硬梁包水電站混凝土骨料料源選擇

何 良，張理理，王 君

（1.中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，成都 610072；2.四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，成都 610072）

1 前 言

硬梁包水電站位于四川省瀘定縣境內(nèi)，是大渡河干流水電規(guī)劃22級(jí)開發(fā)方案的第13個(gè)梯級(jí)電站。采用引水式開發(fā)，裝機(jī)容量1200MW，與上游雙江口水電站水庫聯(lián)合運(yùn)行，多年平均年發(fā)電量53.5億kWh。樞紐建筑物由閘壩、引水系統(tǒng)、地下廠房等組成。

本工程混凝土（包括噴混凝土、混凝土防滲墻）總量323.9萬m3、反濾料4.5萬m3、墊層料3.4萬m3，共需成品砂石骨料770萬t，需毛料920萬t，成品骨料最大粒徑為80mm。

2 水電站混凝土骨料介紹

水電工程混凝土骨料的料源包括建筑物開挖料、天然砂礫料場及石料場的開采料。

混凝土骨料料源可選擇建筑物開挖料、天然砂礫料或石料場開采料，也可選擇三種料的不同組合。選用建筑物開挖料有利于環(huán)境保護(hù)和水土保持，應(yīng)優(yōu)先選用。天然砂礫料儲(chǔ)量豐富，剝采比較小，級(jí)配和開采運(yùn)輸條件較好時(shí)，也可作為優(yōu)先選用料源。

由于堿活性骨料在一定條件下會(huì)與混凝土中的水泥、外加劑、摻合劑等材料中的堿物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生膨脹、開裂甚至破壞，故混凝土骨料料源應(yīng)進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)。主體工程混凝土骨料選用具有潛在堿硅酸反應(yīng)的骨料料源時(shí)，應(yīng)經(jīng)過專門論證，并采取抑制骨料堿活性的有效措施。

3 電站料源概況

3.1 天然砂礫石料源

本工程天然砂礫石料源主要有烏支索、德威、二里壩等3個(gè)砂礫石料場，總儲(chǔ)量156萬m3，各料場特性見表1。

試驗(yàn)成果表明，各天然砂礫石料場除細(xì)骨料的含泥（泥塊）量超標(biāo)外（可通過加水沖洗解決），其余指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

根據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》骨料堿活性檢驗(yàn)（化學(xué)法）評定標(biāo)準(zhǔn)，天然料堿度值Rc<70，且二氧化硅濃度Sc<35+Rc/2，均為非堿活性骨料。

天然砂礫石料場試驗(yàn)成果見表2～4。

表1 天然砂礫石料源匯總表

表2 粗骨料物理性質(zhì)試驗(yàn)成果

表3 細(xì)骨料物理性質(zhì)試驗(yàn)成果

表4 粗細(xì)骨料試驗(yàn)成果

表5 石料場特性表

表6 石料場試驗(yàn)成果表

3.2 人工骨料料源

人工骨料料源質(zhì)量穩(wěn)定，加工費(fèi)用較天然料高，主要包括工程開挖料和石料場。

3.2.1 工程開挖料

本工程石方洞挖總量約1027萬m3，其中引水隧洞、調(diào)壓室及地下廠房主要洞室洞挖總量927萬m3，尾水洞及附屬洞室開挖渣料100萬m3。根據(jù)試驗(yàn)資料，其中60%可用作加工混凝土骨料，約616萬m3。

引水隧洞進(jìn)口段巖性為灰白色花崗巖，洞身主要為閃長巖、花崗巖；地下廠房及調(diào)壓室等主要洞室為閃長巖、花崗巖和輝綠巖。

據(jù)巖石室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)成果：巖石弱風(fēng)化弱卸荷巖石平均普通吸水率0.68%，平均濕抗壓強(qiáng)度73.8MPa。

