大岗山水电站大坝人工砂含水率质量问题的研究

谢姣芳

中国水利水电第八工程局有限公司

1、工程概况

大渡河大岗山水电站位于大渡河中游的四川省雅安市石棉县挖角乡境内，水电站工程枢纽主要由挡水、泄洪消能和引水发电等建筑物组成。混凝土双曲拱坝坝高210m，坝顶厚度10m，坝底厚度52m，坝身设4个深孔泄洪，右岸设置1条泄洪洞，地下厂房布置在左岸山体内。本工程任务主要为发电，装机4台，总装机容量2600MW，年发电量114.5亿kw.h，水库正常蓄水位1130m，水库总库容7.42亿m3。

主体工程混凝土骨料采用人工砂石料，砂石系统生产规模按满足混凝土浇筑高峰期月强度约16.5万m3，设计成品料生产能力约1100 t/h，其中人工砂生产能力约330t/h，毛料处理能力约1400 t/h。

2、主要问题

大岗山水电站为双曲高拱坝（坝高210m），温控要求较高，尤其是高温施工时段大坝混凝土温控的重要性更为突出。

成品砂含水率偏高会导致混凝土强度波动，对混凝土强度、极限拉伸值、抗冻和抗裂性能均有不同程度影响。夏季施工时，由于砂的含水量超标，占用了部份拌和用水量，造成混凝土拌和物中无法加到足够的冰来降低混凝土机口温度，对温控防裂极其不利。

2012年6月以后，随着成品砂用量增加，脱水时间相应缩短，成品砂含水率出现偏高现象，成品砂含水率平均值达9.3%以上，严重偏离设计允许值，且堆存脱水时间过长。严重影响主体工程质量。

目前国内水电工程用于人工砂脱水的方法和工艺主要有筛分脱水，真空脱水，离心脱水等方式，其中真空脱水和离心脱水效果好，但处理能力低，投资和运行成本较高。筛分脱水均采用振动筛脱水，脱水处理能力高，但脱水效果较差。

国内水电工程人工砂脱水普遍采用人工砂堆存脱水，正常情况堆存脱水5～7d后可使含水率降低到6%以内，受人工砂石粉含量多少及初始含水率的不同而不同。一般情况石粉含量在10%～17%范围内，砂的入仓含水率15%～17%时，初期约48h内脱水速度快，一般可使含水率降低到8%～10%，再降低到6%左右脱水速度明显减慢，一般需要3～5d时间。

3、原因分析及要因确认

项目部运用头脑风暴法集思广益，围绕影响成品砂含水率过高的各种因素进行分析，共提出了生产能力不足、平均日供应量超过设计指标、成品砂仓设计容积偏小、排水盲沟堵塞、石粉含量偏高、有保水颗粒（粘性成份）、不合格砂进入砂仓、砂仓分仓不合理、进料小车移动管理不善、供砂点选择错误、砂仓边坡截排水系统不完善、供料时未关掉除尘喷雾、放料弧门滴水等以上14条原因进行了分析，最终确定成因为：要因确定。

4、质量问题控制措施

4.1 料源控制

在毛料开采前，现场进行爆破试验。优选石料开采的爆破参数，控制石料最大粒径不超过1000mm，满足粗碎进料要求；毛料开采作业实行准采证制度，层层检验、复核，确认岩石质量合格后才签发准采证，进行开采作业；开采过程中，如遇有比较集中的软弱带或夹泥时，一律清除，确保可用料内不混杂废渣料；及时进行石料场岩石质量取样检验，并将成果报送审批；改进爆破效果，减小毛料爆破粒径；爆破后，及时划定分界线并做好标识；同时做好毛料或弃料的标识，禁止车辆混装、运。

4.2 试验检测

试验室统一按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151）规定的方法进行试验。

系统正常开机30min后，试验人员每小时对成品加工系统巡检一次，记录生产设备运行情况、开机组合情况及棒磨机制砂车间砂细度模数目测值，对巡检发现的质量问题及时纠正并做好记录。

试验室需分别对系统各入仓皮带骨料和销售皮带骨料进行取样检测，检验频次为：

1）生产过程检测：

①各车间产砂、胶带机入仓砂每班（8h）取样1次，检测细度模数、石粉含量等指标；其他跟岩石特性有关的指标每月检测一次。

②粗骨料入仓每班（8h）取样1次，检测超径含量、逊径含量、中径筛余量及含泥量等指标；其他跟岩石特性有关的指标每月检测一次。

2）出厂检测：

①成品砂在成品砂胶带机上取样，每600～1200T取样1次，检测细度模数、石粉含量及含水率等指标；

②成品粗骨料在成品骨料胶带机上取样，每2000T取样1次，检测超径含量、逊径含量、中径筛余量、针片状颗粒含量及含泥量。

4.3 增加保水颗粒冲洗设备

在干法制砂（三筛）出料端增设四台洗砂和配套的脱水设备，洗去砂中的保水颗粒（粘土成份），系统改造增加的设备见图4-1中的虚线框。

通过多次的对比试验，对成品砂进行全面冲洗搅拌后，成品砂含水率在堆存初期降幅明显，随着堆存时间的加长（7天内）含水率可降至设计及规范要求值，且处于较为稳定的状态。

根据对比试验所取得的成果，确定含水率过高的要因为成品砂生产过程中存在保水颗粒（粘性成份），透水性差，影响成品砂的自然脱水效果，有必要增加四台套洗砂脱水设备，对干法制砂机生产的人工砂进行冲洗搅拌后，方可确保所生产的成品砂含水率在规定的运转周期内自然脱水至满足规范要求。

5、质量控制效果验证

通过以上措施的实施，对成品砂进行冲洗搅拌后,清除了成品砂中的保水颗粒，虽然入仓时的含水率偏高,但堆存脱水速度明显加快,第6天成品砂的含水率降至5.8%；第8天降至5.5%。根据成品砂堆场容量及成品砂供应强度，按堆存时间8天一个循环考虑，成品砂含水率最低可以降至5.5%。

6、小结

通过大岗山水电站人工砂含水率质量问题的研究，得出不同的料场和石料的特性对成品骨料的各类性能和指标影响均不同，结合同类工程的实施经验，通过生产摸索最终确定了适应大岗山砂石系统成品砂脱水的处理方案。确定采用增设洗砂机冲洗搅拌砂料中保水颗粒以提高脱水效果的工艺措施，经过生产运行，成品砂含水率满足设计要求，为今后类似工程设计、施工积累了宝贵的工程经验。