陳 旭 君， 寧 占 元

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

國(guó)際工程天然料制備反濾料質(zhì)量控制淺析

陳 旭 君， 寧 占 元

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

全球的大壩建設(shè)具有悠久的歷史，在在建或已建的大壩數(shù)量中土石壩占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。反濾料作為土石壩工程，特別是粘土心墻壩的重要填筑材料，用以防止?jié)B透破壞，保證大壩的安全運(yùn)行，要求其具有合理的顆粒級(jí)配、良好的透水性、質(zhì)地致密堅(jiān)硬、具有高抗水性和抗風(fēng)化能力。反濾料的生產(chǎn)質(zhì)量關(guān)乎大壩質(zhì)量和安全，如何生產(chǎn)出合格、優(yōu)質(zhì)的反濾料需要不斷探索和鉆研。對(duì)蘇丹上阿特巴拉項(xiàng)目大壩主體工程反濾料的生產(chǎn)質(zhì)量控制等進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

國(guó)際工程；土石壩；天然料；反濾料制備；質(zhì)量控制；上阿特巴拉大壩

1 概 述

上阿特巴拉大壩樞紐工程位于蘇丹東南部，距首都喀土穆公路距離約460 km，距蘇丹港約700 km，位于UPPER ATBARA RIVER 和SETIT RIVER交匯處上游約20 km。C1-A標(biāo)主要由左右岸土堤、左右岸土石壩、河床心墻壩、溢洪道及廠房等組成。大壩總長(zhǎng)6 316 m，安裝4臺(tái)、單機(jī)容量為4萬(wàn)kW的混流式機(jī)組，總裝機(jī)容量16萬(wàn)kW。主要工程量包括：土石方開(kāi)挖377萬(wàn)m3，土石方填筑467萬(wàn)m3，混凝土41.6萬(wàn)m3。大壩填筑反濾料標(biāo)記為3 a反濾料，設(shè)計(jì)填筑工程量為27.84萬(wàn)m3。招投標(biāo)文件質(zhì)量要求中的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 反濾料3a質(zhì)量要求技術(shù)參數(shù)表

2 系統(tǒng)改造和運(yùn)行質(zhì)量控制

由于處于工程前期，招投標(biāo)階段對(duì)整個(gè)項(xiàng)目料場(chǎng)的勘探和研究不足，在根據(jù)招投標(biāo)要求系統(tǒng)建成后綜合研究砂礫石料源情況時(shí)發(fā)現(xiàn)：毛料中粒徑0～5 mm砂料中粒徑<0.5 mm的顆粒含量平均達(dá)到63%(其中最好的RU2-QG料場(chǎng)為59.1%，最差的RU1-QG料場(chǎng)為69.4%)。按照傳統(tǒng)的篩分工藝無(wú)法滿足工程師要求的3 a反濾料級(jí)配要求(表1)。系統(tǒng)運(yùn)行中，我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行了反復(fù)實(shí)驗(yàn)和摸索，通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化反濾料生產(chǎn)工藝，充分利用篩分設(shè)備的設(shè)計(jì)原理，結(jié)合砂礫石料物理特性和水力學(xué)特點(diǎn)，對(duì)洗砂機(jī)的工作狀況實(shí)施改造，新增了直線脫水篩用于3 a篩分，剔除了粒徑<0.5 mm的細(xì)砂、同時(shí)脫水，以確保3 a反濾料質(zhì)量滿足要求。

2.1 原反濾料生產(chǎn)工藝

原反濾料生產(chǎn)工藝見(jiàn)圖1。天然開(kāi)采場(chǎng)的毛料由自卸車(chē)運(yùn)至半成品料場(chǎng)，在經(jīng)過(guò)了預(yù)篩分和主篩分車(chē)間的篩分后，砂進(jìn)入洗砂機(jī)沖洗，直接形成反濾料的成品。

