論土谷塘航電樞紐工程砂石骨料推薦方案

楊 凌

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

1 工程概況

土谷塘航電樞紐工程位于湘江干流中游的衡南縣云集鎮(zhèn)附近，是《湘江干流規(guī)劃報(bào)告》中9個(gè)開發(fā)梯級(jí)建設(shè)中的第六級(jí)。本工程位于湘江干流衡陽(yáng)段，上距近尾洲水電站49km，下距大源渡水電站100 km，以航運(yùn)為主、航電結(jié)合、以電促航、并兼有灌溉、改善濱水景觀等綜合效益。屬Ⅱ等工程，主要建筑物為3級(jí)建筑物。

本樞紐工程由船閘、廠房、泄水閘、土壩等建筑物組成，水庫(kù)正常蓄水位58.0 m，相應(yīng)庫(kù)容1.97億m3。船閘布置于右岸，閘室有效尺寸為180 m×23 m×3.5 m（長(zhǎng)×寬×門檻水深）；河床式電站廠房布置于左岸，總裝機(jī)容量90 MW，安裝4臺(tái)22.5 MW的燈泡貫流式機(jī)組；泄水閘共17孔，孔口凈寬20 m；閘壩頂高程70.5 m，最大壩高30 m。

2 砂礫石料設(shè)計(jì)

2.1 砂石骨料的需要量

經(jīng)初步計(jì)算，本工程混凝土方量（含導(dǎo)流工程）77.31萬(wàn)m3，其中左岸 36.75萬(wàn)m3，右岸40.57萬(wàn)m3，經(jīng)計(jì)算整個(gè)工程共需砂礫石成品料180.78萬(wàn)t，其中左岸共需86萬(wàn)t，右岸共需95萬(wàn)t。表1為各級(jí)成品骨料需要量表。

表1 各級(jí)成品骨料需要量表（考慮損耗系數(shù)）

2.2 砂石料場(chǎng)基本情況

本階段初查砂石料場(chǎng)4個(gè)，包括蒸市砂礫石料場(chǎng)、月洲砂礫石料場(chǎng)、落砂洲砂礫石料場(chǎng)、錫皮洲砂礫石料場(chǎng)，共查明儲(chǔ)量233.04萬(wàn)m3。

（1）蒸市砂礫石料場(chǎng)：位于壩址上游湘江左岸邊灘，距上壩址陸運(yùn)49km。查明儲(chǔ)量48.73萬(wàn)m3。含礫率75.8%，含砂率24.2%。料場(chǎng)地面高程（58.0～63.0）m。有用層厚（2～4）m。水、陸運(yùn)輸方便，但運(yùn)距遠(yuǎn)。

（2）月洲砂礫石料場(chǎng)：位于壩址上游，為湘江左側(cè)河心洲，距上壩址水運(yùn)6 km。查明儲(chǔ)量83.29萬(wàn)m3。含礫率61.2%，含砂率38.8%。料場(chǎng)地面高程（49.0～55.0）m。 有用層厚 （3～5）m。 礫石成分主要為石英砂巖、次為砂巖、硅質(zhì)巖及少量板巖。砂的平均粒徑0.33mm，細(xì)度模數(shù)2.21 Fm，含泥量1.7%。場(chǎng)地較為開闊，適宜機(jī)械化開采。水路運(yùn)輸方便，陸路有10余公里的村級(jí)碎石路需加以改造。

（3）落砂洲砂礫石料場(chǎng)：位于壩址上游附近，為一河心洲。查明儲(chǔ)量 88.96萬(wàn) m3。 含砂率43.8%，含礫率56.2%。分布高程（46.5～51.0）m。 有用層厚（3～4）m，基本無(wú)剝離層。礫石成份以石英砂巖為主，次為砂巖、硅質(zhì)巖及少量板巖。礫石粒徑（5～40）mm的占92.8%。礫石以中細(xì)礫為主，粗礫較少。砂的平均粒徑0.31 mm，細(xì)度模數(shù)1.97 Fm，含泥量2.1%。

（4）錫皮洲砂礫石料場(chǎng)：位于下壩址附近，為一河心洲。查明儲(chǔ)量12.06萬(wàn)m3，基本無(wú)剝離層，分布高程（44.0～49.5）m，多分布于水下。即常水位時(shí)為水下開采，可采層厚（1～5）m，礫石以中細(xì)礫為主，粗礫較少，質(zhì)量較好，運(yùn)距近。

各料場(chǎng)儲(chǔ)量及有關(guān)物理指標(biāo)見表2～表5。

表2 天然砂礫石料場(chǎng)儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)表

表3 天然砂礫石料場(chǎng)主要物理指標(biāo)

