李 靜， 袁國慶

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610072)

1 概述

雙江口水電站壩址河谷狹窄，泄洪、放空建筑物泄洪最大水頭約250m，洞內(nèi)流速高、下泄流量大，洞式溢洪道最大流速約46m/s，深孔泄洪洞最大流速約40m/s，豎井泄洪洞最大流速約32 m/s，放空洞最大流速約40m/s，樞紐的泄洪流量達8086m3/s。具有“窄河谷、高水頭、高流速、大泄量”的特點。高壩泄洪時，高速挾沙水流對泄水建筑物表面會造成空蝕和沖磨損破壞，破壞程度與水流和泥沙條件，如流速、流量、水流中的含沙量、泥沙粒徑、顆粒形狀及硬度等有關(guān)，也取決于建筑物表面材料的抗蝕、抗沖磨性能。因此，該工程在對河口料場、飛水巖料場和色龍溝料場不同人工骨料原巖物理力學(xué)性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上進行了細、粗骨料性能、抗磨耗試驗研究，進而優(yōu)選出了最佳的骨料料源。

2 料場概況及原巖性能指標(biāo)

河口料場位于壩址上游約1km的腳木足河與綽斯甲河匯合口，兩河所夾的條形山脊為近壩上游一主要石料場。綽斯甲河側(cè)地形較陡，地形坡度約55°，腳木足河側(cè)地形坡度稍緩，約44°，坡腳發(fā)育狹長階地。該石料場基巖多裸露，基巖巖性主要為變質(zhì)砂巖夾板巖、千枚巖捕擄體，次為偉晶巖和燕山晚期中細粒二云二長花崗巖，受火成巖體侵入和地質(zhì)構(gòu)造影響巖體擠壓變形明顯，巖層產(chǎn)狀變化較大，總體產(chǎn)狀為N10°E ～ N22°W/NW(SW)∠72°～84°。

飛水巖石料場位于壩址下游約1～2km的大渡河左岸S211省道旁、飛水巖溝的下游側(cè)，交通方便，為近壩下游的主料場。該料場分布高程約2350～2700m，地形坡度35°～45°，巖性為燕山早期似斑狀黑云鉀長花崗巖，穿插偉晶巖脈(約占3% ～8%)。2380m高程以上多分布厚約15～30m的崩坡積層，后緣地形坡度較陡，約 65°～80°。

色龍溝料場位于壩址下游約196km的色龍溝溝口上游側(cè)，山體兩面臨空，分布高程1750～2000m，地形坡度45°～55°。地表基巖大多裸露，局部覆蓋坡殘積堆積物、崩塌堆積物，推測厚度為3～5m，局部可達8～10m，為剝離層。巖性為泥盆系薄～中厚層狀變質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾絹云母鈣質(zhì)石英片巖，巖層產(chǎn)狀為N45°E/NW∠55°。

對各料場原巖進行的礦化分析表明:飛水巖花崗巖和河口變質(zhì)砂巖含量均以SiO2為主，最低含量均超過50%，Al2O3含量次之，平均含量在10%以上，其它化學(xué)成分以CaO、Fe2O3為主，但總體含量較少。色龍溝料場巖石化學(xué)成分以CaO為主，其次為SiO2和MgO，其燒失量在30．23% ～39．16%之間，結(jié)合磨片鑒定結(jié)果，表明其主要組成為白云石。

原巖性能試驗結(jié)果見表1。表1中累計了各個料場取樣的原巖試驗結(jié)果的平均值。

表1 原巖礦化分析結(jié)果平均值匯總表

表2 原巖試驗結(jié)果平均值匯總表

從表2可以看出，各原巖的天然密度、干密度、飽和密度等指標(biāo)相差很小，但不同巖性之間差別較大，其中色龍溝料場白云質(zhì)灰?guī)r指標(biāo)最大，飛水巖料場花崗巖指標(biāo)最小。各料場原巖平均含水率為0．1% ～0．17%、飽和吸水率為0．22% ～0．47%、軟化系數(shù)為 0．75 ～0．8，較為適中，各原巖的平均凍融損失率為0．02% ～1．76%，較小。飛水巖花崗巖干抗壓強度平均值為105 MPa，飽和抗壓強度平均值為83MPa;河口變質(zhì)砂巖的干抗壓強度平均值為102MPa，飽和抗壓強度平均值為80．9MPa;色龍溝白云質(zhì)灰?guī)r干抗壓強度平均值為122．96MPa，飽和抗壓強度平均值為 92．33MPa。

各料場原巖的飽和抗壓強度均大于40MPa，凍融重量損失低于1%，SO3含量低于0．5%，均滿足規(guī)范《水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程》DL/T5388-2007要求。相對而言，色龍溝白云質(zhì)灰?guī)r的各項指標(biāo)均略優(yōu)于其他兩種巖石。

依據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T5151-2001)中巖石堿活性的檢測方法，采用化學(xué)法、砂漿長度法、砂漿棒快速法、混凝土凝柱體法對各料場巖石進行了堿活性的檢測，均為非活性骨料。

3 人工細骨料性能指標(biāo)

人工細骨料加工均采用XMBL-77型溢流式棒磨機室內(nèi)加工，采用相同的工藝對各料場巖石人工細骨料進行物理力學(xué)性能試驗。細骨料試驗按照《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》DL/T5151-2001進行，并按照《水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程》DL/T5388-2007和《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2001對檢測結(jié)果進行評判。試驗結(jié)果見表3。

