李國保，王 偉，籍 翔

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南鄭州 450003）

1 工程概況

古賢水利樞紐位于陜西、山西兩省交界的黃河干流上，可研階段推薦的碾壓混凝土重力壩方案最大壩高215 m，壩頂長度990 m，總庫容128.9億m3，電站裝機210萬kW，混凝土總量1 883.22萬m3，其中碾壓混凝土1 480.87萬m3，常態(tài)混凝土402.35萬m3，選擇西口料場為該工程的人工骨料場。

2 系統(tǒng)任務(wù)和規(guī)模

2.1 系統(tǒng)任務(wù)

古賢水利樞紐工程混凝土總量達1 883.22萬m3，其中主體工程混凝土總量1 819.19萬m3，臨時工程混凝土總量64.03萬m3?；炷翗颂栍蠧15、C20、C25、C30、C35、C45及C50，混凝土級配有一、二、三級配，其中一級配19.70萬m3，二級配544.32萬m3，三級配1 319.11萬m3。該工程在綜合考慮骨料加工、儲存、運輸及施工過程中的損失后，需砂石料加工系統(tǒng)生產(chǎn)成品骨料數(shù)量為4 376.14萬t，其中粗骨料3 138.74萬t，細骨料1 237.40萬t，毛料處理量約5 176.64萬t。計算各粒徑成品骨料需求量見表1。

2.2 系統(tǒng)規(guī)模

通過全面分析施工條件并對比國內(nèi)外已建工程的施工強度，古賢水利樞紐工程安排混凝土最高月澆筑強度為57.81萬m3，發(fā)生在施工期第六年9至11月份，高峰施工時段（混凝土澆筑強度達到最高月澆筑強度80%以上時段）持續(xù)12個月，從第6年3月份持續(xù)到第7年2月份，平均混凝土澆筑強度為53.37萬m3/月。砂石料加工系統(tǒng)按兩班制生產(chǎn)，系統(tǒng)生產(chǎn)能力滿足混凝土高峰時段月平均澆筑強度53.37萬m3/月進行計算，同時按照三班制生產(chǎn)模式下，滿足最高月混凝土澆筑強度57.81萬m3/月進行校核，計算系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)能力應(yīng)達到為3 900 t/h，處理能力為4 600 t/h。

表1 各粒徑成品骨料需求量表

3 骨料運輸方案探討

古賢工程料場區(qū)與壩址區(qū)直線距離達62 km，中間通過長距離皮帶機系統(tǒng)連接，混凝土骨料運輸時，皮帶機系統(tǒng)可運送成品料至壩址區(qū)，也可運輸半成品料至壩址區(qū)，不同的運輸方案影響著砂石料加工系統(tǒng)工藝設(shè)計、廠址布置和水源選擇等，兩種運輸方案對比如下：

1）運輸成品料時，長距離皮帶機系統(tǒng)的運輸總量為4 376.14萬t，考慮運輸、加工損耗，運輸半成品料時的運輸總量為5 176.64萬t，皮帶機系統(tǒng)的運輸單價為0.252元/（t·km），故運輸成品料比運輸半成品料總價少12 537萬元。

2）運輸成品料時，砂石加工系統(tǒng)主要車間布置在料場區(qū)，系統(tǒng)用水需在黃河禹門口建泵站提水，并通過18 km長的輸水線路輸水至加工系統(tǒng)，運輸半成品時，砂石料加工系統(tǒng)的粗碎車間布置在料場區(qū)，中細碎、制砂、洗砂及沖洗車間均布置在壩址區(qū)，系統(tǒng)主要用水從料場區(qū)轉(zhuǎn)移到壩址區(qū)，壩址區(qū)加工系統(tǒng)用水可結(jié)合樞紐工程用水一并解決，料場區(qū)用水通過在皮帶機隧洞底部埋設(shè)直徑約0.3 m的供水管道反向供水解決。經(jīng)計算運輸成品料比運輸半成品料時的供水建安投資多547萬元。

3）運輸成品料時，骨料在運輸途中經(jīng)多次跌落碰撞，會產(chǎn)生遜徑料，需增加篩分工序來調(diào)整級配，費用約14 878萬元，運輸半成品料時不存在這一問題。

4）運輸半成品料時的加工棄料運距為8.0 km，運輸成品料時的加工棄料運距為6.0 km，兩種方案的棄料運費差額為1 016萬元。

5）運輸半成品料時，整個砂石料加工系統(tǒng)運行水費為1 599萬元，運輸成品料時整個加工系統(tǒng)的運行水費為2 630萬元，兩種方案運行期水費差額為1 030萬元。混凝土骨料成品及半成品運輸方案投資計算對比見表2。

