劉淑芳，趙世隆，楊堉果

(1.中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院，貴陽 550081;2.四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院，成都 610017)

1 前言

近年來，在水電建設(shè)中，天然砂礫料因其開采方便，開采加工成本低，被越來越多的用于工程中。地質(zhì)專業(yè)在料源勘查時(shí)，也是首先在工程區(qū)域內(nèi)查找天然砂礫料場，在其儲(chǔ)量、質(zhì)量不合要求，或者距離工程區(qū)較遠(yuǎn)而沒有開采優(yōu)勢(shì)時(shí)才會(huì)選擇人工料場。例如:枕頭壩一級(jí)水電站，料源組成為工程壩肩開挖玄武巖+壩基河床天然砂礫巖+卡子崗天然砂礫料場;石門水電站料源為壩址上游的C2天然砂礫料場;向丁、陽平水電站等等，這些工程均以天然砂礫料作為骨料來源。因此，對(duì)天然砂礫料的加工工藝設(shè)計(jì)，值得研究。

2 工藝研究

對(duì)砂石加工系統(tǒng)工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須擁有天然砂礫料的顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)成果及工程所需混凝土的數(shù)量、級(jí)配及配合比試驗(yàn)成果，根據(jù)上述資料，計(jì)算出砂石料綜合級(jí)配，與天然砂礫料的級(jí)配情況進(jìn)行對(duì)比后，進(jìn)行工藝流程計(jì)算及設(shè)備選型，選擇系統(tǒng)加工工藝。下面以石門電站為例來闡述針對(duì)天然砂礫料進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案選擇。

2.1 電站概況

石門水電站是呼圖壁河中游河段規(guī)劃的第三個(gè)梯級(jí)電站。樞紐建筑物由瀝青心墻堆石壩、泄洪洞、溢洪洞、左岸引水系統(tǒng)和地面廠房組成。大壩總填筑量282萬m3(其中過渡料32萬m3)，混凝土總量26萬m3。扣除有用料回采利用后，料場設(shè)計(jì)規(guī)劃開采量為460萬m3。料源為位于壩址上游左岸的C2天然砂礫料場，可采儲(chǔ)量達(dá)517萬m3，滿足工程需求。經(jīng)試驗(yàn):作為筑壩材料，C2砂礫石料場各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足壩體填筑砂礫的質(zhì)量技術(shù)要求;作為混凝土骨料場，除細(xì)骨料含泥量超標(biāo)外，其它指標(biāo)均能滿足質(zhì)量指標(biāo)要求。

砂石加工系統(tǒng)主要承擔(dān)大壩過渡料及主體工程混凝土所需骨料的生產(chǎn)。根據(jù)工程混凝土高峰時(shí)段月平均澆筑強(qiáng)度和大壩過渡料高峰時(shí)段月平均填筑強(qiáng)度來計(jì)算規(guī)模[1]，系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理規(guī)模為280 t/h。

2.2 工藝選擇

石門水電站料源儲(chǔ)量充沛，填筑料需求量較大，混凝土量較少，砂石加工系統(tǒng)規(guī)模不大，天然砂礫料大石含量較多，中、小石含量明顯不足，砂子含量略欠。考慮多篩分天然砂礫料增加系統(tǒng)規(guī)?；蚱扑榇笫a(chǎn)中小石等方案來設(shè)計(jì)砂石加工系統(tǒng)。初選三大方案:①全篩分工藝;②兩次篩分+一段破碎工藝;③兩次篩分+兩段破碎工藝。

2.2.1 全篩分工藝

全篩分工藝，顧名思義是指生產(chǎn)過程中全部采用篩分設(shè)備來進(jìn)行砂石料生產(chǎn)的工藝，重點(diǎn)是將天然砂礫料的顆粒級(jí)配與工程的綜合配比進(jìn)行對(duì)比，選取差異額大的粒徑做為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制粒徑，以此確定篩分處理能力。全篩分工藝級(jí)配平衡計(jì)算表見表1。

表1 全篩分工藝級(jí)配平衡計(jì)算表

續(xù)表1

采用全篩分的加工工藝，系統(tǒng)處理規(guī)模增至720 t/h才能滿足工程需求，棄料產(chǎn)生規(guī)模達(dá)396 t/h。但由于C2料場可采儲(chǔ)量豐富，大壩為堆石壩，可吸納生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的棄料，不會(huì)帶來?xiàng)壴碍h(huán)保問題。因此，該工藝技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)性欠佳。

針對(duì)天然砂礫料進(jìn)行砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，若主體工程不能消耗系統(tǒng)加工棄料，在系統(tǒng)增加規(guī)模較大、棄料較多的情況下，不建議采用全篩分加工工藝。若使用，需與其他加工工藝進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)性比較，同時(shí)需解決好棄渣及環(huán)保問題。

