论土谷塘航电枢纽工程砂石骨料推荐方案
2013-08-15杨凌
杨 凌
（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）
1 工程概况
土谷塘航电枢纽工程位于湘江干流中游的衡南县云集镇附近，是《湘江干流规划报告》中9个开发梯级建设中的第六级。本工程位于湘江干流衡阳段，上距近尾洲水电站49km，下距大源渡水电站100 km，以航运为主、航电结合、以电促航、并兼有灌溉、改善滨水景观等综合效益。属Ⅱ等工程，主要建筑物为3级建筑物。
本枢纽工程由船闸、厂房、泄水闸、土坝等建筑物组成，水库正常蓄水位58.0 m，相应库容1.97亿m3。船闸布置于右岸，闸室有效尺寸为180 m×23 m×3.5 m（长×宽×门槛水深）；河床式电站厂房布置于左岸，总装机容量90 MW，安装4台22.5 MW的灯泡贯流式机组；泄水闸共17孔，孔口净宽20 m；闸坝顶高程70.5 m，最大坝高30 m。
2 砂砾石料设计
2.1 砂石骨料的需要量
经初步计算，本工程混凝土方量（含导流工程）77.31万m3，其中左岸 36.75万m3，右岸40.57万m3，经计算整个工程共需砂砾石成品料180.78万t，其中左岸共需86万t，右岸共需95万t。表1为各级成品骨料需要量表。
表1 各级成品骨料需要量表（考虑损耗系数）
2.2 砂石料场基本情况
本阶段初查砂石料场4个，包括蒸市砂砾石料场、月洲砂砾石料场、落砂洲砂砾石料场、锡皮洲砂砾石料场，共查明储量233.04万m3。
（1）蒸市砂砾石料场：位于坝址上游湘江左岸边滩，距上坝址陆运49km。查明储量48.73万m3。含砾率75.8%，含砂率24.2%。料场地面高程（58.0～63.0）m。有用层厚（2～4）m。水、陆运输方便，但运距远。
（2）月洲砂砾石料场：位于坝址上游，为湘江左侧河心洲，距上坝址水运6 km。查明储量83.29万m3。含砾率61.2%，含砂率38.8%。料场地面高程（49.0～55.0）m。 有用层厚 （3～5）m。 砾石成分主要为石英砂岩、次为砂岩、硅质岩及少量板岩。砂的平均粒径0.33mm，细度模数2.21 Fm，含泥量1.7%。场地较为开阔，适宜机械化开采。水路运输方便，陆路有10余公里的村级碎石路需加以改造。
（3）落砂洲砂砾石料场：位于坝址上游附近，为一河心洲。查明储量 88.96万 m3。 含砂率43.8%，含砾率56.2%。分布高程（46.5～51.0）m。 有用层厚（3～4）m，基本无剥离层。砾石成份以石英砂岩为主，次为砂岩、硅质岩及少量板岩。砾石粒径（5～40）mm的占92.8%。砾石以中细砾为主，粗砾较少。砂的平均粒径0.31 mm，细度模数1.97 Fm，含泥量2.1%。
（4）锡皮洲砂砾石料场：位于下坝址附近，为一河心洲。查明储量12.06万m3，基本无剥离层，分布高程（44.0～49.5）m，多分布于水下。即常水位时为水下开采，可采层厚（1～5）m，砾石以中细砾为主，粗砾较少，质量较好，运距近。
各料场储量及有关物理指标见表2～表5。
表2 天然砂砾石料场储量统计表
表3 天然砂砾石料场主要物理指标
表4 砂砾料场级配资料
表5 砂砾料场各粒径储量表
从表中所列各项指标可以看出，蒸市料场距离坝址稍远，毛料运输成本较高，本阶段不选择作为毛料来源。综合本工程需要量，本阶段选择落砂洲和月洲两个砂砾石料场作为天然砂砾石料来源。经土石方平衡规划，24万m3主体工程砂砾石开挖料可利用作为毛料来源。
3 砂石料开采加工方案比选
3.1 方案一
以砂需要量控制：毛料利用主体工程开挖料48万t，从落砂洲料场开采毛料176.14万t，从月洲料场开采毛料49.14万t。以砂需要量为控制，外购（40～80）mm 粒径粗骨料6.59万t，级配弃料72.79万t。各粒径砂砾石平衡计算见表6。
本方案具有开采量大、弃料多的缺点，故不作单价计算比较。
3.2 方案二
3.2.1 施工组织设计
（以 20 mm～40 mm 粒径需要量控制）毛料利用主体工程开挖料 48万 t，从落砂洲料场开采毛料134.61万 t。 外购（40～80）mm 粒径粗骨料11.21万t，外购砂24.06万 t，级配弃料 12.51万t。各粒径砂砾石平衡计算见表7。
3.2.2 砂石料单价计算
设计采用天然砂石料，成品骨料需要量180.78万t，毛料利用主体工程开挖料48万t，开采落砂洲毛料134.61万t。落砂洲料场距坝址2 km。根据设计级配要求，级配弃料12.71万t，弃料率7.03%（占砂石成品需要量）。成品料堆至拌合楼100 m，采用皮带机运输。另外购40～80粒径料11.21万t，外购砂24.06万t。
