大华桥水电站混凝土人工骨料料源选择

李　柯，段大琪，崔贤淑

(中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京　100024)



大华桥水电站混凝土人工骨料料源选择

李柯，段大琪，崔贤淑

(中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京100024)

摘要：从技术和经济角度，对比分析了大华桥水电站与黄登水电站共用大格拉灰岩料源方案、营盘玄武岩料源方案和花坪河与干笔河砂岩料源+营盘玄武岩料源方案。经对比分析，采用大格拉料源方案具有混凝土性能较好，减少施工占地，有利于环境保护及节省投资等优点，因此推荐大华桥水电站与上游黄登电站共用大格拉料源方案。关键词：混凝土;骨料;料源；大格拉灰岩;营盘玄武岩

1工程概述

大华桥水电站位于云南省澜沧江上游怒江州兰坪县兔峨乡境内，是澜沧江干流上游河段规划梯级开发中的第6级水电站，电站上接黄登水电站，下接苗尾水电站。工程为堤坝式开发，以发电为主。电站正常蓄水位为1 477 .00 m，装机容量920 MW，多年平均发电量40.67亿kWh。

大华桥水电站主体及临建工程混凝土浇筑总量约135.51万m3。其中前期临建工程16.45万m3混凝土，选择干笔河料场石英砂岩作为料源，需要开采石料18万m3。其余119.06万m3混凝土，需要混凝土粗细骨料约262万t，加工骨料原岩需要量约126万m3(自然方)。

2料源概况

本工程坝址附近河道沿岸没有大面积的河漫滩分布，天然砂砾料料源缺乏，混凝土骨料全部采用人工骨料。

由于工程区岩性主要为板岩及板岩与石英砂岩互层状出露，其中板岩饱和抗压强度较低，且易开裂成碎片状，难以作为混凝土骨料使用。石英砂岩强度较高，质量能满足混凝土骨料要求，但嵌夹于板岩之间且层厚仅数米，施工开采比较困难。所以地下工程开挖料不适宜作为混凝土骨料料源[1-3]。

工程枢纽区30 km范围内可供比选的料源有：花坪河砂岩料场、干笔河砂岩料场和营盘玄武岩料场。

大格拉灰岩料场位于大华桥水电站上游约63 km处，是黄登水电站混凝土骨料料源。鉴于大华桥水电站和黄登水电站同期建设，且大格拉料源及黄登水电站砂石加工系统可同时满足黄登、大华桥水电站用料需求，大华桥水电站混凝土料源有条件与黄登水电站的混凝土料源及砂石加工系统统一考虑。

2.1花坪河石料场

(1) 料场地貌

花坪河料场位于坝址上游右岸的花坪河沟内，距澜沧江边2 km，距坝址道路里程约4.5 km。受裂隙切割、卸荷风化作用，料场内小规模的危岩、崩塌体等物理地质现象普遍发育。

(2) 料场岩性

地质测绘及平洞资料显示，料场基岩岩性为白垩系景星组板岩和石英砂岩，岩层产状走向近SN，倾角75°～85°。板岩和石英砂岩以不等厚互层状分布，料场仅见1层石英砂岩，层厚25 m，且其中夹2条灰黑色板岩条带，厚度分别为0.7、2 m。料场其余部分均为粉砂质板岩，浅绿灰色，细粒砂状结构，块状构造，由石英70%、长石30%和少量岩屑、白云母组成。

(3) 料场质量

根据室内物理力学试验及岩相法分析成果，花坪河石料场石英砂岩除具有潜在碱活性外，其他指标满足混凝土人工骨料要求。

(4) 料场储量

料场总开采量为110×104m3，剥离层平均厚度按15 m考虑，则有用料可开采量为45×104m3，剥采比为1.44。按料场勘察储量为混凝土骨料用量1.5倍考虑，该料场储量不满足工程需求。

(5) 料场开采运输条件

花坪河料场距离坝址区较近，但没有公路相通，只有沿花坪河的人行便道可以出入，运输条件差。同时，由于砂岩石料嵌夹于陡倾角的板岩之中，后期开采难度大，弃料率高；由于边坡较陡，料场开采过程中必然形成高边坡，受裂隙切割及风化卸荷作用，人工边坡存在局部失稳的可能。综上，花坪河料场开采运输条件差。

