双江口水电站人工骨料原岩物理力学特性及骨料性能试验研究

2015-12-02袁国庆

四川水力发电 2015年2期

李静，袁国庆

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072)

1 概述

双江口水电站坝址河谷狭窄，泄洪、放空建筑物泄洪最大水头约250m，洞内流速高、下泄流量大，洞式溢洪道最大流速约46m/s，深孔泄洪洞最大流速约40m/s，竖井泄洪洞最大流速约32 m/s，放空洞最大流速约40m/s，枢纽的泄洪流量达8086m3/s。具有“窄河谷、高水头、高流速、大泄量”的特点。高坝泄洪时，高速挟沙水流对泄水建筑物表面会造成空蚀和冲磨损破坏，破坏程度与水流和泥沙条件，如流速、流量、水流中的含沙量、泥沙粒径、颗粒形状及硬度等有关，也取决于建筑物表面材料的抗蚀、抗冲磨性能。因此，该工程在对河口料场、飞水岩料场和色龙沟料场不同人工骨料原岩物理力学性质研究的基础上进行了细、粗骨料性能、抗磨耗试验研究，进而优选出了最佳的骨料料源。

2 料场概况及原岩性能指标

河口料场位于坝址上游约1km的脚木足河与绰斯甲河汇合口，两河所夹的条形山脊为近坝上游一主要石料场。绰斯甲河侧地形较陡，地形坡度约55°，脚木足河侧地形坡度稍缓，约44°，坡脚发育狭长阶地。该石料场基岩多裸露，基岩岩性主要为变质砂岩夹板岩、千枚岩捕掳体，次为伟晶岩和燕山晚期中细粒二云二长花岗岩，受火成岩体侵入和地质构造影响岩体挤压变形明显，岩层产状变化较大，总体产状为N10°E ～ N22°W/NW(SW)∠72°～84°。

飞水岩石料场位于坝址下游约1～2km的大渡河左岸S211省道旁、飞水岩沟的下游侧，交通方便，为近坝下游的主料场。该料场分布高程约2350～2700m，地形坡度35°～45°，岩性为燕山早期似斑状黑云钾长花岗岩，穿插伟晶岩脉(约占3% ～8%)。2380m高程以上多分布厚约15～30m的崩坡积层，后缘地形坡度较陡，约 65°～80°。

色龙沟料场位于坝址下游约196km的色龙沟沟口上游侧，山体两面临空，分布高程1750～2000m，地形坡度45°～55°。地表基岩大多裸露，局部覆盖坡残积堆积物、崩塌堆积物，推测厚度为3～5m，局部可达8～10m，为剥离层。岩性为泥盆系薄～中厚层状变质灰岩、白云岩夹绢云母钙质石英片岩，岩层产状为N45°E/NW∠55°。

对各料场原岩进行的矿化分析表明:飞水岩花岗岩和河口变质砂岩含量均以SiO2为主，最低含量均超过50%，Al2O3含量次之，平均含量在10%以上，其它化学成分以CaO、Fe2O3为主，但总体含量较少。色龙沟料场岩石化学成分以CaO为主，其次为SiO2和MgO，其烧失量在30．23% ～39．16%之间，结合磨片鉴定结果，表明其主要组成为白云石。

原岩性能试验结果见表1。表1中累计了各个料场取样的原岩试验结果的平均值。

表1 原岩矿化分析结果平均值汇总表

表2 原岩试验结果平均值汇总表

从表2可以看出，各原岩的天然密度、干密度、饱和密度等指标相差很小，但不同岩性之间差别较大，其中色龙沟料场白云质灰岩指标最大，飞水岩料场花岗岩指标最小。各料场原岩平均含水率为0．1% ～0．17%、饱和吸水率为0．22% ～0．47%、软化系数为 0．75 ～0．8，较为适中，各原岩的平均冻融损失率为0．02% ～1．76%，较小。飞水岩花岗岩干抗压强度平均值为105 MPa，饱和抗压强度平均值为83MPa;河口变质砂岩的干抗压强度平均值为102MPa，饱和抗压强度平均值为80．9MPa;色龙沟白云质灰岩干抗压强度平均值为122．96MPa，饱和抗压强度平均值为 92．33MPa。

