彭 海 波, 溫 革
(1.四川省能投攀枝花水電開發(fā)有限公司,四川 攀枝花 617068;2.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,湖北 武漢 430010)
金沙水電站是金沙江中游十級(jí)水電樞紐梯級(jí)規(guī)劃的第九級(jí),位于金沙江中游攀枝花市西區(qū)河段,上距觀音巖水電站壩址28.9 km,距攀枝花市區(qū)11 km,下距銀江水電站壩址21.3 km。工程以發(fā)電為主,同時(shí)兼有供水、改善城市水域景觀和取水條件、對(duì)觀音巖水電站進(jìn)行反調(diào)節(jié)等綜合效益。電站最大壩高66 m,壩頂高程1 027 m,壩軸線長(zhǎng)度為394.5 m;水庫(kù)正常蓄水位高程1 022 m,死水位高程1 020 m,總庫(kù)容為1.08億m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容1 120萬(wàn)m3,具有日調(diào)節(jié)功能,控制流域面積25.89萬(wàn)km2,多年平均流量1 870 m3/s;電站總裝機(jī)容量為560 MW(4×140 MW),多年利用小時(shí)數(shù)為4 540 h,多年平均年發(fā)電量為21.77億kW·h。電站建設(shè)周期為7 a,總投資約74.23億元,2020年首臺(tái)機(jī)組發(fā)電,2021年工程竣工。
金沙水電站混凝土總量為150.97萬(wàn)m3(含噴混凝土),計(jì)及臨建工程和損耗,共需混凝土骨料165.91萬(wàn)m3。
金沙水電站壩軸線下游側(cè)左岸安裝場(chǎng)、廠房、右岸導(dǎo)流明渠下游等部位的基巖為正長(zhǎng)巖。弱風(fēng)化巖體的開挖量為102萬(wàn)m3,微風(fēng)化巖體的開挖量為79萬(wàn)m3,可利用量合計(jì)為181萬(wàn)m3。
為降低工程造價(jià),混凝土骨料可以利用工程弱風(fēng)化和微新巖體開挖料,不足部分從石料場(chǎng)開采或從市場(chǎng)購(gòu)買。
老花地人工骨料場(chǎng)位于老花地沖溝北側(cè)臨江山坡,地表高程為1 100~1 300 m,坡角為30°~40°;高程1 210 m以上稍緩,坡角為20°左右。料場(chǎng)北側(cè)沖溝規(guī)模較?。荒蟼?cè)沖溝規(guī)模較大,即老花地泥石流溝。料場(chǎng)距壩址約4.4 km,現(xiàn)有3#公路通至壩區(qū)、渣場(chǎng),交通便利。
料場(chǎng)區(qū)大部分地段基巖裸露,地層巖性為二疊系上統(tǒng)峨嵋山組(P3em)玄武巖,暗綠色,以致密狀為主,少量為杏仁狀構(gòu)造;玄武巖巖體在地表以下20 m范圍內(nèi)裂隙發(fā)育,巖體破碎,多呈鑲嵌結(jié)構(gòu),符合混凝土人工骨料的質(zhì)量要求。料場(chǎng)區(qū)順河長(zhǎng)約300 m,面積約10萬(wàn)m2,全、強(qiáng)風(fēng)化帶厚度為10~15 m。弱風(fēng)化帶與微新巖體天然儲(chǔ)量為425萬(wàn)m3,其中微風(fēng)化巖體天然儲(chǔ)量為349萬(wàn)m3;開挖剝離層厚度為8~15 m,剝離方量約113萬(wàn)m3,剝采比為0.27。
攀鋼尾礦料至壩址距離約24 km。攀鋼尾礦料分布高程為1 130~1 340 m,順江長(zhǎng)2 km,縱向?qū)?~1.6 km,面積3.2 km2,堆填厚度為60~100 m,坡度為30°~40°。料場(chǎng)前緣地形破碎,溝壑發(fā)育,發(fā)育洗槽里、夾皮溝、道溝及大河溝等沖溝。棄渣場(chǎng)目前無(wú)變形跡象,現(xiàn)狀穩(wěn)定性較好。
尾礦料以粗顆粒為主,塊徑一般為30~50 cm,小者為2~10 cm,少量大者為1~2 m,棱角狀。尾礦巖性主要為輝長(zhǎng)巖,具有輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu),主要由單斜輝石、斜長(zhǎng)石和鐵質(zhì)不透明礦物組成。尾礦巖石顆粒密度為2.96~3.08 g/cm3,塊體飽和密度為2.94~3.07 g/cm3,塊體干密度為2.94~3.06 g/cm3,吸水率為0.09%~0.33%,飽水率為0.17%~0.41%。飽和抗壓強(qiáng)度為55.1~144 MPa,飽和彈性模量為16.2~45.6 GPa,飽和變形模量為12.5~38.4 GPa,飽 和 泊 松 比為0.25~0.29,軟化系數(shù)為0.6~0.95,均值為0.8,總體屬于不軟化巖石,個(gè)別低于0.75(與取樣有關(guān))。物理力學(xué)指標(biāo)均符合規(guī)程規(guī)定的質(zhì)量技術(shù)要求(表1)。砂漿棒快速法堿活性檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明:3組巖樣14 d膨脹率為0.008%~0.016%,小于0.1%;28 d時(shí)的膨脹率為0.01%~0.017%,小于0.2%,為非活性骨料。