2.2干笔河石料场

(1) 料场地貌

该料场位于坝址下游4.4 km处的澜沧江右岸，六库至兰坪公路旁干笔河右岸，成长条形展布，开采范围为长约450 m、宽100 m的单薄山梁。干笔河一侧地形陡峻，多陡崖分布，基岩裸露，坡度约为75°～80°；靠近公路侧地形较缓，坡度30°～50°，地面高程1 425.00～1 640.00 m。

(2) 料场岩性

料场基岩岩性为白垩系景星组板岩和石英砂岩，岩层走向近SN，倾角75°～85°。石英砂岩和板岩以不等厚分布，石英砂岩段分布于干笔河河边，层厚31 m，其余均为板岩。板岩易沿板理面或微裂隙破坏，抗压强度低，不宜作为骨料使用。石英砂岩无强风化层，弱风化层厚约2 m，裂隙比较发育，多有黄褐色锈蚀，起伏粗糙，厚度一般为5～10 m，层面裂隙以硬性结构面为主，无充填，局部有石英脉发育。

(3) 料场质量

料场石英砂岩的干密度平均2.66 g/cm3，饱和抗压强度平均87.5 MPa，具有潜在碱活性。干笔河料场岩石质量除碱活性指标外，其他指标满足混凝土人工骨料要求。板岩不满足规范要求。

(4) 料场储量

根据计算，料场总储量约80×104m3，其中可开采有用石英砂岩料储量约50×104m3，无用层体积30×104m3，剥采比为0.6，且石料嵌夹于陡倾角的板岩之中，开采难度大，从储量上不能满足工程要求。

(5) 料场开采运输条件

干笔河料场有六库至兰坪公路与坝址相通，位于坝址下游4.4 km处，交通方便，因此考虑做为前期工程的骨料开采料源。料场有用层位于干笔河一侧，随着开挖的深入，必然形成高陡边坡，施工开挖时需对危岩体及时观测、处理。

2.3营盘石料场

(1) 料场地貌

该料场为高山地形，岸坡高陡，总体坡度40°～55°，地面高程1 460.00～1 780.00 m，高差320 m。开采区下游侧有一缓坡凹地，地形坡度20°～30°。山体表部覆盖层较薄，一般厚度1～3 m，局部有崩坡积碎块石土。

(2) 料场岩性

基岩岩性为三叠系小定西组变质玄武岩、青盘岩化玄武岩、青盘岩及蚀变辉绿岩，新鲜岩石呈灰绿色、灰色或紫红色。

(3) 料场质量

岩石物理力学试验成果表明，石料饱和抗压强度平均为83.2 MPa，属坚硬岩类，满足混凝土骨料要求。

料场石料取样4组采用砂浆棒快速法进行碱活性试验，3组岩石具有潜在碱活性，岩性主要为蚀变粗玄岩、绿帘石青盘岩。强蚀变玄武岩不具碱活性。

骨料碱活性抑制试验表明，掺粉煤灰具有较显著的骨料碱活性抑制作用。设计龄期的混凝土的试验结果可知，各部位混凝土抗压强度均能满足设计要求。混凝土其他热、力学性能试验结果均正常，符合一般规律[4-7]。

(4) 料场储量

料场有用层储量为2 142.3万m3，剥离量360.5万m3，剥采比1∶5.94。

(5) 料场开采运输条件

料场距坝址区有公路与“澜沧江上游沿江公路”和坝址相通，交通较为便利，但运距较远，约30 km。料场呈长条形沿江展布，开采区地形陡峻，开采条件较差。开采区下游侧为缓坡凹地，可布置石料加工系统。

2.4大格拉石料场

(1) 料场地貌

大格拉石料为2座孤立的山峰，山峰为裸露基岩，2座孤立山峰之间有一凹槽地形，凹槽宽35～45 m。东侧山峰东、南两面临空，北侧为一丫口，丫口连接另外一座孤峰，丫口高程2 165.00 m，西侧山峰西、北、南三面临空。2座孤立山峰的临空面均为陡壁，陡壁分布高程1 950.00～2 240.00 m，陡壁以下地形相对较缓，地形坡度一般为20°～35°。

