李　柯，段大琪，崔賢淑

(中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京　100024)

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大華橋水電站混凝土人工骨料料源選擇

李柯，段大琪，崔賢淑

(中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100024)

摘要：從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度，對(duì)比分析了大華橋水電站與黃登水電站共用大格拉灰?guī)r料源方案、營(yíng)盤玄武巖料源方案和花坪河與干筆河砂巖料源+營(yíng)盤玄武巖料源方案。經(jīng)對(duì)比分析，采用大格拉料源方案具有混凝土性能較好，減少施工占地，有利于環(huán)境保護(hù)及節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)，因此推薦大華橋水電站與上游黃登電站共用大格拉料源方案。關(guān)鍵詞：混凝土;骨料;料源；大格拉灰?guī)r;營(yíng)盤玄武巖

1工程概述

大華橋水電站位于云南省瀾滄江上游怒江州蘭坪縣兔峨鄉(xiāng)境內(nèi)，是瀾滄江干流上游河段規(guī)劃梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第6級(jí)水電站，電站上接黃登水電站，下接苗尾水電站。工程為堤壩式開(kāi)發(fā)，以發(fā)電為主。電站正常蓄水位為1 477 .00 m，裝機(jī)容量920 MW，多年平均發(fā)電量40.67億kWh。

大華橋水電站主體及臨建工程混凝土澆筑總量約135.51萬(wàn)m3。其中前期臨建工程16.45萬(wàn)m3混凝土，選擇干筆河料場(chǎng)石英砂巖作為料源，需要開(kāi)采石料18萬(wàn)m3。其余119.06萬(wàn)m3混凝土，需要混凝土粗細(xì)骨料約262萬(wàn)t，加工骨料原巖需要量約126萬(wàn)m3(自然方)。

2料源概況

本工程壩址附近河道沿岸沒(méi)有大面積的河漫灘分布，天然砂礫料料源缺乏，混凝土骨料全部采用人工骨料。

由于工程區(qū)巖性主要為板巖及板巖與石英砂巖互層狀出露，其中板巖飽和抗壓強(qiáng)度較低，且易開(kāi)裂成碎片狀，難以作為混凝土骨料使用。石英砂巖強(qiáng)度較高，質(zhì)量能滿足混凝土骨料要求，但嵌夾于板巖之間且層厚僅數(shù)米，施工開(kāi)采比較困難。所以地下工程開(kāi)挖料不適宜作為混凝土骨料料源[1-3]。

工程樞紐區(qū)30 km范圍內(nèi)可供比選的料源有：花坪河砂巖料場(chǎng)、干筆河砂巖料場(chǎng)和營(yíng)盤玄武巖料場(chǎng)。

大格拉灰?guī)r料場(chǎng)位于大華橋水電站上游約63 km處，是黃登水電站混凝土骨料料源。鑒于大華橋水電站和黃登水電站同期建設(shè)，且大格拉料源及黃登水電站砂石加工系統(tǒng)可同時(shí)滿足黃登、大華橋水電站用料需求，大華橋水電站混凝土料源有條件與黃登水電站的混凝土料源及砂石加工系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。

2.1花坪河石料場(chǎng)

(1) 料場(chǎng)地貌

花坪河料場(chǎng)位于壩址上游右岸的花坪河溝內(nèi)，距瀾滄江邊2 km，距壩址道路里程約4.5 km。受裂隙切割、卸荷風(fēng)化作用，料場(chǎng)內(nèi)小規(guī)模的危巖、崩塌體等物理地質(zhì)現(xiàn)象普遍發(fā)育。

(2) 料場(chǎng)巖性

地質(zhì)測(cè)繪及平洞資料顯示，料場(chǎng)基巖巖性為白堊系景星組板巖和石英砂巖，巖層產(chǎn)狀走向近SN，傾角75°～85°。板巖和石英砂巖以不等厚互層狀分布，料場(chǎng)僅見(jiàn)1層石英砂巖，層厚25 m，且其中夾2條灰黑色板巖條帶，厚度分別為0.7、2 m。料場(chǎng)其余部分均為粉砂質(zhì)板巖，淺綠灰色，細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由石英70%、長(zhǎng)石30%和少量巖屑、白云母組成。

