AETS水利樞紐工程混凝土骨料場(chǎng)選擇與平衡分析

張萬(wàn)軍

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

AETS水利樞紐工程常規(guī)混凝土及噴護(hù)混凝土總量約127.96萬(wàn)m3，其中籌建準(zhǔn)備期混凝土總量14.38萬(wàn)m3，主體工程施工期113.58萬(wàn)m3，根據(jù)樞紐布置，主體工程施工期可將混凝土供應(yīng)范圍分為樞紐施工區(qū)和廠房施工區(qū)，樞紐施工區(qū)包括大壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔、生態(tài)電站和發(fā)電洞上半段等，廠房施工區(qū)包括廠房及引水發(fā)電洞后半段，樞紐施工區(qū)混凝土總量約為82.55萬(wàn)m3，廠房施工區(qū)混凝土總量約為31.03萬(wàn)m3。工程混凝土需用量大，骨料單價(jià)對(duì)工程投資影響較大，料場(chǎng)選擇及開采方式對(duì)工程施工尤為重要。本文結(jié)合工程基本情況，對(duì)工程混凝土骨料場(chǎng)的選擇與平衡進(jìn)行分析探討。

1 料場(chǎng)概況

經(jīng)探查，有5個(gè)天然砂礫石料場(chǎng)滿足設(shè)計(jì)要求。建筑物石方開挖料大部分為白云巖及灰?guī)r，滿足混凝土骨料質(zhì)量要求[1-3]?？紤]開采、運(yùn)輸、堆存、回采和運(yùn)輸?shù)葥p失，預(yù)計(jì)可回采方量約80萬(wàn)m3。

C1料場(chǎng)位于壩址上游左岸，距壩址3 km～4 km，為河漫灘和Ⅰ級(jí)階地，地形開闊，長(zhǎng) 1000 m，寬180 m～250 m，面積0.2 km2。巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。

C2料場(chǎng)位于壩址上游左岸，距壩址0.8 km～1.5 km，為河漫灘和Ⅰ級(jí)階地，地形呈向南傾斜的緩坡，長(zhǎng)800 m，寬200 m～300 m，產(chǎn)地面積0.2 km2。巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。

C3該料場(chǎng)為砂礫石主料場(chǎng)，位于兩岸河灘及Ⅰ級(jí)階地，距壩址1.5 km～7.8 km，料場(chǎng)沿河呈條帶狀分布，長(zhǎng)7400 m，寬230 m～550 m，面積4.0 km2，巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。該料場(chǎng)大部分位于河漫灘，7、8月份洪水期均位于水下。

C4料場(chǎng)位于兩岸河灘及Ⅰ級(jí)階地，距壩址7.8 km～15 km，料場(chǎng)沿河呈條帶狀分布，長(zhǎng)7400 m，寬230 m～550 m，面積3.7 km2，巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。該料場(chǎng)大部分位于河漫灘，地下潛水位埋深淺，7、8月份洪水期均位于水下。

C5料場(chǎng)料場(chǎng)位于廠房下游左岸河漫灘及Ⅰ級(jí)階地，料場(chǎng)沿河呈彎曲的窄條帶狀分布，長(zhǎng)880 m，平均寬300 m，面積0.26 km2，為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。該料場(chǎng)大部分位于河漫灘，7、8月份洪水期均位于水下。

根據(jù)地質(zhì)試驗(yàn)成果，各砂礫石料場(chǎng)儲(chǔ)量特性表見表1；砂礫石質(zhì)量情況分析見表2。

表1 天然建筑材料料場(chǎng)特性表

表2 砂礫石料場(chǎng)質(zhì)量分析表

2 混凝土骨料平衡計(jì)算

各建筑物混凝土級(jí)配選擇首先應(yīng)滿足強(qiáng)度指標(biāo)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還應(yīng)考慮施工工藝，便于運(yùn)輸、澆筑及振搗。通常而言，多級(jí)配混凝土因消耗水泥少而單價(jià)低，因此大體積混凝土（如閘井混凝土和回填混凝土等）采用三級(jí)配，以減少水泥用量，降低水化熱，減少混凝土成本；對(duì)于一些薄壁鋼筋混凝土及泵送混凝土（如洞襯混凝土及防滲墻等）宜采用二級(jí)配，便于施工運(yùn)輸、澆筑及振搗；噴護(hù)混凝土均按一級(jí)配考慮[4-5]?；I建期及主體工程施工期各工區(qū)混凝土統(tǒng)計(jì)量見表3。

