李太成，余 奎，常作維，陳惠明

（中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司，北京 100120）

近年來(lái)，在國(guó)內(nèi)一些大型水電工程實(shí)施階段，由于各種原因，在混凝土骨料料源儲(chǔ)量質(zhì)量、加工、開(kāi)挖料利用、料源開(kāi)采和運(yùn)輸?shù)确矫娉霈F(xiàn)了不同程度的問(wèn)題，有的甚至出現(xiàn)了料源方案的重大調(diào)整，對(duì)工程建設(shè)造成了影響。

1 料源儲(chǔ)量和質(zhì)量

大型水電工程建設(shè)表明，料源儲(chǔ)量和質(zhì)量隨著勘探、試驗(yàn)工作的深入，及實(shí)際開(kāi)挖進(jìn)展，可能會(huì)發(fā)生較大變化，甚至?xí)l(fā)生重大變化，對(duì)料源選擇和利用造成較大影響。

錦屏一級(jí)工程蘭壩大理巖料場(chǎng)在可研階段探明有效儲(chǔ)量為870萬(wàn)m3，其儲(chǔ)量和質(zhì)量均滿(mǎn)足要求。招標(biāo)設(shè)計(jì)階段加深了勘探工作，發(fā)現(xiàn)其開(kāi)采條件變差，有用料分布范圍和儲(chǔ)量均發(fā)生了巨大變化，可采儲(chǔ)量?jī)H為109.1萬(wàn)m3，不得不放棄其作為主要料場(chǎng)。實(shí)際采用了質(zhì)量相對(duì)較差的三灘大理巖料場(chǎng)。

錦屏二級(jí)東端工程招標(biāo)階段混凝土總量為200萬(wàn)m3。工程實(shí)施階段，由于設(shè)計(jì)變更、超挖、地質(zhì)條件變化等因素，混凝土總量增加了150萬(wàn)m3，料源缺口200多萬(wàn)m3，后來(lái)通過(guò)錦屏一級(jí)工程三灘大理巖料場(chǎng)擴(kuò)大用料得到解決。

向家壩工程可研階段起初將料場(chǎng)選在離壩址約18 km的雙河料場(chǎng)，后經(jīng)詳細(xì)勘探，發(fā)現(xiàn)其中有一半巖層有堿碳酸鹽活性反應(yīng)而放棄。隨后考慮過(guò)壩址附近的新灘壩砂巖，其缺點(diǎn)是強(qiáng)度偏低，加工易破碎，石粉含量高，此外剝采比也高，約為1∶1，并存在堿硅酸鹽活性反應(yīng)，只好放棄。最終不得不舍近求遠(yuǎn)，選定各項(xiàng)性能良好、運(yùn)距近40 km的太平料場(chǎng)灰?guī)r。

漫灣工程可研階段對(duì)花崗巖料場(chǎng)勘探較少，認(rèn)為風(fēng)化層較薄，推薦花崗巖作為一號(hào)料場(chǎng)。在開(kāi)采了60萬(wàn)m3以后，才發(fā)現(xiàn)山頂風(fēng)化層太厚，而被迫放棄。

小灣工程選擇孔雀溝石料場(chǎng)Ⅲ料區(qū)作為拱壩骨料主料源，規(guī)劃開(kāi)采量900萬(wàn)m3。料場(chǎng)開(kāi)采后發(fā)現(xiàn)G1擠壓破碎帶及其下盤(pán)巖體的破碎、蝕變、風(fēng)化程度超過(guò)了預(yù)期，無(wú)用料的比例較高，同時(shí)設(shè)計(jì)混凝土較可研增加較多，設(shè)計(jì)復(fù)核有用料缺口達(dá)47.41萬(wàn)m3，不得不增加補(bǔ)充料場(chǎng)。后來(lái)分析發(fā)現(xiàn)料場(chǎng)可利用范圍較大，通過(guò)采取上游擴(kuò)挖、下游收縮的開(kāi)采方案，并繼續(xù)開(kāi)采原來(lái)不看好的G1擠壓帶及其下盤(pán)巖體，在沒(méi)有啟用補(bǔ)充料場(chǎng)的前提下問(wèn)題得到了圓滿(mǎn)解決[1]。

