張萬(wàn)軍
(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,新疆 烏魯木齊 830000)
AETS水利樞紐工程常規(guī)混凝土及噴護(hù)混凝土總量約127.96萬(wàn)m3,其中籌建準(zhǔn)備期混凝土總量14.38萬(wàn)m3,主體工程施工期113.58萬(wàn)m3,根據(jù)樞紐布置,主體工程施工期可將混凝土供應(yīng)范圍分為樞紐施工區(qū)和廠房施工區(qū),樞紐施工區(qū)包括大壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔、生態(tài)電站和發(fā)電洞上半段等,廠房施工區(qū)包括廠房及引水發(fā)電洞后半段,樞紐施工區(qū)混凝土總量約為82.55萬(wàn)m3,廠房施工區(qū)混凝土總量約為31.03萬(wàn)m3。工程混凝土需用量大,骨料單價(jià)對(duì)工程投資影響較大,料場(chǎng)選擇及開(kāi)采方式對(duì)工程施工尤為重要。本文結(jié)合工程基本情況,對(duì)工程混凝土骨料場(chǎng)的選擇與平衡進(jìn)行分析探討。
經(jīng)探查,有5個(gè)天然砂礫石料場(chǎng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。建筑物石方開(kāi)挖料大部分為白云巖及灰?guī)r,滿(mǎn)足混凝土骨料質(zhì)量要求[1-3]??紤]開(kāi)采、運(yùn)輸、堆存、回采和運(yùn)輸?shù)葥p失,預(yù)計(jì)可回采方量約80萬(wàn)m3。
C1料場(chǎng)位于壩址上游左岸,距壩址3 km~4 km,為河漫灘和Ⅰ級(jí)階地,地形開(kāi)闊,長(zhǎng) 1000 m,寬180 m~250 m,面積0.2 km2。巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。
C2料場(chǎng)位于壩址上游左岸,距壩址0.8 km~1.5 km,為河漫灘和Ⅰ級(jí)階地,地形呈向南傾斜的緩坡,長(zhǎng)800 m,寬200 m~300 m,產(chǎn)地面積0.2 km2。巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。
C3該料場(chǎng)為砂礫石主料場(chǎng),位于兩岸河灘及Ⅰ級(jí)階地,距壩址1.5 km~7.8 km,料場(chǎng)沿河呈條帶狀分布,長(zhǎng)7400 m,寬230 m~550 m,面積4.0 km2,巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。該料場(chǎng)大部分位于河漫灘,7、8月份洪水期均位于水下。
C4料場(chǎng)位于兩岸河灘及Ⅰ級(jí)階地,距壩址7.8 km~15 km,料場(chǎng)沿河呈條帶狀分布,長(zhǎng)7400 m,寬230 m~550 m,面積3.7 km2,巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。該料場(chǎng)大部分位于河漫灘,地下潛水位埋深淺,7、8月份洪水期均位于水下。
C5料場(chǎng)料場(chǎng)位于廠房下游左岸河漫灘及Ⅰ級(jí)階地,料場(chǎng)沿河呈彎曲的窄條帶狀分布,長(zhǎng)880 m,平均寬300 m,面積0.26 km2,為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。該料場(chǎng)大部分位于河漫灘,7、8月份洪水期均位于水下。
根據(jù)地質(zhì)試驗(yàn)成果,各砂礫石料場(chǎng)儲(chǔ)量特性表見(jiàn)表1;砂礫石質(zhì)量情況分析見(jiàn)表2。
表1 天然建筑材料料場(chǎng)特性表
表2 砂礫石料場(chǎng)質(zhì)量分析表
各建筑物混凝土級(jí)配選擇首先應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度指標(biāo)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,同時(shí)還應(yīng)考慮施工工藝,便于運(yùn)輸、澆筑及振搗。通常而言,多級(jí)配混凝土因消耗水泥少而單價(jià)低,因此大體積混凝土(如閘井混凝土和回填混凝土等)采用三級(jí)配,以減少水泥用量,降低水化熱,減少混凝土成本;對(duì)于一些薄壁鋼筋混凝土及泵送混凝土(如洞襯混凝土及防滲墻等)宜采用二級(jí)配,便于施工運(yùn)輸、澆筑及振搗;噴護(hù)混凝土均按一級(jí)配考慮[4-5]?;I建期及主體工程施工期各工區(qū)混凝土統(tǒng)計(jì)量見(jiàn)表3。