表4 砂礫料場(chǎng)級(jí)配資料

表5 砂礫料場(chǎng)各粒徑儲(chǔ)量表

從表中所列各項(xiàng)指標(biāo)可以看出，蒸市料場(chǎng)距離壩址稍遠(yuǎn)，毛料運(yùn)輸成本較高，本階段不選擇作為毛料來(lái)源。綜合本工程需要量，本階段選擇落砂洲和月洲兩個(gè)砂礫石料場(chǎng)作為天然砂礫石料來(lái)源。經(jīng)土石方平衡規(guī)劃，24萬(wàn)m3主體工程砂礫石開挖料可利用作為毛料來(lái)源。

3 砂石料開采加工方案比選

3.1 方案一

以砂需要量控制：毛料利用主體工程開挖料48萬(wàn)t，從落砂洲料場(chǎng)開采毛料176.14萬(wàn)t，從月洲料場(chǎng)開采毛料49.14萬(wàn)t。以砂需要量為控制，外購(gòu)（40～80）mm 粒徑粗骨料6.59萬(wàn)t，級(jí)配棄料72.79萬(wàn)t。各粒徑砂礫石平衡計(jì)算見表6。

本方案具有開采量大、棄料多的缺點(diǎn)，故不作單價(jià)計(jì)算比較。

3.2 方案二

3.2.1 施工組織設(shè)計(jì)

（以 20 mm～40 mm 粒徑需要量控制）毛料利用主體工程開挖料 48萬(wàn) t，從落砂洲料場(chǎng)開采毛料134.61萬(wàn) t。 外購(gòu)（40～80）mm 粒徑粗骨料11.21萬(wàn)t，外購(gòu)砂24.06萬(wàn) t，級(jí)配棄料 12.51萬(wàn)t。各粒徑砂礫石平衡計(jì)算見表7。

3.2.2 砂石料單價(jià)計(jì)算

設(shè)計(jì)采用天然砂石料，成品骨料需要量180.78萬(wàn)t，毛料利用主體工程開挖料48萬(wàn)t，開采落砂洲毛料134.61萬(wàn)t。落砂洲料場(chǎng)距壩址2 km。根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配要求，級(jí)配棄料12.71萬(wàn)t，棄料率7.03%（占砂石成品需要量）。成品料堆至拌合樓100 m，采用皮帶機(jī)運(yùn)輸。另外購(gòu)40～80粒徑料11.21萬(wàn)t，外購(gòu)砂24.06萬(wàn)t。

表6 天然級(jí)配平衡計(jì)算（方案一，以砂需要量控制） 萬(wàn)t

表7 天然級(jí)配平衡計(jì)算（方案二，以20～40 mm粒徑需要量控制） 萬(wàn)t

3.2.2.1 落砂洲料場(chǎng)

根據(jù)地質(zhì)勘察資料及施工組織設(shè)計(jì)資料，毛料開采采用250 m3/h采砂船開采。

（1）礫石單價(jià)。計(jì)算需經(jīng)毛料開采運(yùn)輸、砂礫料篩選、成品料運(yùn)輸、棄料運(yùn)輸及超徑石棄料攤銷等工序單價(jià)計(jì)算綜合。 即：14.97×1.74×1.1+6.67×1+1.94×1.65+11.36×1.65+23.02×7.50%=19.04 元/t

折算成方量：19.04×1.65=31.41元/m3

（2）天然砂單價(jià)。計(jì)算需經(jīng)毛料開采運(yùn)輸、砂礫篩選、成品料運(yùn)輸?shù)裙ば騿蝺r(jià)計(jì)算綜合。即：14.97×1.74×1.1+6.67×1+1.94×1.55=17.39 元/t

表8 天然級(jí)配平衡計(jì)算（方案三，不足砂利用5 mm～40 mm余量破碎） 萬(wàn)t

折算成方量：17.39×1.55=26.95元/m3

3.2.2.2 外購(gòu)礫石

按照設(shè)計(jì)要求，外購(gòu)40～80粒徑料11.21萬(wàn)t，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解的資料，當(dāng)?shù)氐[石價(jià)格為48元/m3。

3.2.2.3 外購(gòu)砂

按照設(shè)計(jì)要求，外購(gòu)砂24.06萬(wàn)t，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解的資料，當(dāng)?shù)厣皟r(jià)格當(dāng)?shù)氐[石價(jià)格為48元/m3。

礫石綜合單價(jià)：48×5.56%+31.41×94.44%=32.33元/m3

砂綜合單價(jià)：48×32.48%+29.65×67.52%=35.61元/m3

3.3 方案三

3.3.1 施工組織設(shè)計(jì)

不足砂破碎方案：毛料利用主體工程開挖料48萬(wàn)t，從落砂洲料場(chǎng)開采毛料 152.71萬(wàn)t。 外購(gòu)（40～80）mm 粒徑粗骨料 10.35 萬(wàn) t，需利用（5～40）mm 余量破碎制砂19.04萬(wàn)t。各粒徑砂礫石平衡計(jì)算見表8。