表2 混凝土成品及半成品骨料運輸方案投資對比表

根據(jù)計算，長距離皮帶機系統(tǒng)運輸半成品料比運輸成品料節(jié)約投資2 902萬元，且運輸成品料時施工供水投資尚未計入征地、移民、水保、環(huán)保費用，另外料場區(qū)地形陡峻，施工場地條件不如壩址區(qū)河灘地，因此推薦皮帶機系統(tǒng)運輸半成品料至壩址區(qū)。該方案將粗碎車間和半成品料堆布置在料場西北側(cè)約1.5 km的山坡地上，將中、細碎車間、沖洗車間、成品料堆等布置在壩址區(qū)河灘地。

4 重要計算參數(shù)選取

根據(jù)砂石料加工系統(tǒng)設(shè)計、施工經(jīng)驗，總結(jié)主要計算參數(shù)如下：

1）耗水指標。砂石料加工系統(tǒng)采用濕法生產(chǎn)工藝時，粗骨料的耗水指標約1.6 t/m3，細骨料的耗水指標約3.0 t/m3，采用半干法生產(chǎn)工藝時，耗水指標可減少50%以上。

2）廢水利用率。目前砂石料加工系統(tǒng)可做到廢水零排放，但成本較高，而較為經(jīng)濟的的廢水處理工藝也可達到70%的廢水利用率。

3）成品獲得率。毛料的成品獲得率與巖性、加工工藝、設(shè)備選型、粗細骨料比例等因素有關(guān)，灰?guī)r適宜用來加工混凝土骨料，成品綜合獲得率約0.80～0.88。

4）設(shè)備效率。粗碎設(shè)備的負荷系數(shù)一般為0.65～0.75，三班制生產(chǎn)時取低值，但在粗碎車間之前設(shè)置毛料堆時，可取高于0.75的系數(shù)，中細碎設(shè)備的負荷系數(shù)可取0.75～0.85。

5）砂石料儲存量。整個工程的砂石料儲存量，包括砂石料加工系統(tǒng)及混凝土拌和系統(tǒng)內(nèi)的骨料總儲量，可取高峰時段砂石需求量的50%～80%。

6）堆高。根據(jù)場地條件，半成品骨料堆高可取20 m左右，成品料的堆高不宜超過15 m。

5 系統(tǒng)工藝設(shè)計

綜合考慮母巖巖性、水源狀況、環(huán)保要求等，砂石料加工系統(tǒng)采用半干法工藝進行生產(chǎn)，系統(tǒng)由受料倉、粗碎車間、料場區(qū)半成品料堆、壩址區(qū)半成品料堆、一次篩分車間、中碎料堆、中碎車間、二次篩分車間、細碎料堆、細碎和制砂車間、洗砂車間、沖洗車間、選粉車間、成品料堆場以及水電供應(yīng)設(shè)施等組成。

毛料經(jīng)自卸汽車運至系統(tǒng)受料倉，處理能力為4 600 t/h，料倉底部配置15臺ZSW500×130型的振動給料機，經(jīng)其給料并由膠帶機運至粗碎車間。粗碎車間布置5臺PX1200/150型旋回破碎機，排料口開度設(shè)置為150 mm，粗碎產(chǎn)品經(jīng)膠帶機運輸至料場半成品料堆，料堆設(shè)計儲量10.0萬m3，可滿足混凝土高峰時段澆筑3 d的骨料需要量。在料堆下設(shè)置9臺GZD160×600型振動給料機，由其給料并經(jīng)膠帶機運輸，轉(zhuǎn)長距離皮帶機系統(tǒng)運至壩址區(qū)半成品料堆。

壩址區(qū)半成品料堆設(shè)計儲量17.6萬m3，可滿足高峰時段混凝土澆筑5 d骨料需要量，料堆底部設(shè)置21臺型號為GZD140×500振動給料機，由其給料并經(jīng)膠帶機運輸至一次篩分車間。一次篩分車間設(shè)計處理能力為7 350 t/h，車間內(nèi)設(shè)置7臺2YAH2460型圓振動篩，單臺處理能力為400～1 700 t/h，設(shè)計兩層篩網(wǎng)，孔徑分別為80 mm和40 mm，粒徑大于80 mm的骨料經(jīng)篩分后通過膠帶機運至中碎料堆，料堆下設(shè)置14臺GZD140×500型振動給料機，由其給料并經(jīng)膠帶機輸送至中碎車間破碎。中碎車間設(shè)計處理能力2 700 t/h，設(shè)置7臺PYY-3000/310型圓錐破碎機，排料口開度為20 mm，與一次篩分車間組成閉路循環(huán)生產(chǎn)。粒徑40～80 mm的骨料經(jīng)篩分后部分進入沖洗車間1中清洗，生產(chǎn)能力為830 t/h，剩余骨料由膠帶機輸送進入中碎料堆，并經(jīng)膠帶機輸送至中碎車間破碎，粒徑小于40 mm的骨料經(jīng)膠帶機運輸至細碎料堆堆存。