(3) 料場(chǎng)質(zhì)量

根據(jù)室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)及巖相法分析成果，花坪河石料場(chǎng)石英砂巖除具有潛在堿活性外，其他指標(biāo)滿足混凝土人工骨料要求。

(4) 料場(chǎng)儲(chǔ)量

料場(chǎng)總開(kāi)采量為110×104m3，剝離層平均厚度按15 m考慮，則有用料可開(kāi)采量為45×104m3，剝采比為1.44。按料場(chǎng)勘察儲(chǔ)量為混凝土骨料用量1.5倍考慮，該料場(chǎng)儲(chǔ)量不滿足工程需求。

(5) 料場(chǎng)開(kāi)采運(yùn)輸條件

花坪河料場(chǎng)距離壩址區(qū)較近，但沒(méi)有公路相通，只有沿花坪河的人行便道可以出入，運(yùn)輸條件差。同時(shí)，由于砂巖石料嵌夾于陡傾角的板巖之中，后期開(kāi)采難度大，棄料率高；由于邊坡較陡，料場(chǎng)開(kāi)采過(guò)程中必然形成高邊坡，受裂隙切割及風(fēng)化卸荷作用，人工邊坡存在局部失穩(wěn)的可能。綜上，花坪河料場(chǎng)開(kāi)采運(yùn)輸條件差。

2.2干筆河石料場(chǎng)

(1) 料場(chǎng)地貌

該料場(chǎng)位于壩址下游4.4 km處的瀾滄江右岸，六庫(kù)至蘭坪公路旁干筆河右岸，成長(zhǎng)條形展布，開(kāi)采范圍為長(zhǎng)約450 m、寬100 m的單薄山梁。干筆河一側(cè)地形陡峻，多陡崖分布，基巖裸露，坡度約為75°～80°；靠近公路側(cè)地形較緩，坡度30°～50°，地面高程1 425.00～1 640.00 m。

(2) 料場(chǎng)巖性

料場(chǎng)基巖巖性為白堊系景星組板巖和石英砂巖，巖層走向近SN，傾角75°～85°。石英砂巖和板巖以不等厚分布，石英砂巖段分布于干筆河河邊，層厚31 m，其余均為板巖。板巖易沿板理面或微裂隙破壞，抗壓強(qiáng)度低，不宜作為骨料使用。石英砂巖無(wú)強(qiáng)風(fēng)化層，弱風(fēng)化層厚約2 m，裂隙比較發(fā)育，多有黃褐色銹蝕，起伏粗糙，厚度一般為5～10 m，層面裂隙以硬性結(jié)構(gòu)面為主，無(wú)充填，局部有石英脈發(fā)育。

(3) 料場(chǎng)質(zhì)量

料場(chǎng)石英砂巖的干密度平均2.66 g/cm3，飽和抗壓強(qiáng)度平均87.5 MPa，具有潛在堿活性。干筆河料場(chǎng)巖石質(zhì)量除堿活性指標(biāo)外，其他指標(biāo)滿足混凝土人工骨料要求。板巖不滿足規(guī)范要求。

(4) 料場(chǎng)儲(chǔ)量

根據(jù)計(jì)算，料場(chǎng)總儲(chǔ)量約80×104m3，其中可開(kāi)采有用石英砂巖料儲(chǔ)量約50×104m3，無(wú)用層體積30×104m3，剝采比為0.6，且石料嵌夾于陡傾角的板巖之中，開(kāi)采難度大，從儲(chǔ)量上不能滿足工程要求。

(5) 料場(chǎng)開(kāi)采運(yùn)輸條件

干筆河料場(chǎng)有六庫(kù)至蘭坪公路與壩址相通，位于壩址下游4.4 km處，交通方便，因此考慮做為前期工程的骨料開(kāi)采料源。料場(chǎng)有用層位于干筆河一側(cè)，隨著開(kāi)挖的深入，必然形成高陡邊坡，施工開(kāi)挖時(shí)需對(duì)危巖體及時(shí)觀測(cè)、處理。