可見(jiàn)，對(duì)于復(fù)雜地形地質(zhì)條件下巨型料場(chǎng)的前期地勘工作，不能僅局限于滿(mǎn)足規(guī)程規(guī)范對(duì)勘探量的要求，還需有針對(duì)性地開(kāi)展加深勘探工作，盡量減少由于地勘工作的局限性帶來(lái)的料場(chǎng)儲(chǔ)量和質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)。在料場(chǎng)開(kāi)挖階段儲(chǔ)量和質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)按勘察規(guī)程進(jìn)行詳細(xì)的補(bǔ)充勘察和相關(guān)試驗(yàn)工作。

對(duì)于料源儲(chǔ)量，僅要求地質(zhì)勘察儲(chǔ)量達(dá)到要求是不夠的，應(yīng)有足夠的可采儲(chǔ)量。料源規(guī)劃開(kāi)采量不能僅依據(jù)設(shè)計(jì)工程量來(lái)計(jì)算，還要考慮地質(zhì)條件變化、設(shè)計(jì)變更、地質(zhì)處理、施工超挖、施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、開(kāi)挖有用料管理不完善等因素的影響，并考慮一定富裕系數(shù)，規(guī)劃開(kāi)采范圍宜留有擴(kuò)大用料空間，以備將來(lái)之需。規(guī)范規(guī)定可研階段可采儲(chǔ)量應(yīng)不小于設(shè)計(jì)需要量的1.5倍，規(guī)劃開(kāi)采量應(yīng)按設(shè)計(jì)需要量的1.25～1.5倍選取。對(duì)工程地質(zhì)條件復(fù)雜、料場(chǎng)條件不理想、只有單一料場(chǎng)、采用長(zhǎng)隧洞作為主要料源、兩個(gè)工程共用料場(chǎng)等類(lèi)型的工程，料源系數(shù)要適當(dāng)高一些?；炷列枰烤薮蟮乃姽こ?，除了推薦料源之外，宜考慮一定的備用料源。

2 巖石加工性能

近年來(lái)，一些大型水電工程由于對(duì)料源原巖加工性能認(rèn)識(shí)不足，給砂石系統(tǒng)運(yùn)行、原材料質(zhì)量控制乃至整個(gè)工程造成不利影響。關(guān)于原巖的加工性能，雖然規(guī)范規(guī)定了開(kāi)展生產(chǎn)性試驗(yàn)的要求，但由于料場(chǎng)巖性分布及變化，巖石取樣不一定具有代表性，以及室內(nèi)加工設(shè)備選型與加工工藝不一定適應(yīng)巖石特點(diǎn)，造成某些巖石加工的特殊性在前期階段不容易發(fā)現(xiàn)，而是在開(kāi)采和大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中才暴露出來(lái)。許多水電工程砂石系統(tǒng)加工初期或生產(chǎn)過(guò)程中，針對(duì)砂石骨料加工存在的問(wèn)題進(jìn)行了大量的系統(tǒng)改造和工藝改進(jìn)，開(kāi)展了大量相關(guān)試驗(yàn)工作。表1列出了一些工程實(shí)例。

五強(qiáng)溪工程石英巖具有很強(qiáng)的磨蝕性，其磨損系數(shù)約為石灰?guī)r的25倍，制砂棒磨機(jī)鋼棒單位耗量高達(dá)2 167 g/t，每班因維修停產(chǎn)一個(gè)多小時(shí)，造成砂石系統(tǒng)投產(chǎn)后近一年時(shí)間里一直未能達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。