(2) 料场岩性

料场出露地层为石炭系下统石登组上段、二迭系上统下段及第四系坡积层、崩积层，料场岩石主要为砂岩。

(3) 料场质量

岩石物理力学性能试验成果表明，岩石平均抗压强度74.29 MPa，属坚硬类岩石，满足混凝土骨料要求。

对料场灰岩料碱活性试验评定为具有潜在危害性反应骨料，但属于非活性碱—碳酸盐反应骨料。

骨料碱活性抑制试验表明，掺入宣威Ⅱ级灰时，试件14、28 d砂膨胀率小于0.1%，对应龄期的膨胀率降低在90%以上，膨胀率降低效果显著。设计龄期的混凝土的试验结果可知，各部位混凝土抗压强度均能满足设计要求;其他热、力学性能试验结果均正常，符合一般规律。

(4) 料场储量

料场规划开采总量为1 693.4万m3，其中有用料储量为1 174.5万m3，剥离量为518.9万m3，剥采比为1∶2.26。

(5) 料场开采运输条件

大格拉料场位于大华桥水电站上游63 km处。从沿江公路至主料场附近修建料场开采公路，公路等级为水电工程三级，公路长3.4 km，路面宽8.0 m，路基宽9.5 m，泥结碎石路面。

根据料场地形条件，料场开采从南面进入开采面。石料开采采用自上而下、由外至内梯段爆破，潜孔钻钻孔，推土机集料。系统粗碎车间布置在料场开采区高程1 940.00 m以下的地下洞室内，开采料经竖井进入粗碎车间加工后通过胶带机运输至半成品堆料场。

料场开采运输条件较好，但运距较远。

3料源比选

根据勘察的4个料源情况[1-3]，在技术可行性的范围内，拟定以下3个方案进行比较。

方案1：大格拉灰岩料源方案；

方案2：营盘玄武岩料源方案；

方案3：花坪河、干笔河砂岩料源+营盘玄武岩料源方案。

3.1技术比较

(1) 方案1：大格拉灰岩料源方案

大格拉料场基岩岩性为石炭系下统石登组灰岩，质量满足混凝土骨料的各项技术要求，储量可同时满足黄登、大华桥工程需用量。料场到大华桥水电站运输距离为63 km，相对较远。

从工程进度分析，黄登水电站工程大格拉料场和梅冲河砂石加工系统已经于2011年7月正式投产。大华桥水电站初步计划于2014年11月截流，2015年3月开始围堰施工，拦河坝垫层混凝土在2015年5月浇筑，坝身碾压混凝土在2015年10月开始浇筑。因此，梅冲河砂石加工系统投产时间可以满足大华桥水电站拦河坝及导流围堰混凝土浇筑需要。

梅冲河砂石加工系统投产前，大华桥水电站临建工程尚有约16.45万m3混凝土及喷混凝土施工，考虑开采干笔河石料场石英砂岩，由干笔河砂石加工系统加工供应。

在技术可行性的范围内，经初步分析，在料源比选中以运输梅冲河成品骨料作为代表性方案参与比选。

(2) 方案2：营盘玄武岩料源方案

营盘料场岩性为变质玄武岩，储量满足工程需用量，运输距离相对较近；变质玄武岩在砂浆棒快速法试验中检验出存在碱活性，抑制骨料碱活性试验结果表明，通过掺和粉煤灰可有效抑制骨料碱活性。

从工程进度分析，由于料场开采及砂石加工系统建设规模相对较小，料场及砂石加工系统需要的筹建工期较短，可在大华桥水电站准备期建成投产，满足本工程前期建设项目的混凝土骨料需要，同时便于工程建设合同管理。

(3) 方案3：花坪河、干笔河砂岩料源+营盘玄武岩料源方案

方案3采用花坪河、干笔河和营盘石料场联合开采，花坪河石料场和干笔河石料场虽然运距近，但由于其可采砂岩有用量不满足本阶段设计需用量要求，且弃料量大、开采条件相对较差，难以满足混凝土浇筑需要，不足部分原岩料仍需采自营盘石料场。