圖1 原反濾料生產(chǎn)工藝圖

這種生產(chǎn)工藝高度依賴(lài)螺旋分級(jí)機(jī)(洗砂機(jī))的分級(jí)能力。項(xiàng)目首先采用RU2-QG的毛料進(jìn)行生產(chǎn)，該毛料場(chǎng)的料源中3 a反濾料的勘探結(jié)果顯示為最好(59%)，生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)為118 t/h,實(shí)際生產(chǎn)能力測(cè)量為77 t/h。生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表2。

表2 原生產(chǎn)工藝生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該設(shè)計(jì)根本無(wú)法達(dá)到3 a反濾料的級(jí)配要求。螺旋洗砂機(jī)的工作原理：砂子進(jìn)入洗砂機(jī)后，水流在尾部形成沖洗的紊流，顆粒粒徑小的物質(zhì)懸浮在上部并在溢流面隨廢水流走，顆粒大的砂子迅速下沉至底部，由螺旋狀葉片將沉積下來(lái)的砂子向洗砂機(jī)頭部推移，并在無(wú)水淹沒(méi)的葉片段脫水進(jìn)入膠帶機(jī)后被運(yùn)至料場(chǎng)堆存(圖2)。該原理顯示：沖洗分級(jí)段的水流流速和深度對(duì)分級(jí)效果起主要作用，因此，洗砂機(jī)的尾部溢流水位高程和沖洗水量對(duì)分級(jí)的效果起到了一定的作用。調(diào)整溢流水位和沖洗水壓及水量是下一步技術(shù)改造的重點(diǎn)。

圖2 螺旋洗砂機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.2 工藝的改進(jìn)和優(yōu)化

(1)螺旋洗砂機(jī)的溢流水位和水量調(diào)節(jié)。

假定洗砂機(jī)的設(shè)計(jì)水位高程為0 m,現(xiàn)以+0.1 m，0 m，-0.1 m，-0.2 m為研究對(duì)象，并在洗砂機(jī)中部加裝沖洗水管，在系統(tǒng)處理能力一定時(shí)，即系統(tǒng)處理總產(chǎn)量為300 t/h時(shí)(每臺(tái)洗砂機(jī)承擔(dān)75 t/h的毛料處理能力)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)果是溢流面水位越低，洗砂機(jī)分級(jí)效果越好，越易剔除粒徑小于0.5 mm的細(xì)砂，提高3 a反濾料的品質(zhì)；同理，沖洗水量越大，越易剔除反濾料中的細(xì)顆粒，也能提高3 a反濾料的品質(zhì)(圖3)。

同時(shí)，因?yàn)樵谝缌魉粸?.1 m(即溢流面水位在設(shè)計(jì)溢流面之上0.1 m)時(shí)，經(jīng)常發(fā)生因洗砂機(jī)中砂量太大而導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱、制動(dòng)停止的情況。在綜合考慮系統(tǒng)產(chǎn)能要求及安全生產(chǎn)后，不再研究溢流水位高于設(shè)計(jì)水位的情況。

圖3 螺旋洗砂機(jī)沖洗水量與溢流水位調(diào)節(jié)關(guān)系圖

通過(guò)對(duì)篩分工藝進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：螺旋洗砂機(jī)的溢流水位高程及沖洗水量的調(diào)節(jié)對(duì)反濾料中粒徑小于0.5 mm的細(xì)砂含量的調(diào)節(jié)有一定效果，最優(yōu)狀況為工況3∶53%，最差 狀 況 為 工 況 7∶55.5%，兩者之間相差2.5%。但是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示為不合格，故只通過(guò)調(diào)節(jié)溢流水位及沖洗水量是無(wú)法在毛料細(xì)砂含量相當(dāng)高的客觀條件下達(dá)到生產(chǎn)要求的，需要繼續(xù)通過(guò)采取一定的生產(chǎn)工藝對(duì)反濾料進(jìn)行再次篩分。

