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(zhì)差異較大，為了落實(shí)料源方案，從料源質(zhì)量、開采運(yùn)輸條件、砂石加工系統(tǒng)設(shè)置、施工總布置與施工用地，以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面進(jìn)行綜合比選。結(jié)果表明：由于天然料砂（碎）石加工系統(tǒng)除泥流程復(fù)雜，制成混凝土的強(qiáng)度和耐久性不如人工骨料；人工骨料砂石系統(tǒng)工藝成熟，制成混凝土質(zhì)量保證率高，且經(jīng)濟(jì)性占優(yōu)。最終確定采用扎史同溝石料場(chǎng)集中供料、少量工程開挖料補(bǔ)充的料源方案。

關(guān)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(hào)：TV42""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.08.007

文章編號(hào)：1006-0081（2024）08-0047-05

0 引 言

國(guó)內(nèi)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(zhì)與性能，料場(chǎng)開采運(yùn)輸條件、運(yùn)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(duì)工程施工布置方案的影響。本文以扎拉水電站為研究對(duì)象，在混凝土骨料選定過程中，考量了料源自身的各關(guān)鍵因子，詳細(xì)分析了不同料源方案在砂石加工系統(tǒng)設(shè)置［4］、砂石料運(yùn)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(duì)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(fā)的電站，壩址位于昌都市左貢縣碧土鄉(xiāng)，廠址位于林芝市察隅縣察瓦龍鄉(xiāng)，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(fā)電建筑由引水隧洞、調(diào)壓室、蝶閥室、高差約600 m的兩級(jí)壓力豎井和地面廠房組成，采用兩機(jī)一洞的布置形式，電站廠房安裝2臺(tái)500 MW沖擊式水輪機(jī)組。

工程建設(shè)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(fù)雜多變，有板巖、變質(zhì)砂巖、變質(zhì)流紋斑巖、大理巖和白云質(zhì)灰?guī)r，僅14.6萬m3引水隧洞洞挖料變質(zhì)流紋斑巖、大理巖及結(jié)晶灰?guī)r可用作混凝土骨料，遠(yuǎn)不能滿足工程混凝土骨料需要。為此，需在地質(zhì)勘察和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的原則，對(duì)料源分布、儲(chǔ)量、質(zhì)量及開采運(yùn)輸條件進(jìn)行綜合分析和物料平衡規(guī)劃，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選定料源方案［5-6］。

2 料源基本情況

針對(duì)天然建筑材料，在壩址工區(qū)初選了2處天然砂礫料場(chǎng)和1處人工骨料場(chǎng)，在廠址工區(qū)初選了1處人工骨料場(chǎng)，并開展了地質(zhì)勘察和試驗(yàn)工作。

2.1 巖迫階地砂礫料場(chǎng)

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

料場(chǎng)有用層為第四系更新統(tǒng)沖積物，厚度16.2～45.5 m，儲(chǔ)量98.9萬m3。砂礫母巖為花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖及變質(zhì)砂巖、輝長(zhǎng)巖等硬質(zhì)巖，多呈圓狀-次圓狀。

料場(chǎng)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%?；旌狭霞?jí)配曲線見圖1，曲率系數(shù)平均值53，不均勻系數(shù)平均值109.8，級(jí)配不良。

篩分產(chǎn)生的天然砂平均含泥量14.5%，泥塊平均含量3.8%，輕物質(zhì)平均含量2.35%，均超標(biāo)；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(xì)骨料。料場(chǎng)開采的剝采比為1∶9.73。

2.2 壩址左岸階地砂礫料場(chǎng)

壩址左岸階地砂礫料場(chǎng)位于壩址左岸扎郎上溝與扎郎下溝之間Ⅲ級(jí)階地，該料場(chǎng)位于大壩左岸壩肩和下游護(hù)岸開挖范圍內(nèi)。

料場(chǎng)有用層為第四系更新統(tǒng)沖積物，母巖為花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖及變質(zhì)砂巖、輝長(zhǎng)巖等硬質(zhì)巖，呈次棱角-次圓狀。左岸壩肩和下游護(hù)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%?；旌狭霞?jí)配曲線見圖2，曲率系數(shù)平均值29.7，不均勻系數(shù)平均值145.7，級(jí)配不良。