(4) 灰岩与玄武岩拌制混凝土性能比较

根据已有的试验成果及参考同种岩石骨料工程混凝土试验成果对比分析，玄武岩与灰岩作为骨料拌制混凝土存在如下差异[8-11]。

1) 玄武岩强度高，加工时易产生针片状而导致粒形稍差。玄武岩属于喷出型岩浆岩，内部存在较多的闭口小气孔，吸水率较大且吸水过程漫长，骨料吸水会使得砂浆不断失水，从而增大混凝土的自收缩和干缩。玄武岩混凝土弹性模量高、变形大、热物理性能不佳，不利于大坝混凝土的体积稳定性。因此由玄武岩拌制的混凝土的温控措施要求较严。

2) 灰岩强度适中、易于加工、骨料粒形好。相对于玄武岩混凝土，灰岩混凝土抗拉强度高、干缩较低、热物理及体积稳定性好，可降低大体积混凝土施工过程中温控费用，是人工骨料的首选。

3.2经济比较

3个料源方案的投资比较见表1。

方案3比方案1投资增加3 726.33万元，方案1与方案2投资相差不大，但由于方案1扩大了梅冲河砂石加工系统生产规模，使黄登水电站成品骨料单价降低，因此，将大华桥和黄登水电站混凝土骨料生产综合考虑。依据黄登水电站设计资料，进一步进行以下2个方案进行综合比较。

(1) 黄登水电站和大华桥水电站同时采用大格拉灰岩料场加工骨料方案(方案a)；

(2) 黄登水电站利用大格拉灰岩骨料、大华桥水电站利用营盘料场玄武岩方案(方案b)。

其投资综合比较见表2。

表1　大华桥工程各料源方案投资比较表　/万元

表2　营盘料场与利用黄登水电站成品骨料方案投资比较表　/万元

大华桥水电站采用大格拉灰岩骨料方案，可节省渣场防护、排水、料场临时征地及移民、其他辅助设施等项投资，砂石加工系统建设费用也有一定幅度的减少；同时，梅冲河砂石加工系统加大生产规模后可降低成品骨料加工单价。

经综合比较[1]，方案a，总投资为107 217万元；方案b，总投资为110 833万元。方案a可减少投资约3 616万元，其中大华桥水电站投资减少344万元，黄登水电站投资减少3 272万元。

4料源选择

(1) 3个料源方案，石料储量均可满足工程需用量，方案1与方案2开采条件相当，方案3较差。

(2) 营盘玄武岩及大格拉灰岩，均具有潜在碱活性，经抑制骨料碱活性效能试验，均满足混凝土骨料质量要求。

(3) 营盘料场方案，料场开采及砂石加工系统建设规模相对较小，料场及砂石加工系统筹建及建厂工期较短，可在准备期内建成投产，满足前期建设项目的混凝土骨料需要；大格拉料源方案，砂石加工系统建设需要协调大华桥及黄登工程的施工进度，以满足大华桥水电站混凝土浇筑需要。

(4) 大格拉料源方案，骨料为灰岩，拌制的混凝土极限拉伸值、干缩等变形性能与玄武岩拌制的混凝土相比具有一定优势。加工过程中的石粉含量可调性较玄武岩好，更有利于拦河坝混凝土温控。

(5) 开采大格拉料场运输成品骨料方案，成品料运输经“澜沧江上游沿江公路”黄登至大华桥段，此段公路需在大华桥水电站主体工程开工前投运(已于2013年10月顺利通过交工验收)。

(6) 采用大格拉料源方案可减少施工占地，有利于环境保护。

(7) 采用大格拉料源方案比营盘料源方案，综合比较，大华桥和黄登水电站综合投资可减少3 616万元，其中大华桥可减少344万元，黄登可减少3 272万元。

(8) 根据华能澜沧江水电有限公司的整体规划[1]，梅冲河砂石加工系统投产前，大华桥水电站临建工程尚有约13.8万m3混凝土及喷混凝土，考虑开采干笔河石料场石英砂岩，料场储量及质量满足工程要求。

综合比较，采用大格拉料源方案具有混凝土性能较好，可减少施工占地，有利环境保护及节省投资等优点。因此，推荐大华桥水电站采用大格拉灰岩作为主体工程混凝土骨料料源(运成品骨料)，干笔河料场砂岩为前期临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

文章编号：1006—2610(2016)03—0056—05

收稿日期：2015-12-31

作者简介：李柯(1988- )，男，山东省淄博市人，工程师，从事水电工程施工组织设计工作.

中图分类号：TV42+2

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.03.015