(jìn)行質(zhì)量檢查和試驗(yàn)，并進(jìn)行認(rèn)真的資料分析和整理工作。如果砂石生產(chǎn)質(zhì)量出現(xiàn)異常，還需增加取樣次數(shù)，以便及時(shí)分析問題進(jìn)行糾正和改進(jìn) 。

嚴(yán)格工作紀(jì)律，嚴(yán)格按操作規(guī)程與生產(chǎn)工藝進(jìn)行施工，把好工序質(zhì)量關(guān)，把質(zhì)量問題解決在萌芽狀態(tài)。同時(shí)采用先進(jìn)的運(yùn)行控制技術(shù)，保證設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。

4.4 成品料保護(hù)

在料倉周圍設(shè)置截水、排水設(shè)施，同時(shí)對成品堆存場設(shè)置1%斜坡，便于自然排水 。 嚴(yán)禁運(yùn)輸車輛帶泥進(jìn)入料倉，確保料倉成品料不受污染。

5、結(jié)語

丹塢塹砂石系統(tǒng)反濾料通過對料源的事前控制、生產(chǎn)過程中的事中控制，和質(zhì)量檢測的事后反饋等措施，對影響質(zhì)量的各種因素進(jìn)行全面質(zhì)量控制和管理，有效保證了反濾料的質(zhì)量，順利完成反濾料的生產(chǎn)任務(wù)，確保了大壩的填筑質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[2]DL/T5129-2013. 碾壓式土石壩施工規(guī)范[S]. 北京：中國電力出版社， 2013.

作者簡介：鄢鏡（1982—），男，高級(jí)工程師.