表6 天然级配平衡计算（方案一，以砂需要量控制） 万t
表7 天然级配平衡计算（方案二，以20～40 mm粒径需要量控制） 万t
3.2.2.1 落砂洲料场
根据地质勘察资料及施工组织设计资料，毛料开采采用250 m3/h采砂船开采。
（1）砾石单价。计算需经毛料开采运输、砂砾料筛选、成品料运输、弃料运输及超径石弃料摊销等工序单价计算综合。 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）天然砂单价。计算需经毛料开采运输、砂砾筛选、成品料运输等工序单价计算综合。即：14.97×1.74×1.1+6.67×1+1.94×1.55=17.39 元/t
表8 天然级配平衡计算（方案三，不足砂利用5 mm～40 mm余量破碎） 万t
折算成方量：17.39×1.55=26.95元/m3
3.2.2.2 外购砾石
按照设计要求，外购40～80粒径料11.21万t，根据现场调查了解的资料，当地砾石价格为48元/m3。
3.2.2.3 外购砂
按照设计要求，外购砂24.06万t，根据现场调查了解的资料，当地砂价格当地砾石价格为48元/m3。
砾石综合单价：48×5.56%+31.41×94.44%=32.33元/m3
砂综合单价：48×32.48%+29.65×67.52%=35.61元/m3
3.3 方案三
3.3.1 施工组织设计
不足砂破碎方案：毛料利用主体工程开挖料48万t，从落砂洲料场开采毛料 152.71万t。 外购（40～80）mm 粒径粗骨料 10.35 万 t，需利用（5～40）mm 余量破碎制砂19.04万t。各粒径砂砾石平衡计算见表8。
3.3.2 砂石料单价计算
设计采用天然砂石料，成品骨料需要量180.78万t，毛料利用主体工程开挖料48万t，开采落砂洲毛料152.71万t。落砂洲料场距坝址2 km。根据设计级配要求，需破碎制砂19.04万t，利用5～10余量破碎。级配弃料0.54万t，弃料率0.32%（占砂石成品需要量）。成品料堆至拌合楼100 m，采用皮带机运输。另外购40～80粒径料10.35万t。
3.3.2.1 落砂洲料场
根据地质勘察资料及施工组织设计资料，毛料开采采用250 m3/h采砂船开采。
（1）砾石单价。计算需经毛料开采运输、预筛分、砂砾料筛洗、成品料运输、弃料运输、超径石弃料摊销等工序单价计算综合。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）天然砂单价。计算需经毛料开采运输、预筛分、砂砾料筛洗、成品料运输、弃料运输、超经石弃料推销等工序单价计算综合。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）人工砂单价。人工砂单价计算需经毛料开采运输、预筛分、沙砾料筛洗、制砂、成品料运输、弃料运输、超经石弃料推销等工序单价计算综合。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 外购砾石
根据现场实际调查了解的情况外购砾石单价为48 元/m3。
砾石综合单价：48×5.73%+32.66×94.27%=33.54元/m3
砂综合单价：30.68×74.51%+71.59×25.49%=41.11元/m3
经计算，方案二的砂石料单价最优，故本阶段推荐方案二。砂砾石料单价方案比较见表9。
表9 砂砾石料单价各方案比较表
综上所述，本阶段推荐砂砾石料开采加工方案如下：砂砾石毛料从落砂洲料场开采，同时利用主体工程砂卵石开挖料，共需从落砂洲料场开采砂砾石毛料134.61万t，利用主体工程砂卵石开挖料48万t，另需外购 40～80粒径料 11.21万 t，外购砂 24.06万t。
4 结 语
长期以来，湖南省水运资源没有得到很好的开发和利用，造成这种状况的主要原因是长期以来航道基础设施建设总投入太少，缺乏一个稳定的资金来源。大源渡航电枢纽和株洲航电枢纽的建设，为航运部门综合利用水资源积累了成功的经验，也为航运部门提供了“航电结合，以电促航”的开发新途径。土谷塘航电枢纽的建设，可新增年发电量约3.3亿kW·h，进一步增强“以电促航”能力，使湘江航运逐步实现滚动开发，湖南航运建设步入良性循环。
在项目建设前期充分结合土谷塘航电枢纽自身的特点，进行地材方案比选以及效益分析，一方面可以在项目建设前期及时发现问题，采取相应措施；另一方面，对投资进行有效控制，可以避免不必要的资金浪费，提高项目总体效益。
