西藏旁多水利樞紐大壩瀝青混凝土系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行

黃 揚(yáng) 一，向 尚 君

(1.長江水利水電開發(fā)集團(tuán)(湖北)有限公司 工程建設(shè)監(jiān)理中心，湖北 武漢 430010； 2.中國安能集團(tuán)第三工程局有限公司，四川 成都 611135)

1 工程概況

旁多水利樞紐碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩是西藏高海拔地區(qū)第一座碾壓式瀝青混凝土心墻壩，最大壩高71 m、壩頂寬度12 m、壩頂長度1 052 m。瀝青混凝土心墻頂高程4 098.70 m、底高程4 035.90 m，底部高3 m心墻寬度由2.2 m漸變到1.0 m，3 m以上心墻寬度從1.0 m漸變到0.7 m，瀝青混凝土共計(jì)49 985.68 m3。心墻兩側(cè)為4 m寬砂礫石過渡料。

大壩瀝青混凝土系統(tǒng)主要包括堿骨料加工系統(tǒng)和瀝青混凝土拌和系統(tǒng)[1-2]，是大壩碾壓式瀝青混凝土心墻施工的關(guān)鍵設(shè)施，施工進(jìn)度、瀝青混凝土拌和質(zhì)量與之息息相關(guān)[3-5]。西藏高海拔地區(qū)空氣比較干燥、稀薄，太陽輻射較強(qiáng)，紫外線照射強(qiáng)度大，冬季低溫季節(jié)較長，一般為11月至次年3月；而6～9月為雨季，晝夜溫差大，對(duì)瀝青混凝土心墻施工影響較大，造成年有效施工天數(shù)較少。同時(shí)，施工工期緊、任務(wù)重對(duì)碾壓式瀝青混凝土心墻施工設(shè)備提出了更高要求：一方面系統(tǒng)生產(chǎn)能力要滿足施工強(qiáng)度要求；另一方面要考慮西藏高海拔地區(qū)惡劣氣候條件的影響。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主要施工強(qiáng)度計(jì)算

在系統(tǒng)建設(shè)前，已進(jìn)行了碾壓式瀝青混凝土室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)，推薦的室內(nèi)配合比如表1所示[6]。大壩碾壓式瀝青混凝土心墻分兩期施工：一期導(dǎo)流期間主要施工左岸河漫灘和階地處樁號(hào)0+000～樁號(hào)0+750心墻及相應(yīng)壩體；二期導(dǎo)流期間主要施工右岸預(yù)留210 m長心墻及相應(yīng)壩體。一、二期瀝青混凝土心墻按1∶3坡比進(jìn)行對(duì)接。根據(jù)節(jié)點(diǎn)工期要求，按照投標(biāo)階段瀝青混凝土心墻總量進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，碾壓式瀝青混凝土按每層厚25 cm計(jì)算，得知大壩碾壓式瀝青混凝土心墻高峰施工強(qiáng)度為252 m3/d，瀝青混合料拌和強(qiáng)度為605 t/d，鋪筑心墻長度為959 m/d，施工日長按10 h/d計(jì)算，瀝青混凝土拌和樓拌和高峰強(qiáng)度為60.5 t/h。

表1 室內(nèi)試驗(yàn)推薦的瀝青混凝土配合比Tab.1 Recommended mix proportion of asphalt concrete by laboratory test %

根據(jù)大壩碾壓式瀝青混凝土心墻日施工高峰強(qiáng)度和室內(nèi)試驗(yàn)推薦配合比，考慮粗骨料生產(chǎn)損耗7%、細(xì)骨料及礦粉損耗8%，按16 h/d生產(chǎn)(二班制)計(jì)算堿骨料加工系統(tǒng)處理能力，具體計(jì)算結(jié)果如表2所示。系統(tǒng)處理能力按處理毛料50 t/h和生產(chǎn)成品骨料30 t/h設(shè)計(jì)，儲(chǔ)量滿足7 d施工用量。

表2 堿骨料加工系統(tǒng)處理能力計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation result of processing capacity of alkali aggregate processing system

2.2 堿骨料加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)

瀝青混凝土堿骨料加工系統(tǒng)布置于大壩左岸下游河漫灘上，該場(chǎng)地采用開挖渣料回填而成，地勢(shì)較為平坦，占地面積較大，滿足現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)布置要求[1-2，7]。堿骨料原料采用邦中堿骨料場(chǎng)灰?guī)r，較易破碎、磨蝕性小、破碎比大、礦粉需回收利用，工藝流程選擇兩段破碎、一段制砂，干法生產(chǎn)工藝。粗碎開路生產(chǎn)，中碎閉路生產(chǎn)，風(fēng)選車間開路生產(chǎn)礦粉，細(xì)碎車間進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)節(jié)。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 堿骨料加工系統(tǒng)工藝流程Fig.1 Process flow of alkali aggregate processing system