篩分產(chǎn)生的天然砂平均含泥量32.1%，泥塊平均含量16.3%，超標(biāo)嚴(yán)重；細(xì)度模數(shù)平均值163，偏??；直接篩分的天然砂不適合用作混凝土細(xì)骨料。

2.3 卡樹石料場(chǎng)

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

料場(chǎng)有用層為印支期花崗閃長(zhǎng)巖，巖體完整性較差，強(qiáng)風(fēng)化帶厚3～9 m，弱風(fēng)化帶厚27～35 m，風(fēng)化巖體呈塊度10～50 cm的鑲嵌結(jié)構(gòu)、次塊狀結(jié)構(gòu)，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(fā)育，呈無規(guī)律夾層狀、團(tuán)塊狀隨機(jī)分布。

料場(chǎng)原巖品質(zhì)滿足人工骨料原巖質(zhì)量要求，但料場(chǎng)剝離工程量較大，料場(chǎng)規(guī)劃開采范圍內(nèi)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(chǎng)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(chǎng)

扎史同溝石料場(chǎng)位于地面廠房下游1.5 km的右岸扎史同溝溝口。東側(cè)為扎史同溝，料場(chǎng)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(nèi)分布第四系崩坡積碎塊石外，采區(qū)基巖裸露。料場(chǎng)巖性為石炭系上統(tǒng)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(fēng)化現(xiàn)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(fēng)化帶厚3～15 m，為無用層，溶蝕風(fēng)化帶以下均為有用料。料場(chǎng)原巖品質(zhì)滿足人工骨料原巖質(zhì)量要求，為非堿活性骨料。料場(chǎng)無用層體積約52.0萬m3，有用層儲(chǔ)量約213.7萬m3，剝采比為1∶4.11。

3 料源方案研究

根據(jù)樞紐布局特點(diǎn)、工程區(qū)附近料源分布情況，結(jié)合工程分標(biāo)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(qū)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(chǎng)中的蠻石（礫）石。引水隧洞與廠房施工區(qū)混凝土骨料料源采用扎史同溝山場(chǎng)料，同時(shí)利用部分引水隧洞洞挖料。

（2） 方案二。大壩施工區(qū)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(xì)骨料采用扎史同溝山場(chǎng)料。引水隧洞與廠房施工區(qū)混凝土骨料料源采用扎史同溝山場(chǎng)料，同時(shí)利用部分引水隧洞洞挖料。

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

天然砂礫料和卡樹石料場(chǎng)花崗閃長(zhǎng)巖骨料均存在堿活性，大壩抗沖磨混凝土質(zhì)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(chǎng)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(chǎng)料。

4種料源方案料場(chǎng)開采量以及配套砂石加工系統(tǒng)和混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)置方案見表1。各料源方案料場(chǎng)開采、運(yùn)輸和棄渣堆存全過程的主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

4 方案比較

4.1 料源質(zhì)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(biāo)，剔除較為困難。無法利用的問題，且天然砂礫料場(chǎng)儲(chǔ)量均較貧，單一料源無法滿足大壩施工區(qū)混凝土骨料需要量。

卡樹石料場(chǎng)儲(chǔ)量滿足大壩施工區(qū)砂石骨料需求量，但無用剝離料數(shù)量較多，經(jīng)濟(jì)性較差；扎史同石料場(chǎng)儲(chǔ)量豐富，剝采比小，質(zhì)量最優(yōu)。

引水隧洞開挖料數(shù)量較為有限，僅能作為主料源的補(bǔ)充。

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

4.2 開采及運(yùn)輸方案比選

方案一中左岸壩肩和上游護(hù)岸階地部位開挖時(shí)段與混凝土澆筑時(shí)段不同步，開挖出來的利用料需臨時(shí)堆存，混凝土澆筑時(shí)段再回采加工利用，工序較其他方案更為復(fù)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(chǎng)，施工影響范圍小，征地移民投資較省。