表3 籌建期及主體工程施工期各工區(qū)混凝土統(tǒng)計(jì)量 單位:萬(wàn)m3
按照水工建筑物混凝土設(shè)計(jì)要求和混凝土數(shù)量,選定各部位混凝骨料的級(jí)配,根據(jù)《水利建筑工程預(yù)算定額2002》中混凝土材料配合比及材料用量計(jì)算出各種粒徑骨料需要量。經(jīng)計(jì)算,各種骨料需要量見(jiàn)表4。
表4 混凝土骨料數(shù)量統(tǒng)計(jì)表
表5 各方案綜合對(duì)比表
籌建準(zhǔn)備期樞紐區(qū)主要施工導(dǎo)流洞、1#、2#交通洞及混凝土面板壩防滲墻等項(xiàng)目混凝土總量約14.38萬(wàn)m3。
由于C1和C2料場(chǎng)位于壩址上游,工程截流后汛期基本被淹沒(méi),故C1和C2料場(chǎng)不宜選作主體工程混凝土骨料料源,但可用作籌建準(zhǔn)備期項(xiàng)目的混凝土骨料料源。C1料場(chǎng)位于壩址上游左岸,距壩址3 km~4 km,C2料場(chǎng)位于壩址上游左岸0.8 km~1.5 km處。根據(jù)料場(chǎng)位置、級(jí)配及開(kāi)采條件,選擇較近的C2料場(chǎng)作籌建準(zhǔn)備期樞紐區(qū)施工項(xiàng)目的混凝土骨料場(chǎng)[6-7]。
3.2.1 樞紐施工區(qū)
主體工程施工期樞紐區(qū)主要建筑物有混凝土面板壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔、生態(tài)電站和發(fā)電洞上半段等,混凝土總量94.28萬(wàn)m3。工程截流后上游料場(chǎng)在汛期被淹,選擇位于壩址下游最近的C3料場(chǎng)為樞紐施工區(qū)混凝土骨料場(chǎng)。本工程樞紐施工區(qū)部分洞渣料及石方明挖料經(jīng)破碎后可作為混凝土骨料。
經(jīng)平衡計(jì)算,C3料場(chǎng)天然開(kāi)采獲得率僅34%左右,開(kāi)采獲得率較低,本階段對(duì)C3料場(chǎng)天然篩分+超徑石破碎補(bǔ)償方案和利用開(kāi)挖料破碎加工混凝土骨料兩個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選,比較結(jié)果見(jiàn)表5。
通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較,樞紐區(qū)混凝土骨料加工選擇C3料場(chǎng)天然篩分+超徑石破碎補(bǔ)償方案。
3.2.2 廠房施工區(qū)
廠房施工區(qū)主要建筑物有發(fā)電廠房和發(fā)電洞后半段等,混凝土總量31.03萬(wàn)m3。廠房施工區(qū)石方開(kāi)挖量42.76萬(wàn)m3,由地質(zhì)資料計(jì)算分析,僅14.31萬(wàn)m3石渣料可用作人工混凝土骨料,考慮到開(kāi)采、運(yùn)輸及存儲(chǔ)損耗,最終可制備約26萬(wàn)t混凝土骨料,占混凝土骨料總需求量30%,70%仍需由料場(chǎng)開(kāi)采加工,且現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中混料嚴(yán)重,甄別可用料困難。因此不考慮利用開(kāi)挖料破碎加工混凝土骨料。根據(jù)料場(chǎng)位置、交通及開(kāi)采條件,廠房施工區(qū)混凝土骨料可由C4料場(chǎng)、C5料場(chǎng)供應(yīng)。C4料分為兩個(gè)區(qū),1區(qū)主要分布在河道左側(cè),開(kāi)采需跨過(guò)主河床,交通布置困難。2區(qū)位于廠址對(duì)岸,料場(chǎng)開(kāi)采后勢(shì)必改變?cè)哟玻瑥亩顾涣髁筷P(guān)系發(fā)生變化,影響到廠房永久運(yùn)行。C5料場(chǎng)位于廠房下游河灘及Ⅰ級(jí)階地,無(wú)用層儲(chǔ)量4萬(wàn)m3,水上有用層儲(chǔ)量20萬(wàn)m3;水有用層儲(chǔ)量為90萬(wàn)m3。料場(chǎng)地勢(shì)平坦,交通便利,且料場(chǎng)開(kāi)采后對(duì)廠房永久運(yùn)行無(wú)影響,因此,廠房區(qū)混凝土骨料由C5料場(chǎng)供應(yīng)。經(jīng)平衡計(jì)算,C5料場(chǎng)天然開(kāi)采獲得率僅28%左右。因此選擇天然砂礫料篩分+超徑石破碎方案[8-9]。