錦屏工程是國(guó)內(nèi)水電工程中首次采用大理巖加工人工骨料，對(duì)大理巖加工存在的困難，事先未充分認(rèn)識(shí)到，施工階段針對(duì)人工砂細(xì)度模數(shù)波動(dòng)、石粉含量高、含水率不穩(wěn)定等問(wèn)題，開(kāi)展了大量的試驗(yàn)和砂石系統(tǒng)改造工作量，解決了人工砂細(xì)度，石粉含量和含水率波動(dòng)較大的問(wèn)題，目前仍存在石粉含量和細(xì)度模數(shù)按規(guī)范要求合格率較低的問(wèn)題。事后總結(jié)錦屏工程大理巖砂石系統(tǒng)幾年來(lái)的生產(chǎn)和改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，大理巖加工性能較差與錦屏工程地質(zhì)條件、大理巖原巖本身特性、巖性組成、開(kāi)采方式、毛料含水率及加工工藝均有關(guān)系[2]。

表1 國(guó)內(nèi)部分水電工程砂石骨料加工中存在的問(wèn)題

錦屏一級(jí)拱壩由于料源選擇的局限性，采用了砂巖粗骨料和大理巖細(xì)骨料的組合骨料方案[3]。對(duì)砂巖加工的特殊性事先認(rèn)識(shí)也不充分，在生產(chǎn)過(guò)程中，暴露了特大石產(chǎn)量不足、粒形較差、單邊長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)、針片狀含量較高、中徑合格率較低、跌落遜徑增加和粗骨料超遜徑存在超標(biāo)等大量問(wèn)題，為此對(duì)印把子砂石系統(tǒng)進(jìn)行了多次改造和工藝改進(jìn)，砂石骨料品質(zhì)才有了較大改善。

百色工程在國(guó)內(nèi)首次采用輝綠巖加工大壩碾壓混凝土骨料。輝綠巖屬于過(guò)強(qiáng)過(guò)硬的巖石，單軸飽和抗壓強(qiáng)度達(dá)120～200 MPa。工程前期在葉茂、巖灘工程石灰?guī)r砂石系統(tǒng)及福建棉花灘工程花崗巖砂石系統(tǒng)進(jìn)行了加工對(duì)比試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)得出結(jié)論是通過(guò)選擇合適的加工設(shè)備和加工工藝，可生產(chǎn)出符合預(yù)設(shè)或規(guī)范要求的輝綠巖人工骨料。工程砂石系統(tǒng)采用與棉花灘工程相同的生產(chǎn)線和設(shè)備，結(jié)果砂的含粉率達(dá)到24%～26%，石粉的顆粒極細(xì)且有一定活性，致使大壩碾壓混凝土夏季施工時(shí)出現(xiàn)早凝現(xiàn)象，后采用特種外加劑才解決了混凝土初凝時(shí)間過(guò)短問(wèn)題[4]。

官地工程玄武巖制砂的細(xì)度模數(shù)偏高且石粉含量偏低，對(duì)大壩碾壓混凝土施工及性能帶來(lái)較大的影響。通過(guò)采用半干式制砂工藝，并結(jié)合系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分回收廢水中微細(xì)顆粒與破碎車(chē)間產(chǎn)生的粉塵摻混利用，解決了堅(jiān)硬巖人工砂高石粉含量要求的難題。

金安橋工程玄武巖制砂存在產(chǎn)粉率較低的問(wèn)題，后來(lái)通過(guò)外摻6%石粉才得到解決。另外，成品砂含水率一直居高不下，困擾了工程很長(zhǎng)時(shí)間。分析其主要原因是料源巖石中夾雜具有吸水性高、保水性好等特性的火山角礫熔巖和凝灰?guī)r的斷層及夾層，造成成品砂脫水困難。

溪洛渡工程由于前期對(duì)玄武巖特性認(rèn)識(shí)不足，存在人工砂產(chǎn)量達(dá)不到要求、中石針片狀含量高、骨料棱角多、粒形差等問(wèn)題，后來(lái)通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，達(dá)到了很好的效果。

