李太成，余 奎，常作維，陳惠明

（中國水電工程顧問集團公司，北京 100120）

近年來，在國內(nèi)一些大型水電工程實施階段，由于各種原因，在混凝土骨料料源儲量質(zhì)量、加工、開挖料利用、料源開采和運輸?shù)确矫娉霈F(xiàn)了不同程度的問題，有的甚至出現(xiàn)了料源方案的重大調(diào)整，對工程建設(shè)造成了影響。

1 料源儲量和質(zhì)量

大型水電工程建設(shè)表明，料源儲量和質(zhì)量隨著勘探、試驗工作的深入，及實際開挖進展，可能會發(fā)生較大變化，甚至?xí)l(fā)生重大變化，對料源選擇和利用造成較大影響。

錦屏一級工程蘭壩大理巖料場在可研階段探明有效儲量為870萬m3，其儲量和質(zhì)量均滿足要求。招標(biāo)設(shè)計階段加深了勘探工作，發(fā)現(xiàn)其開采條件變差，有用料分布范圍和儲量均發(fā)生了巨大變化，可采儲量僅為109.1萬m3，不得不放棄其作為主要料場。實際采用了質(zhì)量相對較差的三灘大理巖料場。

錦屏二級東端工程招標(biāo)階段混凝土總量為200萬m3。工程實施階段，由于設(shè)計變更、超挖、地質(zhì)條件變化等因素，混凝土總量增加了150萬m3，料源缺口200多萬m3，后來通過錦屏一級工程三灘大理巖料場擴大用料得到解決。

向家壩工程可研階段起初將料場選在離壩址約18 km的雙河料場，后經(jīng)詳細勘探，發(fā)現(xiàn)其中有一半巖層有堿碳酸鹽活性反應(yīng)而放棄。隨后考慮過壩址附近的新灘壩砂巖，其缺點是強度偏低，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，選定各項性能良好、運距近40 km的太平料場灰?guī)r。

漫灣工程可研階段對花崗巖料場勘探較少，認為風(fēng)化層較薄，推薦花崗巖作為一號料場。在開采了60萬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Ⅲ料區(qū)作為拱壩骨料主料源，規(guī)劃開采量900萬m3。料場開采后發(fā)現(xiàn)G1擠壓破碎帶及其下盤巖體的破碎、蝕變、風(fēng)化程度超過了預(yù)期，無用料的比例較高，同時設(shè)計混凝土較可研增加較多，設(shè)計復(fù)核有用料缺口達47.41萬m3，不得不增加補充料場。后來分析發(fā)現(xiàn)料場可利用范圍較大，通過采取上游擴挖、下游收縮的開采方案，并繼續(xù)開采原來不看好的G1擠壓帶及其下盤巖體，在沒有啟用補充料場的前提下問題得到了圓滿解決[1]。

可見，對于復(fù)雜地形地質(zhì)條件下巨型料場的前期地勘工作，不能僅局限于滿足規(guī)程規(guī)范對勘探量的要求，還需有針對性地開展加深勘探工作，盡量減少由于地勘工作的局限性帶來的料場儲量和質(zhì)量的風(fēng)險。在料場開挖階段儲量和質(zhì)量發(fā)生變化時，應(yīng)按勘察規(guī)程進行詳細的補充勘察和相關(guān)試驗工作。

對于料源儲量，僅要求地質(zhì)勘察儲量達到要求是不夠的，應(yīng)有足夠的可采儲量。料源規(guī)劃開采量不能僅依據(jù)設(shè)計工程量來計算，還要考慮地質(zhì)條件變化、設(shè)計變更、地質(zhì)處理、施工超挖、施工質(zhì)量不達標(biāo)、開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)劃開采范圍宜留有擴大用料空間，以備將來之需。規(guī)范規(guī)定可研階段可采儲量應(yīng)不小于設(shè)計需要量的1.5倍，規(guī)劃開采量應(yīng)按設(shè)計需要量的1.25～1.5倍選取。對工程地質(zhì)條件復(fù)雜、料場條件不理想、只有單一料場、采用長隧洞作為主要料源、兩個工程共用料場等類型的工程，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，一些大型水電工程由于對料源原巖加工性能認識不足，給砂石系統(tǒng)運行、原材料質(zhì)量控制乃至整個工程造成不利影響。關(guān)于原巖的加工性能，雖然規(guī)范規(guī)定了開展生產(chǎn)性試驗的要求，但由于料場巖性分布及變化，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，造成某些巖石加工的特殊性在前期階段不容易發(fā)現(xiàn)，而是在開采和大規(guī)模生產(chǎn)過程中才暴露出來。許多水電工程砂石系統(tǒng)加工初期或生產(chǎn)過程中，針對砂石骨料加工存在的問題進行了大量的系統(tǒng)改造和工藝改進，開展了大量相關(guān)試驗工作。表1列出了一些工程實例。