(2) ZKR1437H直線脫水篩(篩孔1×100 mm長(zhǎng)條孔)的安裝和調(diào)節(jié)。

為了對(duì)螺旋洗砂機(jī)生產(chǎn)的3 a反濾料進(jìn)行再次篩分，項(xiàng)目部決定安裝一臺(tái)直線脫水篩ZKR1437H，其設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 ZKR1437H 直線脫水篩技術(shù)參數(shù)表

系統(tǒng)生產(chǎn)3 a反濾料的工藝調(diào)整情況見(jiàn)圖4。

圖4 工藝調(diào)整圖

通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng)工藝，系統(tǒng)增加了兩條膠帶機(jī)對(duì)3 a反濾料進(jìn)行再次篩分，以剔除3 a反濾料中粒徑小于0.5 mm的砂顆粒并脫水。將直線脫水篩的安裝傾角從-5°到+5°進(jìn)行調(diào)整，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：度數(shù)從負(fù)到正依次增大，篩分產(chǎn)量越大，篩分效率越低，不利于剔除反濾料中粒徑小于0.5 mm的顆粒，因此，將直線脫水篩的安裝角度確定為-5°，以充分提高篩分效率。

系統(tǒng)改進(jìn)完成后進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，并對(duì)生產(chǎn)出的成品3 a反濾料進(jìn)行取樣和實(shí)驗(yàn)，得到的數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

由表4可以看出：在洗砂機(jī)生產(chǎn)出的3 a反濾料級(jí)配不合格的情況下，經(jīng)過(guò)直線脫水篩篩分、脫水后，明顯減小了粒徑小于0.5 mm的細(xì)砂含量，說(shuō)明之前的技術(shù)攻關(guān)方向是正確的。但是，同樣由產(chǎn)量和級(jí)配情況可以看出：產(chǎn)量越小，直線脫水篩的再次篩分效果越好。因此，產(chǎn)量和級(jí)配的矛盾變得更加明顯。為了驗(yàn)證以上結(jié)論的正確性，項(xiàng)目部連續(xù)數(shù)日對(duì)直線脫水篩生產(chǎn)的3 a反濾料進(jìn)行了取樣和實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線(圖5)顯示：直線脫水篩用于3 a反濾料的再次篩分具有明顯的效果，能夠大幅度降低反濾料中粒徑小于0.5 mm顆粒的含量，有利于提高反濾料質(zhì)量。系統(tǒng)給料越小，3 a反濾料的產(chǎn)量越低，直線脫水篩的篩分通過(guò)率越高，得到的成品反濾料中粒徑<0.5 mm的顆粒含量越低，產(chǎn)品質(zhì)量越好。但是，由于直線脫水篩ZKR1437的設(shè)計(jì)處理能力為60 t左右，因此，圖5中的曲線表現(xiàn)為波動(dòng)較大，當(dāng)產(chǎn)量為90 t左右時(shí)，成品反濾料的質(zhì)量不能保持合格。當(dāng)產(chǎn)量降低為80 t后，成品料的質(zhì)量大部分能夠保證合格，但同樣具有一定的波動(dòng)性，這與技術(shù)攻關(guān)的目標(biāo)(粒徑小于0.5 mm的砂粒含量控制在35%～40%)依然具有一定的差距。于是，項(xiàng)目部決定增加噴淋水對(duì)3a反濾料進(jìn)行沖洗。

(3)直線脫水篩噴淋水系統(tǒng)的安裝和調(diào)節(jié)。

在直線脫水篩上安裝噴淋水系統(tǒng)的原因：因?yàn)橹本€脫水篩本身的功能為脫水并能夠篩分出一定量的、比篩孔直徑小的細(xì)顆粒，且物料前進(jìn)方式為直線型，物料流量較大時(shí)存在上層物料根本無(wú)法與篩網(wǎng)接觸的情況，通過(guò)采用噴淋水對(duì)3 a反濾料進(jìn)行沖洗，可以使砂粒在篩網(wǎng)上充分翻滾，使整個(gè)物料斷面上層和下層都充分與篩網(wǎng)接觸，以有效篩分、分離出粒徑<0.5 mm的細(xì)顆粒，同時(shí)進(jìn)一步降低了成品骨料的含泥量。