近年來(lái)，料源原巖中存在微小裂隙對(duì)加工性能的影響逐漸引起重視。溪洛渡工程骨料加工存在大石、特大石產(chǎn)量不足的問(wèn)題，分析主要原因是巖石的隱裂縫在加工過(guò)程中存在破碎。烏東德工程由于梅子坪和干壩塘料場(chǎng)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r中微裂隙發(fā)育，不能加工出合格的人工骨料，均不推薦作為大壩混凝土骨料料源。

因此，在混凝土骨料料源選擇中應(yīng)高度重視原巖加工性能對(duì)料源利用、砂石系統(tǒng)設(shè)備選型、原材料質(zhì)量控制、混凝土性能和質(zhì)量的影響。宜優(yōu)先選用巖性較耐磨不易碎、破碎后粒形良好、硬度適中、顆粒級(jí)配合理的巖石作為砂石骨料料源。針對(duì)某些巖石，特別是以前沒(méi)有類(lèi)似成功工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)慎重選擇。為避免由于對(duì)料源巖性認(rèn)識(shí)不夠給工程帶來(lái)不利影響，建議在工程前期設(shè)計(jì)階段進(jìn)行巖石有關(guān)指標(biāo)的小型試驗(yàn)，對(duì)特大型水電工程應(yīng)做更精細(xì)的巖性試驗(yàn)。

3 開(kāi)挖料利用

水電工程相關(guān)規(guī)范明確了 “優(yōu)先利用建筑物開(kāi)挖料”、 “應(yīng)充分合理利用工程開(kāi)挖料”的原則。這一原則實(shí)際應(yīng)用中涉及到地質(zhì)可用料中規(guī)劃開(kāi)采利用率取多少合適的問(wèn)題。

目前水電工程設(shè)計(jì)報(bào)告對(duì)開(kāi)挖料利用率經(jīng)常取70%～80%，而實(shí)際施工時(shí)往往難以達(dá)到。主要原因是：①水電工程開(kāi)挖普遍采用分包，且分包單位眾多，施工可利用料的堆存管理不到位。②由于料場(chǎng)地質(zhì)條件變化，或者開(kāi)挖料可用巖中夾有軟弱面或難以利用的薄層，開(kāi)挖時(shí)難以剔除，造成有用料棄料較多。如金安橋工程土石方開(kāi)挖總量1 443萬(wàn)m3，石方洞挖147萬(wàn)m3，招標(biāo)文件鼓勵(lì)承包人盡量利用工程開(kāi)挖料，實(shí)際只利用了約7萬(wàn)m3，利用率微乎其微。錦屏二級(jí)工程海臘溝渣場(chǎng)前期主要堆存地下廠房、錦屏輔組洞等工程開(kāi)挖料，其中不乏有大量的有用料，但由于未做好料場(chǎng)開(kāi)采堆存分區(qū)規(guī)劃和管理，造成有用料和無(wú)用料混堆，后期料源出現(xiàn)缺口時(shí)卻難以回采利用。

開(kāi)挖料利用率取值宜根據(jù)巖石狀況及建筑物各部位開(kāi)挖料可利用情況及轉(zhuǎn)存條件進(jìn)行區(qū)別分析和綜合確定。比如，明挖工程一般取30%～50%或50%稍強(qiáng)，洞挖工程要高一些（50%～70%），隧洞（洞室）巖層分布較多時(shí)，則要適當(dāng)降低。III類(lèi)圍巖一般取80%，IV、V類(lèi)圍巖一般取60%～70%。料源含有地質(zhì)夾層的根據(jù)其分布情況具體分析確定。