各料场原岩的饱和抗压强度均大于40MPa，冻融重量损失低于1%，SO3含量低于0．5%，均满足规范《水电水利工程天然建筑材料勘察规程》DL/T5388-2007要求。相对而言，色龙沟白云质灰岩的各项指标均略优于其他两种岩石。

依据《水工混凝土砂石骨料试验规程》(DL/T5151-2001)中岩石碱活性的检测方法，采用化学法、砂浆长度法、砂浆棒快速法、混凝土凝柱体法对各料场岩石进行了碱活性的检测，均为非活性骨料。

3 人工细骨料性能指标

人工细骨料加工均采用XMBL-77型溢流式棒磨机室内加工，采用相同的工艺对各料场岩石人工细骨料进行物理力学性能试验。细骨料试验按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T5151-2001进行，并按照《水电水利工程天然建筑材料勘察规程》DL/T5388-2007和《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001对检测结果进行评判。试验结果见表3。

表3 人工细骨料物理性能试验结果平均值汇总表

从表3可以看出，各料场的人工细骨料的表观密度、表干密度、饱和吸水率、坚固性、平均粒径和云母含量均满足相关规范要求，但堆积密度、空隙率、细度模数和石粉含量都出现了没有达到或突破规范推荐范围的情况。松散堆积密度较低，空隙率较高，其原因为室内加工的细骨料形状差异较大，《水工混凝土施工规范》(DL/T5144-2001)没有对空隙率和堆积密度作要求或规定，说明这两项指标可以在施工时选择优良的机械设备得到改善。河口料场平均细度模数为2．33，石粉含量为27．2%，超出了规范要求，这对骨料的开发使用不利。色龙沟料场石粉含量最低，其平均值为11．9%，而细度模数最高，平均值为2．85。在实际施工生产中，通过选用制砂设备并调整生产工艺，可以获得满足施工规范要求的人工细骨料。

4 人工粗骨料性能指标

人工粗骨料采用PE250×150型颚式破碎机和600×400复摆型颚式破碎机破碎轧制块石后，经室内人工筛分分级成四个级配的人工粗骨料并进行了基本性能试验。试验按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T5151-2001进行，并按照《水电水利工程天然建筑材料勘察规程》DL/T5388-2007和《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001对检测结果进行评判。不同料场粗骨料试验结果平均值统计结果见表4。

表4 人工粗骨料物理性能试验结果平均值汇总表

从表4可以看出，各料场人工粗骨料堆积密度、空隙率相对较大，已经超出了《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》DL/T5388-2007的要求，其原因是室内加工的粗骨料形状差异较大，《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001没有对空隙率和堆积密度作出要求或规定，说明这两项指标可以在施工时选择优良的机械设备得到改善。

《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001对压碎指标的规定与说明:(1)压碎指标值是碎石或卵石抵抗压碎的能力。碎石和卵石的压碎指标是根据近十多年的统计数据并参考国外有关标准修订的，我国大部分地区的粗骨料可以满足要求。碎石和卵石的压碎值与混凝土强度等级之间的关系较为复杂，目前还没有获得足够的试验数据，因此，标准中规定的限值(表5)可以作为一般的控制值。(2)对于深成的火成岩和变质岩，当其压碎指标不大于12%时，可以用于配制C9040～C9055标号的混凝土;当其压碎指标不大于20%时，可以用其配制C9035及以下标号的混凝土。

表5 粗骨料压碎指标表

从三个料场骨料的压碎指标看，河口料场、飞水岩料场的骨料多处于12% ～20%之间，按照《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001要求，可以用于配制C9035及以下的混凝土，而不宜用于配制C9040～C9055标号的混凝土，色龙沟料场骨料压碎指标为6%，可以满足配置C9040～C9055标号混凝土的要求。