試驗(yàn)表明，除地下廠房尾水洞出口淺表部位的花崗巖存在潛在的堿活性外，其余部位質(zhì)量均滿足規(guī)范要求。

3.2.2 石料場

工程區(qū)引水隧洞洞線上有磨子溝和加郡溝兩個(gè)人工骨料料場，各料場特性見表5，試驗(yàn)成果見表6。

試驗(yàn)成果表明，各石料場質(zhì)量均基本滿足規(guī)范要求。根據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》骨料堿活性檢驗(yàn)（砂漿棒快速法）評定標(biāo)準(zhǔn)，砂漿試件14d的膨脹率均小于0.1%，磨子溝石料場和加郡溝石料場骨料均為非堿活性骨料。

4 料源選擇

4.1 料源分析

（1）天然砂礫石料源

本工程三個(gè)天然砂礫石料場中，由于德威料場位于導(dǎo)流明渠及面板壩等水工建筑物范圍內(nèi)，儲(chǔ)量不大，且已將建筑物開挖料規(guī)劃為導(dǎo)流圍堰填筑料料源，故混凝土骨料不能利用。

烏支索料場位于閘址左岸上游700m處，儲(chǔ)量約43萬m3，分布高程1230～1240m，位于庫區(qū)，宜優(yōu)先選作首部工程骨料料源。

二里壩料場位于壩址右岸下游5.5km處，儲(chǔ)量約81萬m3，大部分為耕地，河邊少量為河灘地。

因此，本工程天然砂礫石料可用儲(chǔ)量為124萬m3。

（2）工程開挖料

為有利于環(huán)保水保，節(jié)約工程投資，人工料宜優(yōu)先考慮利用工程開挖料。

根據(jù)地質(zhì)資料，石方洞挖料中約616萬m3可用作加工混凝土骨料。

（3） 石料場

工程區(qū)有磨子溝和加郡溝兩個(gè)人工骨料料場，儲(chǔ)量均約500萬m3，巖性和工程開挖料一致，均為花崗巖，質(zhì)量均基本滿足規(guī)程規(guī)范要求。

根據(jù)施工總布置規(guī)劃，在磨子溝溝內(nèi)設(shè)置有渣場，布置有施工公路，開采運(yùn)輸條件較加郡溝料場好，料場無用層較淺，故石料場宜優(yōu)先選擇磨子溝石料場。

4.2 方案擬定

本工程天然砂礫石料源和人工骨料料源均位于廠區(qū)和壩區(qū)之間，運(yùn)距較近，質(zhì)量均基本滿足要求。天然料為非活性骨料，人工骨料料源除地下廠房尾水洞出口淺表部位的花崗巖開挖渣料存在潛在的堿活性外，其余均為非活性骨料。堿活性骨料通過采取適當(dāng)?shù)膲A活性抑制措施，可以滿足加工混凝土骨料的要求。

雖然天然砂礫石料源加工費(fèi)用較低，但儲(chǔ)量較少，故本工程混凝土骨料料源應(yīng)以人工骨料料源為主，結(jié)合天然砂礫石料源進(jìn)行綜合比較。

天然砂礫石料源和工程開挖料儲(chǔ)量已經(jīng)能夠滿足加工本工程所需的混凝土骨料，故不考慮開采石料場。

綜合以上對各個(gè)天然料場、開挖料、石料場的分布、儲(chǔ)量、質(zhì)量等分析，同時(shí)考慮到二里壩回采渣場布置在二里壩天然砂礫料場上方，天然砂礫料加工單價(jià)低于人工骨料，優(yōu)先利用工程開挖料不僅減少堆渣占地、節(jié)省棄渣費(fèi)用，還有利于環(huán)境保護(hù)和水土保持，料源選擇應(yīng)不占或少占耕地等情況和要求，擬定了兩個(gè)骨料料源組合建廠方案。

方案一：優(yōu)先利用天然砂礫料場，不足部分由工程開挖料補(bǔ)充。即前期工程及首部樞紐混凝土骨料、反濾料和墊層料采用天然砂礫石料場，引水發(fā)電系統(tǒng)混凝土骨料采用工程開挖料。

