AETS水利枢纽工程混凝土骨料场选择与平衡分析

张万军

（水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

AETS水利枢纽工程常规混凝土及喷护混凝土总量约127.96万m3，其中筹建准备期混凝土总量14.38万m3，主体工程施工期113.58万m3，根据枢纽布置，主体工程施工期可将混凝土供应范围分为枢纽施工区和厂房施工区，枢纽施工区包括大坝、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔、生态电站和发电洞上半段等，厂房施工区包括厂房及引水发电洞后半段，枢纽施工区混凝土总量约为82.55万m3，厂房施工区混凝土总量约为31.03万m3。工程混凝土需用量大，骨料单价对工程投资影响较大，料场选择及开采方式对工程施工尤为重要。本文结合工程基本情况，对工程混凝土骨料场的选择与平衡进行分析探讨。

1 料场概况

经探查，有5个天然砂砾石料场满足设计要求。建筑物石方开挖料大部分为白云岩及灰岩，满足混凝土骨料质量要求[1-3]。考虑开采、运输、堆存、回采和运输等损失，预计可回采方量约80万m3。

C1料场位于坝址上游左岸，距坝址3 km～4 km，为河漫滩和Ⅰ级阶地，地形开阔，长 1000 m，宽180 m～250 m，面积0.2 km2。岩性为第四系全新统冲积砂卵砾石。

C2料场位于坝址上游左岸，距坝址0.8 km～1.5 km，为河漫滩和Ⅰ级阶地，地形呈向南倾斜的缓坡，长800 m，宽200 m～300 m，产地面积0.2 km2。岩性为第四系全新统冲积砂卵砾石。

C3该料场为砂砾石主料场，位于两岸河滩及Ⅰ级阶地，距坝址1.5 km～7.8 km，料场沿河呈条带状分布，长7400 m，宽230 m～550 m，面积4.0 km2，岩性为第四系全新统冲积砂卵砾石。该料场大部分位于河漫滩，7、8月份洪水期均位于水下。

C4料场位于两岸河滩及Ⅰ级阶地，距坝址7.8 km～15 km，料场沿河呈条带状分布，长7400 m，宽230 m～550 m，面积3.7 km2，岩性为第四系全新统冲积砂卵砾石。该料场大部分位于河漫滩，地下潜水位埋深浅，7、8月份洪水期均位于水下。

C5料场料场位于厂房下游左岸河漫滩及Ⅰ级阶地，料场沿河呈弯曲的窄条带状分布，长880 m，平均宽300 m，面积0.26 km2，为第四系全新统冲积砂卵砾石。该料场大部分位于河漫滩，7、8月份洪水期均位于水下。

根据地质试验成果，各砂砾石料场储量特性表见表1；砂砾石质量情况分析见表2。

表1 天然建筑材料料场特性表

表2 砂砾石料场质量分析表

2 混凝土骨料平衡计算

各建筑物混凝土级配选择首先应满足强度指标和结构设计要求，同时还应考虑施工工艺，便于运输、浇筑及振捣。通常而言，多级配混凝土因消耗水泥少而单价低，因此大体积混凝土（如闸井混凝土和回填混凝土等）采用三级配，以减少水泥用量，降低水化热，减少混凝土成本；对于一些薄壁钢筋混凝土及泵送混凝土（如洞衬混凝土及防渗墙等）宜采用二级配，便于施工运输、浇筑及振捣；喷护混凝土均按一级配考虑[4-5]。筹建期及主体工程施工期各工区混凝土统计量见表3。

表3 筹建期及主体工程施工期各工区混凝土统计量 单位：万m3

按照水工建筑物混凝土设计要求和混凝土数量，选定各部位混凝骨料的级配，根据《水利建筑工程预算定额2002》中混凝土材料配合比及材料用量计算出各种粒径骨料需要量。经计算，各种骨料需要量见表4。

表4 混凝土骨料数量统计表

表5 各方案综合对比表

3 料场选择

3.1 筹建准备期

筹建准备期枢纽区主要施工导流洞、1#、2#交通洞及混凝土面板坝防渗墙等项目混凝土总量约14.38万m3。

由于C1和C2料场位于坝址上游，工程截流后汛期基本被淹没，故C1和C2料场不宜选作主体工程混凝土骨料料源，但可用作筹建准备期项目的混凝土骨料料源。C1料场位于坝址上游左岸，距坝址3 km～4 km，C2料场位于坝址上游左岸0.8 km～1.5 km处。根据料场位置、级配及开采条件，选择较近的C2料场作筹建准备期枢纽区施工项目的混凝土骨料场[6-7]。

3.2 主体工程施工期

3.2.1 枢纽施工区

主体工程施工期枢纽区主要建筑物有混凝土面板坝、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔、生态电站和发电洞上半段等，混凝土总量94.28万m3。工程截流后上游料场在汛期被淹，选择位于坝址下游最近的C3料场为枢纽施工区混凝土骨料场。本工程枢纽施工区部分洞渣料及石方明挖料经破碎后可作为混凝土骨料。