在增加了噴淋水系統(tǒng)之后，生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)取樣和實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表4 ZKR1437H直線脫水篩3 a反濾料實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表5 ZKR1437H直線脫水篩效果檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

圖5 直線脫水篩再次篩分結(jié)果曲線圖說(shuō)明：(1)樣本1-4為洗砂機(jī)出來(lái)的、未經(jīng)再次篩分的3 a反濾料；(2)樣本5-14為經(jīng)直線脫水篩再次篩分后的成品3 a反濾料。

樣本號(hào)取樣部位系統(tǒng)3a產(chǎn)量t·h-1樣本干重/g粒徑<0.5mm細(xì)砂總質(zhì)量/g粒徑<0.5mm細(xì)砂率/%結(jié) 論11號(hào)洗砂機(jī)702390135657不合格22號(hào)洗砂機(jī)70130977859不合格33號(hào)洗砂機(jī)702514145058不合格4脫水篩下料斗70216693143合格5脫水篩下料斗70231693140合格6脫水篩下料斗702641113743合格7脫水篩下料斗70120649541合格8脫水篩下料斗70193378140合格9脫水篩下料斗703300151946合格10脫水篩下料斗702851115541合格平均值未沖洗篩分57.95不合格平均值沖洗篩分后42.03合格

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：直線脫水篩增加噴淋水系統(tǒng)之后能夠有效改善3 a反濾料的質(zhì)量，粒徑小于0.5 mm的顆粒含量從58%降低到42%，達(dá)到標(biāo)書(shū)要求粒徑0.5 mm的顆粒含量要求，滿足現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理和施工要求。

噴淋水管路的布置情況見(jiàn)圖6、7。

圖6 脫水篩噴淋水系統(tǒng)側(cè)視圖

圖7 脫水篩噴淋水系統(tǒng)正視圖

噴淋水噴淋的位置及水量由閥門(mén)控制，噴淋的水壓力由加壓泵的開(kāi)關(guān)控制，噴淋水的調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)情況見(jiàn)表7。

表7 直線脫水篩噴淋系統(tǒng)水量調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

由表7可知，噴淋水的調(diào)節(jié)對(duì)反濾料的質(zhì)量產(chǎn)生了直接影響，噴淋水壓力越大、水量越大，生產(chǎn)出的反濾料的細(xì)顆粒含量越低，產(chǎn)品質(zhì)量越好，但其產(chǎn)量與之成反比，即產(chǎn)量越低，反之亦然。

該系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)至今，項(xiàng)目部共完成3 a反濾料生產(chǎn)合計(jì)31個(gè)堆，約4萬(wàn)m3。上阿特巴拉項(xiàng)目C1-A實(shí)驗(yàn)室共取樣70余個(gè)，合格率為100%。其級(jí)配曲線見(jiàn)圖8。

說(shuō)明：圖中兩條粗實(shí)線為合同要求的上下包絡(luò)線，其他為取樣級(jí)配線。圖8 上阿特巴拉C1-A標(biāo)實(shí)驗(yàn)室3 a反濾料實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

圖8表明，項(xiàng)目部通過(guò)增加直線脫水篩，實(shí)現(xiàn)了對(duì)3 a反濾料的級(jí)配有效控制，攻克了蘇丹地區(qū)因風(fēng)化嚴(yán)重、砂礫石毛料細(xì)顆粒含量極高對(duì)3 a反濾料生產(chǎn)帶來(lái)的巨大技術(shù)難題，保證了反濾料系統(tǒng)的順利生產(chǎn)運(yùn)行，反濾料質(zhì)量獲得了業(yè)主及監(jiān)理工程師的認(rèn)可。