建兩個(gè)砂石加工廠，分別位于烏支索及劉河壩，均需在工程前期建廠投產(chǎn)。

烏支索天然砂石加工廠料源為烏支索天然料場和二里壩天然料場，供應(yīng)導(dǎo)流工程及首部樞紐的混凝土、反濾料、墊層料等骨料，處理能力410t/h。

劉河壩人工砂石加工廠料源為二里壩回采渣場、磨子溝回采渣場，供應(yīng)引水發(fā)電系統(tǒng)的混凝土骨料，處理能力1100t/h。

方案二：優(yōu)先利用工程開挖料，僅前期臨建工程采用天然砂礫料。即前期工程混凝土骨料采用天然砂礫石料場，主體工程采用工程開挖料。

建兩個(gè)砂石加工廠，位置同方案一。烏支索天然砂石加工廠需前期建成投產(chǎn)，劉河壩人工砂石加工廠可在后期主體工程施工前建成。

表7 各方案概況表

烏支索天然砂石加工廠料源為烏支索天然料場，供應(yīng)導(dǎo)流工程及引水隧洞施工支洞的混凝土骨料，處理能力115t/h。

劉河壩人工砂石加工廠料源為磨子溝回采渣場，供應(yīng)首部樞紐、引水發(fā)電系統(tǒng)的混凝土、反濾料、墊層料等骨料，處理能力1500t/h。

各方案概況見表7。

4.3 方案比較

上述兩個(gè)方案需從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可靠性兩方面進(jìn)行比較。

4.3.1 經(jīng)濟(jì)方面

各方案的經(jīng)濟(jì)比較主要從建安費(fèi)用、骨料加工費(fèi)用、毛料運(yùn)輸費(fèi)用、成品骨料運(yùn)輸費(fèi)用、征地移民費(fèi)用等幾方面進(jìn)行比較。

（1） 建安費(fèi)用

方案一烏支索、劉河壩砂石廠建安費(fèi)用分別約800萬元、4000萬元，合計(jì)4800萬元。

方案二烏支索、劉河壩砂石廠建安費(fèi)用分別約300萬元、5000萬元，合計(jì)5300萬元。

（2）骨料加工費(fèi)用

天然砂石加工費(fèi)用綜合單價(jià)取17元/m3，人工砂石加工費(fèi)用綜合單價(jià)取27元/m3。

方案一天然砂石用量120萬m3，人工砂石用量360萬m3，加工費(fèi)用11760萬元。

方案二天然砂石用量35萬m3，人工砂石用量445萬m3，加工費(fèi)用12610萬元。

（3）毛料運(yùn)輸費(fèi)用

方案一烏支索砂石廠需毛料230萬t，運(yùn)距約1km，其中二里壩料場毛料（156萬t）需前期堆存于烏支索料場上，運(yùn)距10km，后期回采；劉河壩砂石廠需毛料690萬t，綜合運(yùn)距約1.7km。

方案一毛料運(yùn)輸費(fèi)用合計(jì)7679萬元。

方案二烏支索砂石廠需毛料70萬t，運(yùn)距1km；劉河壩砂石廠需毛料850萬t，運(yùn)距2km。

方案二骨料運(yùn)輸費(fèi)用合計(jì)6043萬元。

（4）成品骨料運(yùn)輸費(fèi)用

方案一烏支索砂石廠生產(chǎn)成品骨料190萬t，運(yùn)距0.3km；劉河壩砂石廠生產(chǎn)成品骨料580萬t，綜合運(yùn)距4.7km。

方案一骨料運(yùn)輸費(fèi)用合計(jì)5001萬元。

方案二烏支索砂石廠生產(chǎn)成品骨料60萬t，綜合運(yùn)距2.7km；劉河壩砂石廠生產(chǎn)成品骨料710萬t，綜合運(yùn)距5.7km。

方案二骨料運(yùn)輸費(fèi)用合計(jì)6531萬元。

（5）征地移民費(fèi)用

除方案一比方案二多占用二里壩料場外，其余料場及砂石廠占地范圍基本相同。二里壩料場范圍內(nèi)主要涉及耕地190畝，林地20畝，人口20人，總費(fèi)用約1000萬元。