经平衡计算，C3料场天然开采获得率仅34%左右，开采获得率较低，本阶段对C3料场天然筛分+超径石破碎补偿方案和利用开挖料破碎加工混凝土骨料两个方案进行经济比选，比较结果见表5。

通过经济比较，枢纽区混凝土骨料加工选择C3料场天然筛分+超径石破碎补偿方案。

3.2.2 厂房施工区

厂房施工区主要建筑物有发电厂房和发电洞后半段等，混凝土总量31.03万m3。厂房施工区石方开挖量42.76万m3，由地质资料计算分析，仅14.31万m3石渣料可用作人工混凝土骨料，考虑到开采、运输及存储损耗，最终可制备约26万t混凝土骨料，占混凝土骨料总需求量30%，70%仍需由料场开采加工，且现场施工过程中混料严重，甄别可用料困难。因此不考虑利用开挖料破碎加工混凝土骨料。根据料场位置、交通及开采条件，厂房施工区混凝土骨料可由C4料场、C5料场供应。C4料分为两个区，1区主要分布在河道左侧，开采需跨过主河床，交通布置困难。2区位于厂址对岸，料场开采后势必改变原河床，从而使水位流量关系发生变化，影响到厂房永久运行。C5料场位于厂房下游河滩及Ⅰ级阶地，无用层储量4万m3，水上有用层储量20万m3；水有用层储量为90万m3。料场地势平坦，交通便利，且料场开采后对厂房永久运行无影响，因此，厂房区混凝土骨料由C5料场供应。经平衡计算，C5料场天然开采获得率仅28%左右。因此选择天然砂砾料筛分+超径石破碎方案[8-9]。

4 料场平衡计算

4.1 筹建准备期

C2-1区料场无用层厚度0～0.5 m，采用132 kW推土机平均推运50 m清除。有用层采用2 m3挖掘机装15 t自卸汽车运至蓖条筛预筛，筛除大于80 mm的大石。小于80 mm混合料由皮带机运至振动筛筛分出各级成品骨料，并将＜5 mm的砂料由洗砂机清洗后运至成品料堆。筛分厂处理能力200 t/h。

料场覆盖层清除量为2.13万m3，开采天然砂砾料约72.39万t，加工成品骨料41.54万t，其中砾石27.35万t，砂14.19万t。C2混凝土骨料开采加工平衡计算见表6。

4.2 主体工程施工期

表6 C2混凝土骨料开采加工平衡表

4.2.1 枢纽施工区

C3料场无用层厚度0～1.0 m，采用132 kW推土机平均推运50 m清除。有用层采用2 m3挖掘机挖装15 t自卸汽车运至蓖条筛预筛，筛除大于80 mm的大石。

小于80 mm混合料由皮带机运至振动筛筛分出各级成品骨料，并将＜5 mm的砂料由洗砂机清洗后运至成品料堆。筛分厂处理能力2×220 t/h。

大于80 mm超径石、80 mm～40 mm级配弃料及垫层料场运来的超径石均用于破碎加工中石、小石和砂。

本工程加工过渡料及垫层料时产生超径石约137.19万t，其中37.43万t为＞300 mm的砾石用于干砌石及浆砌石。60 mm～300 mm（99.76万t）全部运至破碎加工系统加工混凝土骨料，考虑到转运、运输损耗等因素，垫层料加工场的弃料约97.79万t可运至破碎加工系统进行破碎加工。

C3料场覆盖层清除量为8.0万m3，开采天然砂砾料约214.0万t，利用垫层料超径石弃料97.79万t。加工成品骨料247.13万t，其中砾石165.002万t，砂82.126万t。开采获得率为78.9%。C3混凝土骨料开采加工平衡计算见表7。

表7 C3混凝土骨料开采加工平衡表

4.2.2 厂房施工区

C5料场无用层厚度0～0.5 m，采用132 kW推土机平均推运50 m清除。有用层采用2 m3挖掘机挖装15 t自卸汽车平均运至蓖条筛预筛，筛除大于80 mm的大石。

小于80 mm混合料由皮带机运输至振动筛筛分出各级成品骨料，并将＜5 mm的砂料由洗砂机清洗后运至成品料堆。筛分厂处理能力220 t/h。

大于80 mm超径石弃料、80 mm～40 mm级配弃料均用于破碎加工中石、小石和砂。

C5料场覆盖层清除量为3.43万m3，开采天然砂砾料约102.5万t，加工成品骨料83.296万t，其中砾石54.773万t，砂28.532万t。开采获得率81.3%。C5混凝土骨料开采加工平衡计算见表8。

表8 C5混凝土骨料开采加工平衡表

5 结论

从料场颗分来说，C2料场最优，但使用时间较短，因此筹建期和主体施工期混凝土骨料场选择C2、C3料场是合适的；由于地形阻隔，距离较远，选择C3、C4砂石加工系统分区供应混凝土骨料的方案是合适的。从时间及空间上考虑不同的料场加工混凝土骨料，并充分利用开挖料及料场开采超径石，以降低混凝土造价。该结果可为后期料场比选提供理论依据。