2.3營(yíng)盤石料場(chǎng)

(1) 料場(chǎng)地貌

該料場(chǎng)為高山地形，岸坡高陡，總體坡度40°～55°，地面高程1 460.00～1 780.00 m，高差320 m。開(kāi)采區(qū)下游側(cè)有一緩坡凹地，地形坡度20°～30°。山體表部覆蓋層較薄，一般厚度1～3 m，局部有崩坡積碎塊石土。

(2) 料場(chǎng)巖性

基巖巖性為三疊系小定西組變質(zhì)玄武巖、青盤巖化玄武巖、青盤巖及蝕變輝綠巖，新鮮巖石呈灰綠色、灰色或紫紅色。

(3) 料場(chǎng)質(zhì)量

巖石物理力學(xué)試驗(yàn)成果表明，石料飽和抗壓強(qiáng)度平均為83.2 MPa，屬堅(jiān)硬巖類，滿足混凝土骨料要求。

料場(chǎng)石料取樣4組采用砂漿棒快速法進(jìn)行堿活性試驗(yàn)，3組巖石具有潛在堿活性，巖性主要為蝕變粗玄巖、綠簾石青盤巖。強(qiáng)蝕變玄武巖不具堿活性。

骨料堿活性抑制試驗(yàn)表明，摻粉煤灰具有較顯著的骨料堿活性抑制作用。設(shè)計(jì)齡期的混凝土的試驗(yàn)結(jié)果可知，各部位混凝土抗壓強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)要求?；炷疗渌麩?、力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果均正常，符合一般規(guī)律[4-7]。

(4) 料場(chǎng)儲(chǔ)量

料場(chǎng)有用層儲(chǔ)量為2 142.3萬(wàn)m3，剝離量360.5萬(wàn)m3，剝采比1∶5.94。

(5) 料場(chǎng)開(kāi)采運(yùn)輸條件

料場(chǎng)距壩址區(qū)有公路與“瀾滄江上游沿江公路”和壩址相通，交通較為便利，但運(yùn)距較遠(yuǎn)，約30 km。料場(chǎng)呈長(zhǎng)條形沿江展布，開(kāi)采區(qū)地形陡峻，開(kāi)采條件較差。開(kāi)采區(qū)下游側(cè)為緩坡凹地，可布置石料加工系統(tǒng)。

2.4大格拉石料場(chǎng)

(1) 料場(chǎng)地貌

大格拉石料為2座孤立的山峰，山峰為裸露基巖，2座孤立山峰之間有一凹槽地形，凹槽寬35～45 m。東側(cè)山峰東、南兩面臨空，北側(cè)為一丫口，丫口連接另外一座孤峰，丫口高程2 165.00 m，西側(cè)山峰西、北、南三面臨空。2座孤立山峰的臨空面均為陡壁，陡壁分布高程1 950.00～2 240.00 m，陡壁以下地形相對(duì)較緩，地形坡度一般為20°～35°。

(2) 料場(chǎng)巖性

料場(chǎng)出露地層為石炭系下統(tǒng)石登組上段、二迭系上統(tǒng)下段及第四系坡積層、崩積層，料場(chǎng)巖石主要為砂巖。

(3) 料場(chǎng)質(zhì)量

巖石物理力學(xué)性能試驗(yàn)成果表明，巖石平均抗壓強(qiáng)度74.29 MPa，屬堅(jiān)硬類巖石，滿足混凝土骨料要求。

對(duì)料場(chǎng)灰?guī)r料堿活性試驗(yàn)評(píng)定為具有潛在危害性反應(yīng)骨料，但屬于非活性堿—碳酸鹽反應(yīng)骨料。

骨料堿活性抑制試驗(yàn)表明，摻入宣威Ⅱ級(jí)灰時(shí)，試件14、28 d砂膨脹率小于0.1%，對(duì)應(yīng)齡期的膨脹率降低在90%以上，膨脹率降低效果顯著。設(shè)計(jì)齡期的混凝土的試驗(yàn)結(jié)果可知，各部位混凝土抗壓強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)要求;其他熱、力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果均正常，符合一般規(guī)律。