C2-1區(qū)料場(chǎng)無(wú)用層厚度0~0.5 m,采用132 kW推土機(jī)平均推運(yùn)50 m清除。有用層采用2 m3挖掘機(jī)裝15 t自卸汽車(chē)運(yùn)至蓖條篩預(yù)篩,篩除大于80 mm的大石。小于80 mm混合料由皮帶機(jī)運(yùn)至振動(dòng)篩篩分出各級(jí)成品骨料,并將<5 mm的砂料由洗砂機(jī)清洗后運(yùn)至成品料堆。篩分廠處理能力200 t/h。
料場(chǎng)覆蓋層清除量為2.13萬(wàn)m3,開(kāi)采天然砂礫料約72.39萬(wàn)t,加工成品骨料41.54萬(wàn)t,其中礫石27.35萬(wàn)t,砂14.19萬(wàn)t。C2混凝土骨料開(kāi)采加工平衡計(jì)算見(jiàn)表6。
表6 C2混凝土骨料開(kāi)采加工平衡表
4.2.1 樞紐施工區(qū)
C3料場(chǎng)無(wú)用層厚度0~1.0 m,采用132 kW推土機(jī)平均推運(yùn)50 m清除。有用層采用2 m3挖掘機(jī)挖裝15 t自卸汽車(chē)運(yùn)至蓖條篩預(yù)篩,篩除大于80 mm的大石。
小于80 mm混合料由皮帶機(jī)運(yùn)至振動(dòng)篩篩分出各級(jí)成品骨料,并將<5 mm的砂料由洗砂機(jī)清洗后運(yùn)至成品料堆。篩分廠處理能力2×220 t/h。
大于80 mm超徑石、80 mm~40 mm級(jí)配棄料及墊層料場(chǎng)運(yùn)來(lái)的超徑石均用于破碎加工中石、小石和砂。
本工程加工過(guò)渡料及墊層料時(shí)產(chǎn)生超徑石約137.19萬(wàn)t,其中37.43萬(wàn)t為>300 mm的礫石用于干砌石及漿砌石。60 mm~300 mm(99.76萬(wàn)t)全部運(yùn)至破碎加工系統(tǒng)加工混凝土骨料,考慮到轉(zhuǎn)運(yùn)、運(yùn)輸損耗等因素,墊層料加工場(chǎng)的棄料約97.79萬(wàn)t可運(yùn)至破碎加工系統(tǒng)進(jìn)行破碎加工。
C3料場(chǎng)覆蓋層清除量為8.0萬(wàn)m3,開(kāi)采天然砂礫料約214.0萬(wàn)t,利用墊層料超徑石棄料97.79萬(wàn)t。加工成品骨料247.13萬(wàn)t,其中礫石165.002萬(wàn)t,砂82.126萬(wàn)t。開(kāi)采獲得率為78.9%。C3混凝土骨料開(kāi)采加工平衡計(jì)算見(jiàn)表7。
表7 C3混凝土骨料開(kāi)采加工平衡表
4.2.2 廠房施工區(qū)
C5料場(chǎng)無(wú)用層厚度0~0.5 m,采用132 kW推土機(jī)平均推運(yùn)50 m清除。有用層采用2 m3挖掘機(jī)挖裝15 t自卸汽車(chē)平均運(yùn)至蓖條篩預(yù)篩,篩除大于80 mm的大石。
小于80 mm混合料由皮帶機(jī)運(yùn)輸至振動(dòng)篩篩分出各級(jí)成品骨料,并將<5 mm的砂料由洗砂機(jī)清洗后運(yùn)至成品料堆。篩分廠處理能力220 t/h。
大于80 mm超徑石棄料、80 mm~40 mm級(jí)配棄料均用于破碎加工中石、小石和砂。
C5料場(chǎng)覆蓋層清除量為3.43萬(wàn)m3,開(kāi)采天然砂礫料約102.5萬(wàn)t,加工成品骨料83.296萬(wàn)t,其中礫石54.773萬(wàn)t,砂28.532萬(wàn)t。開(kāi)采獲得率81.3%。C5混凝土骨料開(kāi)采加工平衡計(jì)算見(jiàn)表8。
表8 C5混凝土骨料開(kāi)采加工平衡表
從料場(chǎng)顆分來(lái)說(shuō),C2料場(chǎng)最優(yōu),但使用時(shí)間較短,因此籌建期和主體施工期混凝土骨料場(chǎng)選擇C2、C3料場(chǎng)是合適的;由于地形阻隔,距離較遠(yuǎn),選擇C3、C4砂石加工系統(tǒng)分區(qū)供應(yīng)混凝土骨料的方案是合適的。從時(shí)間及空間上考慮不同的料場(chǎng)加工混凝土骨料,并充分利用開(kāi)挖料及料場(chǎng)開(kāi)采超徑石,以降低混凝土造價(jià)。該結(jié)果可為后期料場(chǎng)比選提供理論依據(jù)。