三河口水利枢纽混凝土骨料料场选择

2021-09-15武小龙王云涛燕军乐

陕西水利 2021年8期

武小龙，王云涛，燕军乐

(1.陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西西安 710001；2.陕西省引汉济渭工程建设有限公司，陕西西安 710024)

1 工程概况

三河口水利枢纽主要由大坝、坝身泄洪放空系统、坝后供水系统、生态基流放水管等组成。三河口枢纽大坝为1级，其他主要建筑物为2级。碾压混凝土拱坝体型采用抛物线双曲拱坝，拱坝坝顶高程为646.00 m，坝底高程504.50 m，最大坝高141.50 m，坝顶宽9.0 m，坝底厚37.0 m。泄洪建筑物由坝身泄洪表孔、泄洪底孔及下游消能防冲建筑物等组成。供水系统由进水口、压力管道、尾水系统及连接洞等四部分组成。厂房主要包括：主厂房、副厂房、主变室GIS楼、减压调流阀室、检修间等。

三河口水利枢纽混凝土用量145万m3，共需成品骨料319万t，其中粗骨料209万t，细骨料110万t。

2 三河口水利枢纽料场概况

2.1 天然砂砾料场

Ⅰ1号料场位于坝址上游八子台村附近的蒲河河漫滩上，距坝址约3.5 km，为全新统冲、洪积堆积(Q42al+pl)，滩面高程为552.0 m～535.0 m，河谷相对较为宽阔，砂砾石厚度大于4.0 m，表部漂石含量较大。有用层储量为200.35万m3、无用层储量8.27万m3。

Ⅰ2号料场位于坝址上游十亩地村下游400 m处到三河口村附近的椒溪河河漫滩上，距离坝址4.0 km～11.0 km左右，为全新统冲、洪积堆积(Q42al+pl)，河谷较为狭窄，砂砾石厚度普遍大于4.0 m。料场滩面高程为591.7 m～537.5 m。有用层储量为263.06万m3、无用层储量0.305万m3。

Ⅰ3号料场选位于坝址上游椒溪河与蒲河交汇地带(三河口村附近)的河漫滩，距离坝区1.50 km左右，为全新统冲、洪积堆积(Q42al+pl)，此处河谷相对较为宽阔，水下厚度大于4 m。料场滩面高程为538.0 m～531.0 m。有用层储量为72.26万m3。

Ⅰ4号料场位于坝址下游艾心村附近的子午河河漫滩上，距离坝址约10.0 km～11.0 km左右，料场滩面高程为502.0 m～485.0 m。有用层储量为204.29万m3、无用层储量1.785万m3。

Ⅰ5号料场位于坝址下游两河镇附近的子午河河漫滩上，距离坝址约13.0 km～15.0 km左右，料场滩面高程为478.0 m～463.0 m。有用层储量为156.14万m3、无用层储量9.243万m3。

各料场(图1)总的特点是，枯水期料场地下水位以上厚度一般0.5 m～4.5 m，水下厚度一般大于4.0 m～5.0 m，汛期料场大部分被洪水淹没。各料场河谷狭窄，受河流分割，单块面积小，位置较分散。各料场均有公路相连，运输条件较好。各料场主要为水下开采，且坝上游料场受围堰截流影响，应预采堆放。料场筛分砂料含泥量和孔隙率偏大、堆积密度偏小，其它各项技术指标符合现行规范[1]对砼细骨料的质量要求，筛分砂作为砼细骨料使用时应进行洗泥。料场筛分砾石孔隙率及含泥量偏大、粒度模式偏大，其余各项技术质量指标基本符合现行规范[1]对砼粗骨料的质量要求。

图1 料场分布图

2.2 人工料场

两个人工料场分别为二郞砭Ⅱ1号人工骨料场、柳木沟Ⅱ2号人工骨料场。

二郞砭Ⅱ1号人工骨料场：位于坝址下游左岸的鸡公寨山梁上，距坝址直线距离约2.0 km左右。该料场分布高程950 m～1220 m左右，高于河床430 m～730 m，属基岩斜坡，山体地形较陡，露岩性为奥陶系～志留系斑鸠关组((O-S)b)硅质板岩及石英岩。

柳木沟Ⅱ2号人工骨料场：位于坝址上游黄泥包附近的左岸山梁上，距坝址约9.0 km，分布高程580.0 m～800.0 m，地形较陡，山体高度大于200 m，料场基岩裸露，山体雄厚，料场储量较大。出露岩性为印支期混合花岗岩(γ51)，以石英、斜长石为主，内含有肉红色的钾长石斑晶及黑云母等暗色矿物，夹有薄层条带状石英岩脉，中粗粒结构，块状构造，致密坚硬；料场局部夹有少量变质砂岩，硬度较大，单层厚度0.4 m～0.8 m，岩性变化较大。