表3 籌建期及主體工程施工期各工區(qū)混凝土統(tǒng)計(jì)量 單位：萬(wàn)m3

按照水工建筑物混凝土設(shè)計(jì)要求和混凝土數(shù)量，選定各部位混凝骨料的級(jí)配，根據(jù)《水利建筑工程預(yù)算定額2002》中混凝土材料配合比及材料用量計(jì)算出各種粒徑骨料需要量。經(jīng)計(jì)算，各種骨料需要量見表4。

表4 混凝土骨料數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

表5 各方案綜合對(duì)比表

3 料場(chǎng)選擇

3.1 籌建準(zhǔn)備期

籌建準(zhǔn)備期樞紐區(qū)主要施工導(dǎo)流洞、1#、2#交通洞及混凝土面板壩防滲墻等項(xiàng)目混凝土總量約14.38萬(wàn)m3。

由于C1和C2料場(chǎng)位于壩址上游，工程截流后汛期基本被淹沒(méi)，故C1和C2料場(chǎng)不宜選作主體工程混凝土骨料料源，但可用作籌建準(zhǔn)備期項(xiàng)目的混凝土骨料料源。C1料場(chǎng)位于壩址上游左岸，距壩址3 km～4 km，C2料場(chǎng)位于壩址上游左岸0.8 km～1.5 km處。根據(jù)料場(chǎng)位置、級(jí)配及開采條件，選擇較近的C2料場(chǎng)作籌建準(zhǔn)備期樞紐區(qū)施工項(xiàng)目的混凝土骨料場(chǎng)[6-7]。

3.2 主體工程施工期

3.2.1 樞紐施工區(qū)

主體工程施工期樞紐區(qū)主要建筑物有混凝土面板壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔、生態(tài)電站和發(fā)電洞上半段等，混凝土總量94.28萬(wàn)m3。工程截流后上游料場(chǎng)在汛期被淹，選擇位于壩址下游最近的C3料場(chǎng)為樞紐施工區(qū)混凝土骨料場(chǎng)。本工程樞紐施工區(qū)部分洞渣料及石方明挖料經(jīng)破碎后可作為混凝土骨料。

經(jīng)平衡計(jì)算，C3料場(chǎng)天然開采獲得率僅34%左右，開采獲得率較低，本階段對(duì)C3料場(chǎng)天然篩分+超徑石破碎補(bǔ)償方案和利用開挖料破碎加工混凝土骨料兩個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選，比較結(jié)果見表5。

通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較，樞紐區(qū)混凝土骨料加工選擇C3料場(chǎng)天然篩分+超徑石破碎補(bǔ)償方案。

3.2.2 廠房施工區(qū)

廠房施工區(qū)主要建筑物有發(fā)電廠房和發(fā)電洞后半段等，混凝土總量31.03萬(wàn)m3。廠房施工區(qū)石方開挖量42.76萬(wàn)m3，由地質(zhì)資料計(jì)算分析，僅14.31萬(wàn)m3石渣料可用作人工混凝土骨料，考慮到開采、運(yùn)輸及存儲(chǔ)損耗，最終可制備約26萬(wàn)t混凝土骨料，占混凝土骨料總需求量30%，70%仍需由料場(chǎng)開采加工，且現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中混料嚴(yán)重，甄別可用料困難。因此不考慮利用開挖料破碎加工混凝土骨料。根據(jù)料場(chǎng)位置、交通及開采條件，廠房施工區(qū)混凝土骨料可由C4料場(chǎng)、C5料場(chǎng)供應(yīng)。C4料分為兩個(gè)區(qū)，1區(qū)主要分布在河道左側(cè)，開采需跨過(guò)主河床，交通布置困難。2區(qū)位于廠址對(duì)岸，料場(chǎng)開采后勢(shì)必改變?cè)哟玻瑥亩顾涣髁筷P(guān)系發(fā)生變化，影響到廠房永久運(yùn)行。C5料場(chǎng)位于廠房下游河灘及Ⅰ級(jí)階地，無(wú)用層儲(chǔ)量4萬(wàn)m3，水上有用層儲(chǔ)量20萬(wàn)m3；水有用層儲(chǔ)量為90萬(wàn)m3。料場(chǎng)地勢(shì)平坦，交通便利，且料場(chǎng)開采后對(duì)廠房永久運(yùn)行無(wú)影響，因此，廠房區(qū)混凝土骨料由C5料場(chǎng)供應(yīng)。經(jīng)平衡計(jì)算，C5料場(chǎng)天然開采獲得率僅28%左右。因此選擇天然砂礫料篩分+超徑石破碎方案[8-9]。