(4) 料場(chǎng)儲(chǔ)量

料場(chǎng)規(guī)劃開(kāi)采總量為1 693.4萬(wàn)m3，其中有用料儲(chǔ)量為1 174.5萬(wàn)m3，剝離量為518.9萬(wàn)m3，剝采比為1∶2.26。

(5) 料場(chǎng)開(kāi)采運(yùn)輸條件

大格拉料場(chǎng)位于大華橋水電站上游63 km處。從沿江公路至主料場(chǎng)附近修建料場(chǎng)開(kāi)采公路，公路等級(jí)為水電工程三級(jí)，公路長(zhǎng)3.4 km，路面寬8.0 m，路基寬9.5 m，泥結(jié)碎石路面。

根據(jù)料場(chǎng)地形條件，料場(chǎng)開(kāi)采從南面進(jìn)入開(kāi)采面。石料開(kāi)采采用自上而下、由外至內(nèi)梯段爆破，潛孔鉆鉆孔，推土機(jī)集料。系統(tǒng)粗碎車間布置在料場(chǎng)開(kāi)采區(qū)高程1 940.00 m以下的地下洞室內(nèi)，開(kāi)采料經(jīng)豎井進(jìn)入粗碎車間加工后通過(guò)膠帶機(jī)運(yùn)輸至半成品堆料場(chǎng)。

料場(chǎng)開(kāi)采運(yùn)輸條件較好，但運(yùn)距較遠(yuǎn)。

3料源比選

根據(jù)勘察的4個(gè)料源情況[1-3]，在技術(shù)可行性的范圍內(nèi)，擬定以下3個(gè)方案進(jìn)行比較。

方案1：大格拉灰?guī)r料源方案；

方案2：營(yíng)盤玄武巖料源方案；

方案3：花坪河、干筆河砂巖料源+營(yíng)盤玄武巖料源方案。

3.1技術(shù)比較

(1) 方案1：大格拉灰?guī)r料源方案

大格拉料場(chǎng)基巖巖性為石炭系下統(tǒng)石登組灰?guī)r，質(zhì)量滿足混凝土骨料的各項(xiàng)技術(shù)要求，儲(chǔ)量可同時(shí)滿足黃登、大華橋工程需用量。料場(chǎng)到大華橋水電站運(yùn)輸距離為63 km，相對(duì)較遠(yuǎn)。

從工程進(jìn)度分析，黃登水電站工程大格拉料場(chǎng)和梅沖河砂石加工系統(tǒng)已經(jīng)于2011年7月正式投產(chǎn)。大華橋水電站初步計(jì)劃于2014年11月截流，2015年3月開(kāi)始圍堰施工，攔河壩墊層混凝土在2015年5月澆筑，壩身碾壓混凝土在2015年10月開(kāi)始澆筑。因此，梅沖河砂石加工系統(tǒng)投產(chǎn)時(shí)間可以滿足大華橋水電站攔河壩及導(dǎo)流圍堰混凝土澆筑需要。

梅沖河砂石加工系統(tǒng)投產(chǎn)前，大華橋水電站臨建工程尚有約16.45萬(wàn)m3混凝土及噴混凝土施工，考慮開(kāi)采干筆河石料場(chǎng)石英砂巖，由干筆河砂石加工系統(tǒng)加工供應(yīng)。

在技術(shù)可行性的范圍內(nèi)，經(jīng)初步分析，在料源比選中以運(yùn)輸梅沖河成品骨料作為代表性方案參與比選。

(2) 方案2：營(yíng)盤玄武巖料源方案

營(yíng)盤料場(chǎng)巖性為變質(zhì)玄武巖，儲(chǔ)量滿足工程需用量，運(yùn)輸距離相對(duì)較近；變質(zhì)玄武巖在砂漿棒快速法試驗(yàn)中檢驗(yàn)出存在堿活性，抑制骨料堿活性試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)摻和粉煤灰可有效抑制骨料堿活性。