3.3.2 砂石料單價(jià)計(jì)算

設(shè)計(jì)采用天然砂石料，成品骨料需要量180.78萬(wàn)t，毛料利用主體工程開挖料48萬(wàn)t，開采落砂洲毛料152.71萬(wàn)t。落砂洲料場(chǎng)距壩址2 km。根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配要求，需破碎制砂19.04萬(wàn)t，利用5～10余量破碎。級(jí)配棄料0.54萬(wàn)t，棄料率0.32%（占砂石成品需要量）。成品料堆至拌合樓100 m，采用皮帶機(jī)運(yùn)輸。另外購(gòu)40～80粒徑料10.35萬(wàn)t。

3.3.2.1 落砂洲料場(chǎng)

根據(jù)地質(zhì)勘察資料及施工組織設(shè)計(jì)資料，毛料開采采用250 m3/h采砂船開采。

（1）礫石單價(jià)。計(jì)算需經(jīng)毛料開采運(yùn)輸、預(yù)篩分、砂礫料篩洗、成品料運(yùn)輸、棄料運(yùn)輸、超徑石棄料攤銷等工序單價(jià)計(jì)算綜合。即：18.32×1.74×1.13+1.22×1+6.68×1+1.91×1.65+10.79×1.65+19.66×0.32%=19.79 元/t。

折算成方量：19.79×1.65=32.66元/m3

（2）天然砂單價(jià)。計(jì)算需經(jīng)毛料開采運(yùn)輸、預(yù)篩分、砂礫料篩洗、成品料運(yùn)輸、棄料運(yùn)輸、超經(jīng)石棄料推銷等工序單價(jià)計(jì)算綜合。即：18.32×1.74×1.13+1.22×1+6.68×1+1.91×1.65+10.79×1.65×0.32%=19.79 元/t。

折算成方量：19.79×1.55=30.68元/m3

（3）人工砂單價(jià)。人工砂單價(jià)計(jì)算需經(jīng)毛料開采運(yùn)輸、預(yù)篩分、沙礫料篩洗、制砂、成品料運(yùn)輸、棄料運(yùn)輸、超經(jīng)石棄料推銷等工序單價(jià)計(jì)算綜合。即：18.32×1.74×1.28+1.22×1×1.28+6.68×1×1.28+23.72×1+1.91×1.65+10.79×1.65×0.32%+21.58=47.73 元/t。

折算成方量：47.73×1.50=71.59 元/m3。

3.3.2.2 外購(gòu)礫石

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查了解的情況外購(gòu)礫石單價(jià)為48 元/m3。

礫石綜合單價(jià)：48×5.73%+32.66×94.27%=33.54元/m3

砂綜合單價(jià)：30.68×74.51%+71.59×25.49%=41.11元/m3

經(jīng)計(jì)算，方案二的砂石料單價(jià)最優(yōu)，故本階段推薦方案二。砂礫石料單價(jià)方案比較見表9。

表9 砂礫石料單價(jià)各方案比較表

綜上所述，本階段推薦砂礫石料開采加工方案如下：砂礫石毛料從落砂洲料場(chǎng)開采，同時(shí)利用主體工程砂卵石開挖料，共需從落砂洲料場(chǎng)開采砂礫石毛料134.61萬(wàn)t，利用主體工程砂卵石開挖料48萬(wàn)t，另需外購(gòu) 40～80粒徑料 11.21萬(wàn) t，外購(gòu)砂 24.06萬(wàn)t。

4 結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，湖南省水運(yùn)資源沒(méi)有得到很好的開發(fā)和利用，造成這種狀況的主要原因是長(zhǎng)期以來(lái)航道基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)總投入太少，缺乏一個(gè)穩(wěn)定的資金來(lái)源。大源渡航電樞紐和株洲航電樞紐的建設(shè)，為航運(yùn)部門綜合利用水資源積累了成功的經(jīng)驗(yàn)，也為航運(yùn)部門提供了“航電結(jié)合，以電促航”的開發(fā)新途徑。土谷塘航電樞紐的建設(shè)，可新增年發(fā)電量約3.3億kW·h，進(jìn)一步增強(qiáng)“以電促航”能力，使湘江航運(yùn)逐步實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)開發(fā)，湖南航運(yùn)建設(shè)步入良性循環(huán)。

在項(xiàng)目建設(shè)前期充分結(jié)合土谷塘航電樞紐自身的特點(diǎn)，進(jìn)行地材方案比選以及效益分析，一方面可以在項(xiàng)目建設(shè)前期及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取相應(yīng)措施；另一方面，對(duì)投資進(jìn)行有效控制，可以避免不必要的資金浪費(fèi)，提高項(xiàng)目總體效益。