2.3 瀝青混凝土拌和系統(tǒng)設(shè)計(jì)

瀝青混凝土拌和系統(tǒng)采用間歇強(qiáng)制式瀝青混凝土拌和樓[2]，系統(tǒng)主要包括冷料倉、干燥筒、二次篩分、熱料倉、拌和機(jī)、成品料倉、礦粉罐、柴油罐、恒溫瀝青罐、瀝青脫桶裝置及加熱爐等。堿骨料加工系統(tǒng)與瀝青混凝土拌和系統(tǒng)之間骨料運(yùn)輸采用地壟皮帶方式進(jìn)行。瀝青混凝土拌和系統(tǒng)具體工藝流程如圖2所示。

圖2 瀝青混凝土拌和系統(tǒng)工藝流程Fig.2 Process flow of asphalt concrete mixing system

2.4 主要設(shè)備選擇

根據(jù)料源巖性、瀝青混凝土骨料粒徑要求以及骨料需用量，堿骨料加工系統(tǒng)粗碎選擇顎式破碎機(jī)、中碎選擇反擊式破碎機(jī)，細(xì)碎選擇立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)(石打鐵式)，風(fēng)選車間選用離心式選粉機(jī)。瀝青混凝土拌和系統(tǒng)主要設(shè)備包括間歇強(qiáng)制式瀝青混凝土拌和樓、瀝青脫桶裝置以及附屬加熱爐、柴油罐、瀝青罐等[8]。

3 系統(tǒng)運(yùn)行中的主要問題

3.1 瀝青混凝土心墻實(shí)際施工強(qiáng)度

在實(shí)際施工過程中，大壩碾壓式瀝青混凝土心墻的施工順序有所調(diào)整，總體上還是分為兩期施工：一期主要施工左岸河漫灘和階地處樁號(hào)0+738.19以左及高程4 076 m以下心墻及相應(yīng)壩體；二期主要進(jìn)行剩余部位心墻及相應(yīng)壩體施工，一、二期瀝青混凝土心墻按1∶3坡比進(jìn)行對(duì)接[9]。大壩碾壓式瀝青混凝土心墻月高峰強(qiáng)度為鋪筑心墻長度17 739.09 m、體積3 104.34 m3，日高峰強(qiáng)度為鋪筑心墻長度1 130.75 m、體積376.31 m3。瀝青混凝土按2.4 t/m3計(jì)，心墻施工10 h/d，瀝青混合料拌和強(qiáng)度為90.3 t/h，與瀝青混凝土拌和系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)相比提高了約30 t/h，達(dá)到系統(tǒng)額定生產(chǎn)能力的75%。

3.2 堿骨料加工系統(tǒng)運(yùn)行中的主要問題

堿骨料加工系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無論是生產(chǎn)出的骨料品質(zhì)，還是系統(tǒng)的生產(chǎn)強(qiáng)度均可滿足現(xiàn)場(chǎng)心墻施工需要。雖然現(xiàn)場(chǎng)施工分期改變，增加了心墻高峰強(qiáng)度，通過延長堿骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)間，增加作業(yè)班次，亦可滿足瀝青混凝土拌和對(duì)堿骨料的需求，反而是以下問題需要予以重點(diǎn)關(guān)注。

(1) 堿骨料加工系統(tǒng)通過風(fēng)選設(shè)備，將料徑小于4.750 mm的混合料風(fēng)選出小石(2.360～4.750 mm)、砂(0.075～2.360 mm)、礦粉(<0.075mm)，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，礦粉的產(chǎn)量和品質(zhì)均滿足不了心墻施工需要。后通過增加2臺(tái)YGM130型高壓懸輥磨粉機(jī)，單臺(tái)磨粉機(jī)產(chǎn)量2～11 t/h，采用地罐氣送方式輸送至瀝青混凝土拌和樓，滿足了現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

(2) 堿骨料加工系統(tǒng)運(yùn)行初期，成品料倉未采取可靠的防雨措施，造成骨料含水率超標(biāo)。一方面造成骨料在加熱干燥時(shí)燃油消耗量大；另一方面導(dǎo)致瀝青混凝土拌和料含有水氣，在心墻中不易排出，引起孔隙率超標(biāo)，降低了其防滲性能[10-12]。后通過對(duì)成品料倉增加防雨棚等措施解決了骨料含水率超標(biāo)問題。