4 料場(chǎng)平衡計(jì)算

4.1 籌建準(zhǔn)備期

C2-1區(qū)料場(chǎng)無(wú)用層厚度0～0.5 m，采用132 kW推土機(jī)平均推運(yùn)50 m清除。有用層采用2 m3挖掘機(jī)裝15 t自卸汽車運(yùn)至蓖條篩預(yù)篩，篩除大于80 mm的大石。小于80 mm混合料由皮帶機(jī)運(yùn)至振動(dòng)篩篩分出各級(jí)成品骨料，并將＜5 mm的砂料由洗砂機(jī)清洗后運(yùn)至成品料堆。篩分廠處理能力200 t/h。

料場(chǎng)覆蓋層清除量為2.13萬(wàn)m3，開采天然砂礫料約72.39萬(wàn)t，加工成品骨料41.54萬(wàn)t，其中礫石27.35萬(wàn)t，砂14.19萬(wàn)t。C2混凝土骨料開采加工平衡計(jì)算見表6。

4.2 主體工程施工期

表6 C2混凝土骨料開采加工平衡表

4.2.1 樞紐施工區(qū)

C3料場(chǎng)無(wú)用層厚度0～1.0 m，采用132 kW推土機(jī)平均推運(yùn)50 m清除。有用層采用2 m3挖掘機(jī)挖裝15 t自卸汽車運(yùn)至蓖條篩預(yù)篩，篩除大于80 mm的大石。

小于80 mm混合料由皮帶機(jī)運(yùn)至振動(dòng)篩篩分出各級(jí)成品骨料，并將＜5 mm的砂料由洗砂機(jī)清洗后運(yùn)至成品料堆。篩分廠處理能力2×220 t/h。

大于80 mm超徑石、80 mm～40 mm級(jí)配棄料及墊層料場(chǎng)運(yùn)來(lái)的超徑石均用于破碎加工中石、小石和砂。

本工程加工過(guò)渡料及墊層料時(shí)產(chǎn)生超徑石約137.19萬(wàn)t，其中37.43萬(wàn)t為＞300 mm的礫石用于干砌石及漿砌石。60 mm～300 mm（99.76萬(wàn)t）全部運(yùn)至破碎加工系統(tǒng)加工混凝土骨料，考慮到轉(zhuǎn)運(yùn)、運(yùn)輸損耗等因素，墊層料加工場(chǎng)的棄料約97.79萬(wàn)t可運(yùn)至破碎加工系統(tǒng)進(jìn)行破碎加工。

C3料場(chǎng)覆蓋層清除量為8.0萬(wàn)m3，開采天然砂礫料約214.0萬(wàn)t，利用墊層料超徑石棄料97.79萬(wàn)t。加工成品骨料247.13萬(wàn)t，其中礫石165.002萬(wàn)t，砂82.126萬(wàn)t。開采獲得率為78.9%。C3混凝土骨料開采加工平衡計(jì)算見表7。

表7 C3混凝土骨料開采加工平衡表

4.2.2 廠房施工區(qū)

C5料場(chǎng)無(wú)用層厚度0～0.5 m，采用132 kW推土機(jī)平均推運(yùn)50 m清除。有用層采用2 m3挖掘機(jī)挖裝15 t自卸汽車平均運(yùn)至蓖條篩預(yù)篩，篩除大于80 mm的大石。

小于80 mm混合料由皮帶機(jī)運(yùn)輸至振動(dòng)篩篩分出各級(jí)成品骨料，并將＜5 mm的砂料由洗砂機(jī)清洗后運(yùn)至成品料堆。篩分廠處理能力220 t/h。

大于80 mm超徑石棄料、80 mm～40 mm級(jí)配棄料均用于破碎加工中石、小石和砂。

C5料場(chǎng)覆蓋層清除量為3.43萬(wàn)m3，開采天然砂礫料約102.5萬(wàn)t，加工成品骨料83.296萬(wàn)t，其中礫石54.773萬(wàn)t，砂28.532萬(wàn)t。開采獲得率81.3%。C5混凝土骨料開采加工平衡計(jì)算見表8。

表8 C5混凝土骨料開采加工平衡表

5 結(jié)論

從料場(chǎng)顆分來(lái)說(shuō)，C2料場(chǎng)最優(yōu)，但使用時(shí)間較短，因此籌建期和主體施工期混凝土骨料場(chǎng)選擇C2、C3料場(chǎng)是合適的；由于地形阻隔，距離較遠(yuǎn)，選擇C3、C4砂石加工系統(tǒng)分區(qū)供應(yīng)混凝土骨料的方案是合適的。從時(shí)間及空間上考慮不同的料場(chǎng)加工混凝土骨料，并充分利用開挖料及料場(chǎng)開采超徑石，以降低混凝土造價(jià)。該結(jié)果可為后期料場(chǎng)比選提供理論依據(jù)。