從工程進(jìn)度分析，由于料場(chǎng)開(kāi)采及砂石加工系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模相對(duì)較小，料場(chǎng)及砂石加工系統(tǒng)需要的籌建工期較短，可在大華橋水電站準(zhǔn)備期建成投產(chǎn)，滿足本工程前期建設(shè)項(xiàng)目的混凝土骨料需要，同時(shí)便于工程建設(shè)合同管理。

(3) 方案3：花坪河、干筆河砂巖料源+營(yíng)盤玄武巖料源方案

方案3采用花坪河、干筆河和營(yíng)盤石料場(chǎng)聯(lián)合開(kāi)采，花坪河石料場(chǎng)和干筆河石料場(chǎng)雖然運(yùn)距近，但由于其可采砂巖有用量不滿足本階段設(shè)計(jì)需用量要求，且棄料量大、開(kāi)采條件相對(duì)較差，難以滿足混凝土澆筑需要，不足部分原巖料仍需采自營(yíng)盤石料場(chǎng)。

(4) 灰?guī)r與玄武巖拌制混凝土性能比較

根據(jù)已有的試驗(yàn)成果及參考同種巖石骨料工程混凝土試驗(yàn)成果對(duì)比分析，玄武巖與灰?guī)r作為骨料拌制混凝土存在如下差異[8-11]。

1) 玄武巖強(qiáng)度高，加工時(shí)易產(chǎn)生針片狀而導(dǎo)致粒形稍差。玄武巖屬于噴出型巖漿巖，內(nèi)部存在較多的閉口小氣孔，吸水率較大且吸水過(guò)程漫長(zhǎng)，骨料吸水會(huì)使得砂漿不斷失水，從而增大混凝土的自收縮和干縮。玄武巖混凝土彈性模量高、變形大、熱物理性能不佳，不利于大壩混凝土的體積穩(wěn)定性。因此由玄武巖拌制的混凝土的溫控措施要求較嚴(yán)。

2) 灰?guī)r強(qiáng)度適中、易于加工、骨料粒形好。相對(duì)于玄武巖混凝土，灰?guī)r混凝土抗拉強(qiáng)度高、干縮較低、熱物理及體積穩(wěn)定性好，可降低大體積混凝土施工過(guò)程中溫控費(fèi)用，是人工骨料的首選。

3.2經(jīng)濟(jì)比較

3個(gè)料源方案的投資比較見(jiàn)表1。

方案3比方案1投資增加3 726.33萬(wàn)元，方案1與方案2投資相差不大，但由于方案1擴(kuò)大了梅沖河砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模，使黃登水電站成品骨料單價(jià)降低，因此，將大華橋和黃登水電站混凝土骨料生產(chǎn)綜合考慮。依據(jù)黃登水電站設(shè)計(jì)資料，進(jìn)一步進(jìn)行以下2個(gè)方案進(jìn)行綜合比較。

(1) 黃登水電站和大華橋水電站同時(shí)采用大格拉灰?guī)r料場(chǎng)加工骨料方案(方案a)；

(2) 黃登水電站利用大格拉灰?guī)r骨料、大華橋水電站利用營(yíng)盤料場(chǎng)玄武巖方案(方案b)。

其投資綜合比較見(jiàn)表2。

表1　大華橋工程各料源方案投資比較表　/萬(wàn)元

表2　營(yíng)盤料場(chǎng)與利用黃登水電站成品骨料方案投資比較表　/萬(wàn)元

大華橋水電站采用大格拉灰?guī)r骨料方案，可節(jié)省渣場(chǎng)防護(hù)、排水、料場(chǎng)臨時(shí)征地及移民、其他輔助設(shè)施等項(xiàng)投資，砂石加工系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用也有一定幅度的減少；同時(shí)，梅沖河砂石加工系統(tǒng)加大生產(chǎn)規(guī)模后可降低成品骨料加工單價(jià)。

經(jīng)綜合比較[1]，方案a，總投資為107 217萬(wàn)元；方案b，總投資為110 833萬(wàn)元。方案a可減少投資約3 616萬(wàn)元，其中大華橋水電站投資減少344萬(wàn)元，黃登水電站投資減少3 272萬(wàn)元。