攀鋼尾礦棄渣體積大于1.2億m3,儲(chǔ)量豐富。尾礦料料場(chǎng)可通過夾皮溝簡(jiǎn)易公路、S310省道至壩址區(qū),運(yùn)距約24 km,運(yùn)輸條件較好。
由上述分析可知:金沙水電站壩軸線下游側(cè)開挖利用料、老花地人工骨料和攀鋼尾礦料均滿足金沙水電站混凝土骨料質(zhì)量要求。
金沙水電站可研階段混凝土骨料采用明渠開挖有用料,不足部分從老花地人工骨料場(chǎng)開采,其中利用導(dǎo)流明渠開挖有用料54萬(wàn)m3、電站廠房開挖有用料78萬(wàn)m3,不足部分從石料場(chǎng)開采石料33.9萬(wàn)m3。
金沙水電站混凝土骨料優(yōu)先利用工程開挖有用料,不足部分由技術(shù)上可行的混凝土骨料料源供給,方案有兩個(gè):一是從老花地人工骨料場(chǎng)開采加工,運(yùn)距約5 km;二是購(gòu)買攀鋼尾礦加工料,運(yùn)距約24 km。
表1 攀鋼尾礦料巖石試驗(yàn)成果匯總表
筆者對(duì)技術(shù)上可行的兩個(gè)混凝土骨料料源方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)比較(表2、3),初步分析結(jié)果顯示:方案二比方案一投資節(jié)省約2 403.94萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)方面較優(yōu),而且避免了方案一存在的征地、移民及環(huán)保等方面的復(fù)雜程序。
表2 兩方案工程概算情況一覽表
表3 老花地人工骨料開采支護(hù)主要工程量一覽表
綜上所述,將攀鋼尾礦用作金沙水電站混凝土骨料技術(shù)上可行,而且經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。因此,筆者建議金沙水電站工程不足的混凝土骨料采用購(gòu)買攀鋼尾礦料進(jìn)行加工的方式予以解決。
筆者對(duì)儲(chǔ)量、開采條件、運(yùn)距、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)等因素進(jìn)行初步比較分析后得知,選擇攀鋼尾礦作為金沙水電站混凝土骨料具有可行性和經(jīng)濟(jì)性,但實(shí)際應(yīng)用時(shí)還存在以下問題:
(1) 尾礦含磁鐵礦,巖石密度較一般粗骨料密度大,有可能影響混凝土拌和物的施工性能,導(dǎo)致混凝土在振搗、運(yùn)輸和澆筑過程中出現(xiàn)分層離析而影響混凝土質(zhì)量,并有可能導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)層間結(jié)合問題。
(2) 料場(chǎng)骨料分布規(guī)律及尾礦骨料的加工性能尚不清楚。初步加工性能表明尾礦人工砂石粉含量為19%左右,超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)上限;其次,尾礦人工碎石顆粒級(jí)配不均,中徑篩余較小,其原因可能是受到尾礦自身強(qiáng)度特性影響,也可能是受加工系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)水平和設(shè)備能力的影響所致。
(3) 尾礦作為骨料在水電工程中的應(yīng)用較少。攀鋼尾礦僅在桐子林水電站和二灘水電站的臨時(shí)工程中有少量應(yīng)用,尚缺乏尾礦骨料與水泥、粉煤灰、外加劑等混凝土原材料的適應(yīng)性以及用于大型水利水電工程混凝土的拌和物性能、力學(xué)、熱學(xué)、變形、抗裂、耐久等性能影響的相關(guān)技術(shù)資料。
針對(duì)上述問題,在實(shí)際應(yīng)用之前,有必要從尾礦骨料的分布規(guī)律和加工性能、尾礦骨料與混凝土原材料的適應(yīng)性、尾礦骨料對(duì)混凝土拌和物及硬化混凝土各項(xiàng)特性的影響及機(jī)理、尾礦骨料大壩混凝土溫控等方面對(duì)攀鋼尾礦用作金沙水電站混凝土骨料關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究,進(jìn)一步論證攀鋼尾礦用作金沙水電站混凝土骨料料源的可用性、適用性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性,為工程料源選擇提供科學(xué)依據(jù)。