表3 人工細骨料物理性能試驗結(jié)果平均值匯總表

從表3可以看出，各料場的人工細骨料的表觀密度、表干密度、飽和吸水率、堅固性、平均粒徑和云母含量均滿足相關(guān)規(guī)范要求，但堆積密度、空隙率、細度模數(shù)和石粉含量都出現(xiàn)了沒有達到或突破規(guī)范推薦范圍的情況。松散堆積密度較低，空隙率較高，其原因為室內(nèi)加工的細骨料形狀差異較大，《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2001)沒有對空隙率和堆積密度作要求或規(guī)定，說明這兩項指標(biāo)可以在施工時選擇優(yōu)良的機械設(shè)備得到改善。河口料場平均細度模數(shù)為2．33，石粉含量為27．2%，超出了規(guī)范要求，這對骨料的開發(fā)使用不利。色龍溝料場石粉含量最低，其平均值為11．9%，而細度模數(shù)最高，平均值為2．85。在實際施工生產(chǎn)中，通過選用制砂設(shè)備并調(diào)整生產(chǎn)工藝，可以獲得滿足施工規(guī)范要求的人工細骨料。

4 人工粗骨料性能指標(biāo)

人工粗骨料采用PE250×150型顎式破碎機和600×400復(fù)擺型顎式破碎機破碎軋制塊石后，經(jīng)室內(nèi)人工篩分分級成四個級配的人工粗骨料并進行了基本性能試驗。試驗按照《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》DL/T5151-2001進行，并按照《水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程》DL/T5388-2007和《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2001對檢測結(jié)果進行評判。不同料場粗骨料試驗結(jié)果平均值統(tǒng)計結(jié)果見表4。

表4 人工粗骨料物理性能試驗結(jié)果平均值匯總表

從表4可以看出，各料場人工粗骨料堆積密度、空隙率相對較大，已經(jīng)超出了《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》DL/T5388-2007的要求，其原因是室內(nèi)加工的粗骨料形狀差異較大，《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2001沒有對空隙率和堆積密度作出要求或規(guī)定，說明這兩項指標(biāo)可以在施工時選擇優(yōu)良的機械設(shè)備得到改善。

《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2001對壓碎指標(biāo)的規(guī)定與說明:(1)壓碎指標(biāo)值是碎石或卵石抵抗壓碎的能力。碎石和卵石的壓碎指標(biāo)是根據(jù)近十多年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)并參考國外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)修訂的，我國大部分地區(qū)的粗骨料可以滿足要求。碎石和卵石的壓碎值與混凝土強度等級之間的關(guān)系較為復(fù)雜，目前還沒有獲得足夠的試驗數(shù)據(jù)，因此，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值(表5)可以作為一般的控制值。(2)對于深成的火成巖和變質(zhì)巖，當(dāng)其壓碎指標(biāo)不大于12%時，可以用于配制C9040～C9055標(biāo)號的混凝土;當(dāng)其壓碎指標(biāo)不大于20%時，可以用其配制C9035及以下標(biāo)號的混凝土。

表5 粗骨料壓碎指標(biāo)表

從三個料場骨料的壓碎指標(biāo)看，河口料場、飛水巖料場的骨料多處于12% ～20%之間，按照《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2001要求，可以用于配制C9035及以下的混凝土，而不宜用于配制C9040～C9055標(biāo)號的混凝土，色龍溝料場骨料壓碎指標(biāo)為6%，可以滿足配置C9040～C9055標(biāo)號混凝土的要求。

5 人工骨料抗磨耗試驗

試驗采用室內(nèi)小型球磨機，按《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》DL/T5151—2001規(guī)定的骨料試驗級配進行，各料場相同級配骨料相同轉(zhuǎn)數(shù)時磨耗率的平均值統(tǒng)計結(jié)果見表6。

表6 人工骨料磨耗試驗結(jié)果平均值匯總表

從表6可以看出，河口料場和雙江口料場各個級配磨損率均超過規(guī)程的要求，表明兩個料場骨料的抗磨損能力均較差。色龍溝料場a、b、c級配的人工粗骨料在200轉(zhuǎn)和1000轉(zhuǎn)時，磨耗率均滿足規(guī)程要求。對于A、B、C、D級配粗骨料100轉(zhuǎn)的磨耗率也僅是C、D級配的磨耗率超過規(guī)程要求，其余磨耗率均滿足規(guī)程要求。

6 結(jié)語

(1)三個料場原巖性能指標(biāo)和粗、細骨料性能指標(biāo)均能滿足配制C9035及以下的混凝土;

(2)從骨料的壓碎指標(biāo)看，色龍溝料場骨料可滿足配制C9040～C9055標(biāo)號的混凝土，河口料場和飛水巖料場骨料均不滿足配制高標(biāo)號混凝土的要求，故可針對這兩種骨料進行高標(biāo)號混凝土的試驗研究;

(3)從骨料的抗磨耗指標(biāo)看，色龍溝料場骨料滿足規(guī)程要求，河口料場和飛水巖料場骨料均不滿足規(guī)程要求，故可針對這兩種骨料進行改性沖磨混凝土試驗研究。

［1］ 水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程，DL/T5388-2007［S］．

［2］ 水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程，DL/T5151-2001［S］．

［3］ 水工混凝土施工規(guī)范，DL/T5144-2001［S］．