4料源選擇

(1) 3個(gè)料源方案，石料儲(chǔ)量均可滿足工程需用量，方案1與方案2開(kāi)采條件相當(dāng)，方案3較差。

(2) 營(yíng)盤玄武巖及大格拉灰?guī)r，均具有潛在堿活性，經(jīng)抑制骨料堿活性效能試驗(yàn)，均滿足混凝土骨料質(zhì)量要求。

(3) 營(yíng)盤料場(chǎng)方案，料場(chǎng)開(kāi)采及砂石加工系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模相對(duì)較小，料場(chǎng)及砂石加工系統(tǒng)籌建及建廠工期較短，可在準(zhǔn)備期內(nèi)建成投產(chǎn)，滿足前期建設(shè)項(xiàng)目的混凝土骨料需要；大格拉料源方案，砂石加工系統(tǒng)建設(shè)需要協(xié)調(diào)大華橋及黃登工程的施工進(jìn)度，以滿足大華橋水電站混凝土澆筑需要。

(4) 大格拉料源方案，骨料為灰?guī)r，拌制的混凝土極限拉伸值、干縮等變形性能與玄武巖拌制的混凝土相比具有一定優(yōu)勢(shì)。加工過(guò)程中的石粉含量可調(diào)性較玄武巖好，更有利于攔河壩混凝土溫控。

(5) 開(kāi)采大格拉料場(chǎng)運(yùn)輸成品骨料方案，成品料運(yùn)輸經(jīng)“瀾滄江上游沿江公路”黃登至大華橋段，此段公路需在大華橋水電站主體工程開(kāi)工前投運(yùn)(已于2013年10月順利通過(guò)交工驗(yàn)收)。

(6) 采用大格拉料源方案可減少施工占地，有利于環(huán)境保護(hù)。

(7) 采用大格拉料源方案比營(yíng)盤料源方案，綜合比較，大華橋和黃登水電站綜合投資可減少3 616萬(wàn)元，其中大華橋可減少344萬(wàn)元，黃登可減少3 272萬(wàn)元。

(8) 根據(jù)華能瀾滄江水電有限公司的整體規(guī)劃[1]，梅沖河砂石加工系統(tǒng)投產(chǎn)前，大華橋水電站臨建工程尚有約13.8萬(wàn)m3混凝土及噴混凝土，考慮開(kāi)采干筆河石料場(chǎng)石英砂巖，料場(chǎng)儲(chǔ)量及質(zhì)量滿足工程要求。

綜合比較，采用大格拉料源方案具有混凝土性能較好，可減少施工占地，有利環(huán)境保護(hù)及節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)。因此，推薦大華橋水電站采用大格拉灰?guī)r作為主體工程混凝土骨料料源(運(yùn)成品骨料)，干筆河料場(chǎng)砂巖為前期臨建工程混凝土骨料料源。

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Selection of Sources of Artificial Aggregate for Concrete of Dahuaqiao Hydropower Project

LI Ke, DUAN Daqi, CUI Xianshu

(Beijing Engineering Corporation Limited, Beijing100024,China)

Abstract:In terms of technology and cost, Dagala limestone source, Yingpan basalt source and sandstone source in the Huapinghe and the Ganbihe plus Yingpan basalt source to be shared by both Dahuaqiao Hydropower Project and Huangdeng Hydropower Project are compared and analyzed. Through comparison and analysis, application of the Dagela aggregate source features good concrete performance, little land occupation, environment protection benefit and lower cost. Therefore, it recommends that both Dahuaqiao Hydropower Project and Huangdeng Hydropower Project share Dagala limestone source.Key words:concrete; aggregate; material source; Dagela limestone; Yingpan basalt

文章編號(hào)：1006—2610(2016)03—0056—05

收稿日期：2015-12-31

作者簡(jiǎn)介：李柯(1988- )，男，山東省淄博市人，工程師，從事水電工程施工組織設(shè)計(jì)工作.

中圖分類號(hào)：TV42+2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.03.015