2.2.2 兩次篩分+一段破碎工藝

兩次篩分+一段破碎工藝:系統(tǒng)設(shè)150 mm格篩去除＞150 mm超徑石，其他物料通過兩次篩分與一段破碎，來達(dá)到破碎多余大石生產(chǎn)中小石及砂子的目的。

增加一段破碎工藝，在開路生產(chǎn)的情況下，小石含量略欠，適當(dāng)增加處理規(guī)模至330 t/h即可滿足工程需求，棄料產(chǎn)生規(guī)模為45 t/h，與全篩分工藝相比，大大降低了規(guī)模及棄料量，具有很大優(yōu)勢(shì)。

表2平衡驗(yàn)算是石門電站個(gè)案，針對(duì)其他工程，不排除采用該工藝不需增加規(guī)模即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡。工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)級(jí)配平衡驗(yàn)算成果調(diào)整中碎與篩分設(shè)備之間的開路或閉路工藝，以求得到更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的加工方案。

表2 兩次篩分+一段破碎工藝級(jí)配平衡計(jì)算表

2.2.3 兩段破碎+兩次篩分工藝

“兩段破碎+兩次篩分”的加工工藝多用于人工料場。天然砂石料處理超徑石時(shí)，一般只用一段破碎，在天然砂礫料級(jí)配狀況不好、料場儲(chǔ)量有限的狀況下，如利用多余特大石、大石調(diào)整級(jí)配，常需設(shè)二或三段破碎[3]。

石門水電站C2天然砂礫料場＞150 mm的超徑石含量不多，＞350 mm的石料幾乎沒有，無設(shè)置粗碎車間的必要?？紤]到系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理規(guī)模不大，天然砂礫料中砂子含量基本可滿足需求，因此無選擇兩段破碎+兩次篩分的必要。工程建設(shè)中，若天然砂礫料中＞350 mm的石料比例較多時(shí)，建議增加粗碎，采用兩段破碎+兩次篩分工藝。

2.3 工藝比較

綜上，針對(duì)石門電站，兩段破碎+兩次篩分工藝，不宜采用;全篩分工藝需增加處理規(guī)模達(dá)720 t/h才能滿足工程需求，增加規(guī)模及設(shè)備均較多;兩次篩分+一段破碎工藝與全篩分工藝比，僅增加了一段中碎，便可大大降低系統(tǒng)規(guī)模，減少棄料量和篩分設(shè)備。因此，推薦采用兩次篩分+一段破碎的加工工藝。

3 結(jié)語

綜上所述:

1)在主體工程為堆石壩，工程可大量消耗系統(tǒng)加工過程中產(chǎn)生棄料的情況下，系統(tǒng)工藝選擇遵循如下原則:①在料場儲(chǔ)量豐富、采用全篩分工藝規(guī)模增加不大的前提下，優(yōu)先采用全篩分加工工藝;②在料場儲(chǔ)量豐富、采用全篩分工藝系統(tǒng)規(guī)模增加較大情況下，＞350 mm的石料含量較多時(shí)，采用兩段破碎+兩次篩分工藝，＞350 mm的石料含量較少時(shí)，采用兩次篩分+一段破碎工藝;③在料場儲(chǔ)量有限情況下，以不產(chǎn)生棄料或少產(chǎn)生棄料為原則，通過系統(tǒng)級(jí)配平衡驗(yàn)算，選擇可實(shí)現(xiàn)自身級(jí)配平衡的方案。

2)若主體工程不具有消耗系統(tǒng)加工過程中產(chǎn)生棄料的能力，系統(tǒng)工藝選擇遵循如下原則:①在料場儲(chǔ)量豐富、渣場容量富裕的情況下，采用全篩分工藝或兩次篩分+一段破碎工藝技術(shù)上均可行，推舉單價(jià)低、環(huán)保好的方案;②在料場儲(chǔ)量有限狀況下，可采用兩次篩分+兩段破碎或兩次篩分+一段破碎工藝，以不產(chǎn)生或少產(chǎn)生棄料、不增加或少增加系統(tǒng)規(guī)模為原則，進(jìn)行綜合比較，推薦經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較好的方案。

總之，針對(duì)天然砂礫料，砂石加工系統(tǒng)的加工工藝具有多樣性、復(fù)雜性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)過程中，需根據(jù)各工程的用料特點(diǎn)及天然砂礫料的顆粒狀況進(jìn)行統(tǒng)籌分析、綜合比較，選擇經(jīng)濟(jì)環(huán)保、合理可行的加工方案。

[1]DL/T 5397—2007水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國電力出版社，2007.

[2]中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院.呼圖壁河石門水電站可行性研究施工組織設(shè)計(jì)報(bào)告[R].貴州:中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院，2001.

[3]水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)4輔助企業(yè)[M].北京:中國水利水電出版社，2008.