2.3 骨料的碱活性研究

(1)天然砂石料碱活性试验

天然砂石料骨料碱活性试验采用碱-硅酸反应的快速法。坝址上游Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3天然砂砾石砂浆试件14 d膨胀率均小于0.1%，为不具有潜在危害反应的非碱活性骨料；坝址下游Ⅰ4、Ⅰ5砂砾石14 d膨胀率稍大于0.1%，为弱碱活性骨料。

(2)人工骨料碱活性试验

人工骨料碱活性试验采用砂浆棒快速法，二郎砭料场人工骨料砂浆试件14 d膨胀率均大于0.2%，为具有潜在碱—硅酸反应的活性骨料。柳木沟料场人工骨料砂浆试件14d膨胀率均小于0.1%，为非活性骨料。测试结果见表1。

表1 人工骨料碱活性膨胀率试验测试成果表

(3)碱活性应对措施

要满足抑制要求，二郎砭人工骨料需要掺入25%的粉煤灰，对天然骨料，掺入20%粉煤灰。

3 料场选择

3.1 天然砂砾料比选

砂石料源选择以料场至枢纽距离较近，天然级配接近工程所需骨料的级配且满足设计用量为基本原则。由于Ⅰ4号料场及Ⅰ5号料场具有碱活性，Ⅰ2料场运距较远，考虑利用Ⅰ1、Ⅰ3号料场作为推荐的天然砂砾料场。

3.2 人工骨料比选

柳木沟人工骨料料场优点：储量丰富，可满足要求，料场场地开阔，开采条件较好，岩性较单一，岩脉相对较少，不存在碱活性。缺点：距坝址9.0 km，运距较远；位于坝址上游，汛期时对交通运输有一定影响，需堆存部分骨料；需改建1.5 km道路，新建0.2 km道路，新建2座临时桥。

二郎砭人工骨料料场优点：储量丰富，可满足要求；位于坝址下游，运距较近；岩性较单一，岩脉相对较少，无用层剥离量较小。缺点：存在碱活性；料场分布高程过高，运输较差。砂石加工厂距生活办公区较近，噪音影响较大。需新建3.15 km道路，新建3 km便道。

二郎砭Ⅱ1号人工骨料场、柳木沟Ⅱ2号人工骨料场的单价比较见表2。

表2 人工骨料单价比较表

两处人工料场储量均满足设计要求，均适宜机械化开采。二郎砭人工骨料混凝土粗骨料单价58.77元/m3，细骨料单价101.66元/m3，柳木沟人工骨料混凝土粗骨料单价70.88元/m3，细骨料单价109.2元/m3。柳木沟料场人工骨料总价比二郎砭料场人工骨料高2319.83万元。虽然柳木沟料场比二郎砭料场骨料总价稍高，但二郎砭料场硅质板岩具有碱活性，从工程运行的耐久性考虑，推荐柳木沟人工骨料料场作为三河口水利枢纽的混凝土骨料料场。

3.3 人工骨料和天然骨料比选

人工骨料和天然骨料两种料源质量及储量均满足设计要求。

天然料场的优点：每方混凝土骨料综合单价较人工骨料略低。缺点：料场大部分为水下开采，受汛期影响，开采较困难，不适合连续机械化生产；料场较分散，施工管理困难；超径石含量较大，需破碎；需要添加石粉。

人工骨料场的优点：料源集中，管理方便；开采不受汛期影响，可连续均匀生产；人工骨料拌制的碾压混凝土抗分离性好，可碾性好。缺点：每方混凝土骨料综合单价较天然骨料略高，料场高程较高。

通过对地质推荐的5个天然砂石料和2个人工骨料场进行比较，分析认为本工程天然料场较分散，多为水下开采，开采受汛期洪水影响，较难保证混凝土浇筑强度的要求，而柳木沟人工骨料场的石料质量较好，开采和运输条件较优越，同时料场附近有适宜的场地可供布置骨料加工系统，虽然骨料单价略高，但可保证成品料供应和混凝土的质量，因此决定推荐采用柳木沟人工骨料场为本工程的混凝土骨料料场。前期施工项目混凝土用料较少，人工砂石料料场不具备生产的能力，可以采用运距较近的Ⅰ3天然砂石料料场。