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

錦屏工程是國內(nèi)水電工程中首次采用大理巖加工人工骨料，對大理巖加工存在的困難，事先未充分認識到，施工階段針對人工砂細度模數(shù)波動、石粉含量高、含水率不穩(wěn)定等問題，開展了大量的試驗和砂石系統(tǒng)改造工作量，解決了人工砂細度，石粉含量和含水率波動較大的問題，目前仍存在石粉含量和細度模數(shù)按規(guī)范要求合格率較低的問題。事后總結(jié)錦屏工程大理巖砂石系統(tǒng)幾年來的生產(chǎn)和改進經(jīng)驗，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、開采方式、毛料含水率及加工工藝均有關(guān)系[2]。

表1 國內(nèi)部分水電工程砂石骨料加工中存在的問題

錦屏一級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骨料的組合骨料方案[3]。對砂巖加工的特殊性事先認識也不充分，在生產(chǎn)過程中，暴露了特大石產(chǎn)量不足、粒形較差、單邊長度過長、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)等大量問題，為此對印把子砂石系統(tǒng)進行了多次改造和工藝改進，砂石骨料品質(zhì)才有了較大改善。

百色工程在國內(nèi)首次采用輝綠巖加工大壩碾壓混凝土骨料。輝綠巖屬于過強過硬的巖石，單軸飽和抗壓強度達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)進行了加工對比試驗，當(dāng)時得出結(jié)論是通過選擇合適的加工設(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)果砂的含粉率達到24%～26%，石粉的顆粒極細且有一定活性，致使大壩碾壓混凝土夏季施工時出現(xiàn)早凝現(xiàn)象，后采用特種外加劑才解決了混凝土初凝時間過短問題[4]。

官地工程玄武巖制砂的細度模數(shù)偏高且石粉含量偏低，對大壩碾壓混凝土施工及性能帶來較大的影響。通過采用半干式制砂工藝，并結(jié)合系統(tǒng)環(huán)境進行設(shè)計，充分回收廢水中微細顆粒與破碎車間產(chǎn)生的粉塵摻混利用，解決了堅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)粉率較低的問題，后來通過外摻6%石粉才得到解決。另外，成品砂含水率一直居高不下，困擾了工程很長時間。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玄武巖特性認識不足，存在人工砂產(chǎn)量達不到要求、中石針片狀含量高、骨料棱角多、粒形差等問題，后來通過改進生產(chǎn)工藝，達到了很好的效果。

近年來，料源原巖中存在微小裂隙對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)量不足的問題，分析主要原因是巖石的隱裂縫在加工過程中存在破碎。烏東德工程由于梅子坪和干壩塘料場白云巖、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、顆粒級配合理的巖石作為砂石骨料料源。針對某些巖石，特別是以前沒有類似成功工程經(jīng)驗時，應(yīng)慎重選擇。為避免由于對料源巖性認識不夠給工程帶來不利影響，建議在工程前期設(shè)計階段進行巖石有關(guān)指標(biāo)的小型試驗，對特大型水電工程應(yīng)做更精細的巖性試驗。

3 開挖料利用

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

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

開挖料利用率取值宜根據(jù)巖石狀況及建筑物各部位開挖料可利用情況及轉(zhuǎn)存條件進行區(qū)別分析和綜合確定。比如，明挖工程一般取30%～50%或50%稍強，洞挖工程要高一些（50%～70%），隧洞（洞室）巖層分布較多時，則要適當(dāng)降低。III類圍巖一般取80%，IV、V類圍巖一般取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。

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

4 料源開采與運輸

料源開采與運輸方案一般要滿足工程用料、安全、環(huán)保和水保的要求。

錦屏一級工程大奔流溝料場地形高陡，不適合公路運輸而采用豎井運輸方式。由于料場中上部開挖面狹窄，毛料無法進入豎井生產(chǎn)，不得不采用翻渣至江邊截料平臺，再通過二次挖裝運輸至溜井或渣場，不僅損失了大量有用料，而且造成較大揚塵，對錦屏二級閘壩施工及下游業(yè)主營地影響較大。

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

官地工程竹子壩料場后緣及兩側(cè)為環(huán)山的高陡人工邊坡，開挖邊坡高度達到80 m時，已完成支護的南坡發(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，開挖松弛后巖體強度下降導(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)放緩開挖坡比，并對后續(xù)的支護設(shè)計進行了調(diào)整。

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

5 結(jié)語

工程經(jīng)驗表明，大型水電工程混凝土骨料料源選擇是個非常復(fù)雜、需要慎重對待的問題，應(yīng)隨著設(shè)計階段進展，不斷加深地質(zhì)勘探和相關(guān)試驗工作，逐步深化研究，最終選擇儲量足夠、強度適當(dāng)、原巖性能良好、易于加工、開挖料利用適當(dāng)、開采運輸合理的料源方案。

［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)用實踐［J］.水電站設(shè)計,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，2008，24（3）:1-7.

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