(3) 在堿骨料加工系統(tǒng)中，對(duì)易產(chǎn)生粉塵部位采取封閉的防塵措施，起到了一定的防塵降噪效果，但粉塵易堆積在設(shè)備上，對(duì)設(shè)備損傷較大[13-15]。堆積的粉塵主要為灰?guī)r加工過程中的石粉，可以作為礦粉用，但未采取回收措施。

3.3 瀝青混凝土拌和系統(tǒng)運(yùn)行中的主要問題

(1) 瀝青混凝土拌和樓稱量系統(tǒng)采用三點(diǎn)傳感器，受內(nèi)外溫差影響，稱量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，容易漂浮不定，影響稱量自動(dòng)控制和稱量數(shù)據(jù)記錄。雖經(jīng)人工調(diào)整，拌和質(zhì)量得到了保證，但稱量自動(dòng)控制始終未得到有效解決。

(2) 瀝青混凝土拌制過程中，二次篩分后骨料消耗量與成品骨料級(jí)配不匹配時(shí)易導(dǎo)致熱料倉溢料。雖溢出的骨料能夠再次利用，但在干燥過程中造成油料浪費(fèi)，不利于施工成本控制。因此保持成品骨料的相對(duì)穩(wěn)定，能夠減少干燥后的骨料溢料，減少油料浪費(fèi)，有利于降低施工成本。

(3) 燃燒器是干燥筒的關(guān)鍵部件，燃油的品質(zhì)直接影響到燃燒器的運(yùn)行。燃油雜質(zhì)多易導(dǎo)致管路堵塞，含水量大易結(jié)冰堵塞管路。燃燒器運(yùn)行過程中，要加強(qiáng)對(duì)燃燒器的維護(hù)保養(yǎng)，要備足控制閥等易損配件。在低溫季節(jié)要做好輸油管路的保溫工作，防止管路結(jié)冰，同時(shí)要使用品質(zhì)較好的燃油。

(4) 介質(zhì)油長期使用過程中易引起管壁積碳，造成管路堵塞和受熱不均。拌和系統(tǒng)在運(yùn)行過程中曾因內(nèi)部積碳引起管路堵塞，局部溫度過高，導(dǎo)致瀝青燃燒和加熱爐管路爆炸，火災(zāi)安全隱患較大。因此，定期采用清洗劑對(duì)管路進(jìn)行清洗，防止管路堵塞和受熱不均引起爆炸等問題，顯得尤為重要。

4 系統(tǒng)改進(jìn)建議

4.1 堿骨料加工系統(tǒng)的改進(jìn)建議

結(jié)合旁多水利樞紐瀝青混凝土堿骨料加工系統(tǒng)的運(yùn)行情況，針對(duì)西藏高海拔地區(qū)氣候特點(diǎn)，堿骨料加工系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及運(yùn)行過程中應(yīng)對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。

(1) 在二次篩分系統(tǒng)增加一層篩網(wǎng)，使用3層篩網(wǎng)，在一次篩分的基礎(chǔ)上，使系統(tǒng)直接生產(chǎn)出大石(9.500～19.000 mm)、中石(4.750～9.500 mm)、小石(2.360～4.750 mm)、砂(0.075～2.360 mm)，而礦粉(<0.075 mm)采用磨粉機(jī)直接進(jìn)行生產(chǎn)。不采用風(fēng)選的工藝進(jìn)行礦粉、砂和小石的生產(chǎn)，一方面可以彌補(bǔ)礦粉產(chǎn)量不足的缺點(diǎn)；另一方面可以確保礦粉的品質(zhì)。礦粉可以采用氣力輸送，也可采用螺旋輸送機(jī)或垂直提升機(jī)等機(jī)械方式輸送。

(2) 加工系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及建設(shè)時(shí)，從毛料堆存至成品料倉全過程要采用可靠的防雨防水措施。除工藝要求干法生產(chǎn)外，毛料堆存場(chǎng)、成品料倉需搭設(shè)防雨棚，加工車間和輸送皮帶應(yīng)采用全封閉結(jié)構(gòu)。

(3) 加工系統(tǒng)要設(shè)計(jì)有降噪除塵等環(huán)保設(shè)施。加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)設(shè)施的配置，一方面要適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境保護(hù)管控日趨嚴(yán)格的要求；另一方面從職業(yè)健康角度考慮，要切實(shí)改變現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，且回收粉塵作為礦粉利用，也符合當(dāng)前環(huán)保發(fā)展要求。系統(tǒng)可結(jié)合防雨水措施，對(duì)粗碎車間、中碎車間、制砂車間、一次篩分車間、二次篩分車間以及輸送皮帶采用彩鋼結(jié)構(gòu)封閉，同時(shí)在產(chǎn)生粉塵較大部位設(shè)置除塵設(shè)施。