鑒于開(kāi)挖料可能存在不太理想的狀況，國(guó)內(nèi)幾個(gè)水電工程全部采用料場(chǎng)開(kāi)采石料作為大壩混凝土骨料料源，開(kāi)挖料僅用于廠房工程等其他建筑物，開(kāi)挖料中也盡量使用工程洞挖料而不是明挖料，這是一個(gè)值得注意的現(xiàn)象。如烏東德工程大壩混凝土骨料全部采用施工期料場(chǎng)灰?guī)r，不采用工程開(kāi)挖料。

4 料源開(kāi)采與運(yùn)輸

料源開(kāi)采與運(yùn)輸方案一般要滿(mǎn)足工程用料、安全、環(huán)保和水保的要求。

錦屏一級(jí)工程大奔流溝料場(chǎng)地形高陡，不適合公路運(yùn)輸而采用豎井運(yùn)輸方式。由于料場(chǎng)中上部開(kāi)挖面狹窄，毛料無(wú)法進(jìn)入豎井生產(chǎn)，不得不采用翻渣至江邊截料平臺(tái)，再通過(guò)二次挖裝運(yùn)輸至溜井或渣場(chǎng)，不僅損失了大量有用料，而且造成較大揚(yáng)塵，對(duì)錦屏二級(jí)閘壩施工及下游業(yè)主營(yíng)地影響較大。

目前，我國(guó)西部水電工程由于地形地質(zhì)條件的限制，許多料場(chǎng)位于陡峭的山坡上，開(kāi)挖邊坡高差大，邊坡穩(wěn)定問(wèn)題突出，需采取綜合防治措施，確保開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定。

官地工程竹子壩料場(chǎng)后緣及兩側(cè)為環(huán)山的高陡人工邊坡，開(kāi)挖邊坡高度達(dá)到80 m時(shí)，已完成支護(hù)的南坡發(fā)生了大面積塌滑。主要原因是該部位為斷層交匯帶，斷層破碎帶及影響帶規(guī)模較大，邊坡巖體破碎，開(kāi)挖松弛后巖體強(qiáng)度下降導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。最后不得不將南坡整體后移60 m，并全部挖除斷層組成的不穩(wěn)定楔形體，適當(dāng)放緩開(kāi)挖坡比，并對(duì)后續(xù)的支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)整。

錦屏一級(jí)工程大奔流溝料場(chǎng)為目前國(guó)內(nèi)最高陡的人工順層坡，自然邊坡和人工開(kāi)挖邊坡高達(dá)794 m和513 m，開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生了幾次小規(guī)模塌方。由于料場(chǎng)位于錦屏二級(jí)攔河閘壩下游附近，參建各方高度重視，采取了提高邊坡等級(jí)、加強(qiáng)支護(hù)（噴錨支護(hù)+錨索加固）、設(shè)置坡面和坡內(nèi)排水系統(tǒng)，加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)、及時(shí)支護(hù)等綜合措施，目前開(kāi)挖邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

工程經(jīng)驗(yàn)表明，大型水電工程混凝土骨料料源選擇是個(gè)非常復(fù)雜、需要慎重對(duì)待的問(wèn)題，應(yīng)隨著設(shè)計(jì)階段進(jìn)展，不斷加深地質(zhì)勘探和相關(guān)試驗(yàn)工作，逐步深化研究，最終選擇儲(chǔ)量足夠、強(qiáng)度適當(dāng)、原巖性能良好、易于加工、開(kāi)挖料利用適當(dāng)、開(kāi)采運(yùn)輸合理的料源方案。

［1］鄒麗春.小灣水電站工程的挑戰(zhàn)與思考［J］.水力發(fā)電，2010，36（12）:15-19.

［2］李太成.大理巖人工骨料在水電工程中的應(yīng)用實(shí)踐［J］.水電站設(shè)計(jì),2011，27（2）:68-72.

［3］李光偉.人工骨料的特性與高拱壩混凝土人工骨料的選擇［J］.水電站設(shè)計(jì)，2008，24（3）:1-7.

［4］阮光華.我國(guó)混凝土骨料加工技術(shù)的進(jìn)展［J］.建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2009（1）:58-63.