4.3 施工工廠設(shè)置及工藝比選

方案一、方案三、方案四在大壩施工區(qū)和廠房施工區(qū)分別設(shè)置1個(gè)砂石加工系統(tǒng)，方案二在廠房施工區(qū)集中設(shè)置1個(gè)砂石加工系統(tǒng)。各料源方案混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的布置、規(guī)模相同。

天然料砂（碎）石加工系統(tǒng)需處理含泥量嚴(yán)重超標(biāo)的砂礫料，在二級(jí)篩分底下增設(shè)洗泥機(jī)和采用多級(jí)高堰式洗砂機(jī)也難以讓沖洗后的細(xì)骨料含泥量達(dá)到小于3.0%的要求，并易造成細(xì)砂大量流失和增加用水量、水處理規(guī)模，計(jì)劃在一級(jí)篩分時(shí)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(yīng)的污水處理和排泥措施［7-8］。方案二中大壩碎石加工系統(tǒng)僅加工粗骨料，無制砂工藝，細(xì)骨料由廠房砂石加工系統(tǒng)供應(yīng)。

方案二、方案三和方案四砂石加工工藝較成熟，骨料質(zhì)量有保證。方案一中砂石加工系統(tǒng)處理的天然砂礫料含泥量超標(biāo)嚴(yán)重，加工質(zhì)量存在一定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

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(shè)1條長(zhǎng)1.91 km的料場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆贰?/p>

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

各料源方案砂石加工系統(tǒng)布置及主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見表3。

5 綜合比選結(jié)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(chǔ)量不足以滿足大壩施工區(qū)混凝土骨料需要量，方案一從巖迫砂礫石料補(bǔ)充，方案二僅考慮加工粗骨料，細(xì)骨料由廠房砂石加工系統(tǒng)供應(yīng)。壩址左岸階地沖積層砂礫料超徑石較多，級(jí)配不良，含泥量、泥塊含量超標(biāo)，即使通過篩分棄料和加強(qiáng)沖洗可以降低含泥量，也無法完全排除含泥量高對(duì)骨料品質(zhì)的影響，骨料含泥量對(duì)混凝土強(qiáng)度及耐久性能均產(chǎn)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(dāng)?shù)幕炷凉橇狭显?，在工程?shí)踐中使用案例較少，加工質(zhì)量存在一定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

方案三和方案四的人工骨料系統(tǒng)加工工藝較成熟，骨料質(zhì)量有保證。方案三中，卡樹石料場(chǎng)巖體破碎，無用棄料量大，經(jīng)濟(jì)性較差，且料場(chǎng)下部為地方S203公路和場(chǎng)內(nèi)道路，開采爆破對(duì)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(chǎng)，對(duì)環(huán)境、征地移民影響相對(duì)較小。

從工程投資上比較，方案二與方案四相當(dāng)，二者與方案一和方案三相比，投資相對(duì)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(chǎng)白云巖，并利用引水隧洞洞挖料中的流紋斑巖、大理巖和結(jié)晶灰?guī)r，在廠房施工區(qū)集中布置1個(gè)砂石骨料加工系統(tǒng)，承擔(dān)工程全部主體工程所需的骨料生產(chǎn)任務(wù)。

6 結(jié) 語

本文針對(duì)西藏扎拉水電站工程區(qū)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(jīng)骨料質(zhì)量、開采運(yùn)輸、系統(tǒng)設(shè)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(chǎng)石料進(jìn)行軋制，并利用引水隧洞開挖料中的流紋斑巖、大理巖和結(jié)晶灰?guī)r。扎史同溝石料場(chǎng)巖性以灰色、灰白色白云巖為主，強(qiáng)度高，不具堿活性，儲(chǔ)量和質(zhì)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。

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編輯：高小雲(yún)

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(xiàng)目：長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司自主創(chuàng)新項(xiàng)目（CX2021Z13）

作者簡(jiǎn)介：熊新宇，男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)。E-mail：154984230@qq.com

引用格式：熊新宇，姚勇強(qiáng)，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(bào)，2024，45（8）：47-51，64.