3 結(jié) 語(yǔ)

此次系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)歷時(shí)11個(gè)月，得到了以下成果：在傳統(tǒng)篩分工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加直線脫水篩及附屬?lài)娏芩到y(tǒng)，以經(jīng)濟(jì)合理的最佳工況對(duì)剔除反濾料中的無(wú)用細(xì)砂成效顯著，可以有效降低3 a反濾料中粒徑<0.5 mm的細(xì)砂顆粒含量，大幅度提高反濾料的級(jí)配質(zhì)量，有利于提高土石壩填筑質(zhì)量，對(duì)國(guó)際土石壩工程中遇到砂礫石毛料中細(xì)砂含量極高的客觀條件提供了積極的應(yīng)對(duì)辦法，能夠指導(dǎo)類(lèi)似工程反濾料生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)行。

TV7;TV42

B

1001-2184(2017)06-0020-06

2017-10-18

陳旭君(1969-)，男，四川犍為人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

寧占元(1979-)，男，青海湟中人，高級(jí)工程師，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作.

李燕輝)

官地水電站通過(guò)達(dá)標(biāo)投產(chǎn)驗(yàn)收

10月14日至18日，中國(guó)電力建設(shè)企業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)官地水電站進(jìn)行了達(dá)標(biāo)投產(chǎn)驗(yàn)收，同意官地水電站通過(guò)驗(yàn)收。中國(guó)電建成都院公司的有關(guān)水工、機(jī)電等專(zhuān)業(yè)人員參加了驗(yàn)收會(huì)。

達(dá)標(biāo)投產(chǎn)驗(yàn)收專(zhuān)家組檢查了官地水電站職業(yè)健康安全與環(huán)境管理、水工建筑工程質(zhì)量、工業(yè)建筑工程質(zhì)量、機(jī)電設(shè)備安裝工程質(zhì)量、金屬結(jié)構(gòu)安裝工程質(zhì)量、調(diào)整試驗(yàn)與主要技術(shù)指標(biāo)、工程綜合管理與檔案七個(gè)部分的458個(gè)主控項(xiàng)目和887個(gè)一般項(xiàng)目，認(rèn)為官地水電站水工、建筑工程質(zhì)量符合達(dá)標(biāo)投產(chǎn)的各項(xiàng)條件，機(jī)組技術(shù)指標(biāo)、各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，金屬結(jié)構(gòu)安裝滿足設(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目檔案分類(lèi)合理、收集齊全、整理規(guī)范，環(huán)境保護(hù)工作成效顯著。

官地水電站4×600兆瓦工程于2010年9月通過(guò)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)核準(zhǔn)。于2012年3月31日、5月31日和11月19日1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)機(jī)組分別建成投產(chǎn)，2013年3月31日，最后一臺(tái)機(jī)組(4號(hào)機(jī)組)發(fā)電。截止2017年9月底，4臺(tái)機(jī)組已發(fā)電約540億千瓦·時(shí)，電力銷(xiāo)售達(dá)180億元。

官地水電站達(dá)標(biāo)投產(chǎn)專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)是成都院公司承擔(dān)的第一個(gè)達(dá)標(biāo)投產(chǎn)設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)人員通過(guò)專(zhuān)家咨詢、規(guī)程研讀、資料匯總提煉、同類(lèi)型工程調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)梳理、專(zhuān)項(xiàng)論證等一系列工作的開(kāi)展，最終形成了《官地水電站達(dá)標(biāo)投產(chǎn)專(zhuān)題報(bào)告》和《質(zhì)量、批標(biāo)和細(xì)節(jié)效果整改清單》，并編制完成了《雅礱江流域水電工程達(dá)標(biāo)投產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化手冊(cè)》。