各方案經(jīng)濟(jì)比較詳見表8。

表8 各方案費(fèi)用比較表

由表8可知，經(jīng)濟(jì)方面兩方案相差不大。

4.3.2 技術(shù)可靠性方面

（1） 料源

方案一天然料總儲(chǔ)量124萬m3，開采量103萬m3。工程開挖料可用渣料616萬m3，回采量267萬m3，回采率約44%。

方案二天然料儲(chǔ)量43萬m3，開采量32萬m3。工程開挖料可用渣料616萬m3，回采量327萬m3，回采率約53%。

根據(jù)《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，可研階段料場的規(guī)劃開采量應(yīng)考慮地質(zhì)和施工因素，按設(shè)計(jì)需用量的1.25～1.5倍選取。本工程需用量較大，可按設(shè)計(jì)需用量的1.25倍選取，方案一規(guī)劃開采量的回采率約55%，方案二規(guī)劃開采量的回采率約67%。

兩方案的料源質(zhì)量相同，方案一的天然料開采率較方案二高，工程開挖料回采率較方案二低，均滿足規(guī)范要求。

（2）系統(tǒng)運(yùn)行管理

方案一烏支索砂石加工廠承擔(dān)導(dǎo)流工程及首部樞紐的骨料，劉河壩砂石加工廠承擔(dān)引水發(fā)電系統(tǒng)的骨料，便于分標(biāo)管理，混凝土高峰由兩個(gè)砂石廠共同承擔(dān)，保證性較高，但兩個(gè)規(guī)模較大的加工廠均需在工程前期建廠投產(chǎn)。

方案二烏支索砂石加工廠（小廠）承擔(dān)前期工程的混凝土骨料，劉河壩砂石加工廠（大廠）承擔(dān)主體工程的骨料。小廠可歸屬導(dǎo)流工程，便于分標(biāo)管理。工程前期僅需建廠投產(chǎn)小廠，后期投產(chǎn)大廠，從時(shí)間上更有保證。

（3）環(huán)境保護(hù)和征地移民

方案一比方案二多選擇了二里壩天然料場，該料場主要涉及耕地190畝（水田），林地20畝，人口20人，占用該料場對當(dāng)?shù)鼐用裼休^大影響，移民安置難度大，復(fù)耕難度較大。

方案二充分利用開挖料，有利于環(huán)境保護(hù)和水土保持。

4.4 推薦方案

在料源和建廠條件方面，兩方案差別不大；在系統(tǒng)運(yùn)行管理和環(huán)境保護(hù)、征地移民方面，方案二比方案一更優(yōu)。

綜上所述，根據(jù)施工總布置及渣場規(guī)劃、料場儲(chǔ)量、位置、環(huán)境保護(hù)、征地移民等因素，考慮技術(shù)的可靠性和經(jīng)濟(jì)的合理性，選擇方案二作為本工程混凝土骨料料源的推薦方案。

5 結(jié)語

在水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)中，料源的選擇相當(dāng)重要，其選擇的恰當(dāng)與否直接關(guān)系到混凝土質(zhì)量和單價(jià)，以致影響工程質(zhì)量和造價(jià)。不同的工程在料源選擇上又有各自不同的特點(diǎn)，需因地制宜進(jìn)行綜合分析比較。本工程前期工程采用天然料，主體工程采用工程開挖料，不僅減少堆渣占地、節(jié)省棄渣費(fèi)用，還有利于環(huán)境保護(hù)和水土保持。在水電站混凝土骨料料源選擇時(shí)，不能僅因?yàn)樘烊簧暗[料加工費(fèi)用較人工骨料低就優(yōu)先選用，而應(yīng)結(jié)合工程開挖料的可利用情況、環(huán)境保護(hù)、水土保持、征地移民等因素綜合考慮，最終選擇一個(gè)技術(shù)可行、環(huán)境友好、節(jié)省資源、經(jīng)濟(jì)合理的方案。

[1]DL/T5397-2007水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)，2007.

[2]DL/T5388-2007水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程[S].中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)，2007.

[3]水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國水利水電出版社，1997.

[4]全國水利水電施工技術(shù)信息網(wǎng).水利水電工程施工手冊[M].北京：中國電力出版社，2002.

[5]譚建平.向家壩水電站混凝土骨料料源選擇[J].中國水利，2006（6）：51-53.

[6]黃河，等.溪洛渡水電站混凝土骨料料源選擇[J].中國水利，2006（4）：21-23.