細碎料堆設(shè)計儲料量9.7萬m3，在料堆底部配置15臺GZD140×500型振動給料機，由其給料并由膠帶機運輸進入二次篩分車間。二次篩分車間設(shè)計處理能力為4 500 t/h，配置5臺3YAH2448型圓振動篩，共三層篩網(wǎng)，孔徑分別為20 mm、5 mm和3 mm。粒徑20～40 mm的骨料篩分后部分進入沖洗車間2中沖洗，生產(chǎn)能力為980 t/h，沖洗后經(jīng)膠帶機運輸進入成品料堆堆存，其余部分經(jīng)膠帶機輸送至細碎車間。細碎車間內(nèi)布置5臺PL-1200立式?jīng)_擊破進行細碎制砂，處理能力755 t/h，破碎后的骨料經(jīng)膠帶機運輸返回二次篩分車間再次篩分，細碎車間與二次篩分車間組成閉路循環(huán)生產(chǎn)。粒徑5～20 mm的骨料經(jīng)篩分后一部分進入沖洗車間3中沖洗，生產(chǎn)能力990 t/h，沖洗后骨料經(jīng)膠帶機輸送至成品料堆堆存，剩余5～20 mm粒徑骨料經(jīng)膠帶機運輸進入超細碎料堆堆存；粒徑3～5 mm骨料經(jīng)篩分后由膠帶機運輸至超細碎料堆堆存。粒徑小于3 mm的中細砂經(jīng)篩分后由膠帶機輸送進入選粉車間，選粉車間內(nèi)布置5臺JN-SF-1250型砂石專用選粉機，單臺處理能力約150 t/h，砂料經(jīng)脫粉后進入成品砂堆。

超細碎料堆設(shè)計儲料量3.0萬m3，料堆底部配置10臺GZD80×250型振動給料機，經(jīng)其給料并由膠帶機運至制砂車間。制砂車間內(nèi)布置5臺? 2700/3600型棒磨機，單臺處理能力121.5 t/h，制砂采用三班制生產(chǎn)模式以保證產(chǎn)品級配的穩(wěn)定，棒磨機生產(chǎn)的砂由膠帶機運輸進入洗砂車間，車間內(nèi)布置5臺2FG-15高堰式螺旋分級機和5臺ZKR1230直線脫水篩，砂料分級脫水后經(jīng)皮帶機運至成品料堆堆存。

6 結(jié)語

砂石料加工系統(tǒng)的工藝設(shè)計直接決定著混凝土骨料的質(zhì)量和單價，是大中型水利水電工程施工組織設(shè)計的核心問題之一，總結(jié)古賢水利樞紐工程砂石料設(shè)計經(jīng)驗如下：

1）大中型砂石料加工系統(tǒng)生產(chǎn)工藝應(yīng)根據(jù)巖性、水源條件、氣候、環(huán)保等要求確定，宜采用半干法生產(chǎn)工藝，對于碾壓混凝土壩不應(yīng)采用濕法生產(chǎn)工藝。

2）對于碾壓混凝土壩，應(yīng)充分利用制砂環(huán)節(jié)產(chǎn)生的石粉，在加工系統(tǒng)中配置砂石選粉機是一種經(jīng)濟合理的工藝措施。

3）骨料在長距離皮帶機運輸過程中，由于碰撞、跌落容易產(chǎn)生遜徑料和表面裹粉現(xiàn)象，在進入混凝土拌和系統(tǒng)前，應(yīng)采取篩分沖洗措施來調(diào)整粒徑和清除裹粉。

4）碾壓混凝土由于拌制時間短，用水量小，包裹在粗骨料表面的石粉會影響其抗壓、劈拉、軸拉強度，如粗骨料表面裹粉不可避免，則應(yīng)通過配合比實驗提高碾壓混凝土的強度儲備，以克服裹粉帶來的強度降低。

5）砂石料加工系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，應(yīng)在兩班制生產(chǎn)模式下滿足混凝土高峰時段骨料需求，同時按照三班制生產(chǎn)模式下滿足最高月混凝土骨料用量進行校核。如混凝土高峰時段超過3個月，生產(chǎn)能力尚應(yīng)乘以1.1～1.3的不均勻系數(shù)。