(4) 成品料倉與瀝青混凝土拌和樓之間骨料運(yùn)輸采用地壟皮帶輸送方式，需要專門建設(shè)地壟和皮帶系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，使用維修成本較高，需要專門人員維護(hù)，但輸送效率高。采用裝載機(jī)進(jìn)行上料的方式較為靈活，使用成本較低，裝載機(jī)還可兼顧其他工作，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)運(yùn)效率較低。建議實(shí)際施工時(shí)可根據(jù)瀝青混凝土拌和強(qiáng)度選擇轉(zhuǎn)運(yùn)方式，在強(qiáng)度特別大時(shí)選擇地壟輸送方式。

4.2 瀝青混凝土拌和系統(tǒng)的改進(jìn)建議

瀝青混凝土拌和系統(tǒng)運(yùn)行主要成本控制點(diǎn)在干燥筒使用的燃料上，目前在水利水電工程中多使用柴油作為燃料，燃燒后熱值容易保證，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，加熱后骨料無污染，瀝青混凝土拌和質(zhì)量容易保證，缺點(diǎn)是成本較高。在公路工程中一般使用粉碎后的煤炭作為燃料，但燃燒后產(chǎn)生的煤灰會(huì)對(duì)瀝青混合料造成污染，建議對(duì)加熱系統(tǒng)的燃燒器進(jìn)行改進(jìn)，使之能夠使用重油作為燃料來加熱骨料，以此來降低施工成本。另一方面就是加強(qiáng)稱量系統(tǒng)的改進(jìn)，在目前傳感器基礎(chǔ)上調(diào)整和改進(jìn)，使稱量數(shù)據(jù)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)拌和稱量的自動(dòng)控制。

4.3 瀝青混凝土拌和質(zhì)量控制的建議

瀝青混凝土拌和質(zhì)量控制主要通過抽提試驗(yàn)檢測(cè)瀝青及各級(jí)配礦料的比例，通過比較試驗(yàn)結(jié)果是否在規(guī)定的允許范圍內(nèi)來判斷瀝青混凝土的拌和質(zhì)量。因此，骨料的質(zhì)量對(duì)瀝青混凝土的拌和質(zhì)量影響較大。以二次篩分后熱料倉的骨料質(zhì)量作為取樣點(diǎn)，根據(jù)工藝流程特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，以此試驗(yàn)結(jié)果作為骨料質(zhì)量控制依據(jù)，更有利于瀝青混凝土拌和質(zhì)量的控制[16-18]。

瀝青混凝土骨料級(jí)配主要是通過調(diào)節(jié)大石、中石、小石、砂及礦粉的用量使骨料合成級(jí)配盡可能接近目標(biāo)級(jí)配，一般通過最優(yōu)算法可以實(shí)現(xiàn)[19-20]。二次篩分后熱料倉骨料直接用于瀝青混凝土的拌和，每種骨料的級(jí)配及用量直接影響到合成后骨料的級(jí)配，以此作為瀝青混凝土骨料的控制點(diǎn)是合適的。具體到某一種骨料而言，只要其最大粒徑不超過規(guī)范及設(shè)計(jì)允許要求，合成后級(jí)配連續(xù)，其超遜徑都可通過調(diào)整某種骨料用量確保最終級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求。但為降低施工成本，減少二次篩分溢料，要求成品料倉中骨料級(jí)配相對(duì)穩(wěn)定是必須的。

5 結(jié) 語

堿骨料加工系統(tǒng)和瀝青混凝土拌和系統(tǒng)作為碾壓式瀝青混凝土心墻施工的關(guān)鍵設(shè)施，其設(shè)計(jì)是否合理，運(yùn)行是否高效，關(guān)系到瀝青混凝土心墻的施工質(zhì)量。以西藏旁多水利樞紐碾壓式瀝青混凝土系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行為例，具體針對(duì)西藏高海拔地區(qū)氣候特點(diǎn)，分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的主要問題，并提出了改進(jìn)建議，已成功應(yīng)用于西藏拉洛水利樞紐大壩瀝青混凝土系統(tǒng)，應(yīng)用效果良好，為西藏高海拔地區(qū)類似工程瀝青混凝土系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行提供了可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。