观音阁水库采料场采运能力和砂石储备量计算初探

姜涛

（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003）

观音阁水库采料场采运能力和砂石储备量计算初探

姜涛

（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003）

工作制度和砂石的需要量是砂石料的采运能力的2个重要因素，制定合理的工作制度以及选择采料场在整个混凝土施工过程中具有十分重要的作用，本文从料场选择的原则和方法、料场选择、采运能力和砂石储备量的计算4个方面对观音阁水库采料场进行了详尽分析，旨在确保工程建设能够顺利进行，保证工程质量。料场的选择及采运能力的合理计算关系到砂石混凝土系统设计方案的合理性，因而开始就对砂石储备量进行了详细勘察，以便形成生产能力，确保工程施工顺利进行，使得工程质量得到保证。

采运能力；砂石储备量；采料场；计算

1概述

观音阁水库大坝混凝土使用的砂石料主要来自小市镇上堡料场。它位于坝址下游1～3km处，太子河右岸，料场呈长2.2km，宽0.3～0.6km的长条状，层厚一般为4～6m，经勘探储量为5.68×106m3。其次是泉水料场，距坝址上游2～7km，经勘探储量为6.17×106m3。由于坝基开挖干扰等原因，仅在1991～1992年从泉水料场开采混合料4.687×105m3，2个料场开采量182万m3满足了观音阁水库工程计划混凝土总量200万m3左右的骨料需求。砂石料取自5km内的自然河道，级配合理，配合比采用四级配骨料。

砂石料筛分楼共布置4套，生产能力400m3/h，日产量为6000m3，满足观音阁水库工程日最高混凝土浇筑强度5300m3的要求。筛分后的成品料分别堆放6处，即粗砂（3～5mm）可贮存5×103m3；细砂（0～3mm）可贮存3.9×104m3；G4（5～20mm）2.7×104m3；G3（20～40mm）2.7×104m3；G2（40～80mm）3.0×104m3；G1（80～120mm）2.2×104m3，合计1.5×105m3，相当于月混凝土浇筑的最高用量。从成品料堆至调节料仓有二次筛分设备，将G1、G2、G3的逊径筛除，其筛余料弃至料场堆放。砂石调节料仓容量相当于拌和楼8h产量。

2料场选择的原则和方法

在进行料源规划时首先要了解砂石料的需求、流域（或地区）的近期规划、料源的状况，以确定是建立流域或地区的砂石生产基地还是工程专用的砂石生产系统。应充分考虑自然景观、珍稀动植物、文物古迹保护方面的要求，将料场开采后的景观、植被恢复（或美化改造）列入规划之中，在进行经济比较时应计入这方面的投资。根据工程的设计要求与混凝土的试验资料，以确定各级以及总的砂石需用量。混凝土级配的试验和选定，应结合料源的实际情况，通过综合的技术经济比较确定，一般骨料利用率应在85%以上，若低于85%，应调整需用级配，或在加工系统中设级配调整设施，或掺加人工骨料。根据料源的分布，对采用天然骨料与人工骨料作出初步的选择判断，任何工程都应充分考虑利用工程弃渣的可能性和合理性。对人工骨料的采石场，首先从岩性夹层、埋藏状况来判断其开采和加工条件，通常要做试验，对砂砾料场，需进行质量评价，研究其处理可能性及技术经济效果。

根据待选料场原石的质量、交通运输条件及储量，确定其组合方案，具有下列条件的料场应优先考虑：①储量为工程需要量50%以上的料场。②与砂石用户或现成准轨铁路干线或航道距离在5～10km以内的料场。③有用成分在80%以上的料场。

3料场选择

观音阁水利枢纽的混凝土工程的砂石骨料主要采自用上堡、泉水2个料场，前者位于坝址下游3km范围内的右岸河道，后者距坝址上游2～7km，其开采层厚4～6km，表层壤土厚度为0.2～0.5m，地下水埋深一般为2～3m，均属于河滩料场，粒径相对较小，表面覆盖层相对较薄，砂石料质量符合规范要求。

3.1砂、石原料的开采量

为避免砂石料在天然料、松散料、混合料和分级料之间反复换算以及换算时所引起的误差，砂石料的计量采用重量单位。

全工程所需砂石料的开采量可按下式确定：其中式中：Vd—砂石原料的总开采量，t；Vc—全工程混凝土总量，m3；A—每m3混凝土的骨料用量，无试验资料时一般可取2.15～2.2t/m3；V0—其他工程砂石用量，t；Ks—包括级配不平衡弃料在内的运输、推荐、加工，浇筑的总损耗补偿系数，与原料的种类、采运加工工艺以及生产管理水平等因素有关；K1—石粉或细砂流失补偿系数，对天然骨料，含泥量大或砂料偏细、需废弃部分细砂以改善级配时取最大值，粗砂改细或制砂补充粗砂改善级配时取较大值；K2、K4、K6—均包括运输、堆储中的损耗；K3—骨料加工损耗，对天然骨料，原料较干净的取较小值，中等难洗的或含泥量大、砂子偏细时取较大值；K5—无预洗工艺取1.0，有预洗时取较大值，但应适当减小K3的取值；K7—级配不平衡的弃料补偿系数，视工程具体条件由级配不平衡计算确定，一般不应超过1.2，级配偏粗采取粒度调整措施时可取1.0；K8—包括成品料的堆储和运输损耗补偿系数；K9—混凝土的运输、浇筑、废料损耗补偿系数；γ—平均砂率，以小数计。一般大体积混凝土工程的平均砂率γ为0.25～0.30，薄壁和地下工程的平均砂率为0.30～0.35。

根据观音阁实际情况，取K7=1.1，那么，

观音阁水库全工程所需砂石料的开采量为6.1×106t。

3.2料源规划

上堡料场属于河滩料场，汛期时会有部分砂石料没入水面以下。为避免水下开采增加施工困难和工程量，决定在非汛期集中开采汛期可能淹没的砂石料，汛期水位线以上的砂石料安排在河水水位较高的汛期开采。这样就解决了水下开采带来的施工困难。也可以节省水下开采的费用。

3.3料场评价

上堡料场砂子颗粒级配均匀，其中粒径0.6～0.3mm颗粒明显偏多，砂子孔隙率偏大，容重偏小，而对碾压混凝土至关重要的小于0.15mm颗粒含量，经筛分冲洗后，仅有2%～4%，严重偏少，参照施工规范，砂子细度模数控制在2.4～2.8，粒径d＜0.15mm颗粒含量6%～12%。所以砂料控制采取粗细砂料从成品料堆至调节料仓在转运中按1∶9进行掺配，确保砂料细度模数控制在2.4～2.8范围内。对砂砾d＜0.15mm的细颗粒含量不足部分用增加胶凝材料总量来弥补，即将原胶凝材料总量120kg/m3增至130kg/m3。

4采运能力和砂石储备量

4.1工作制度

砂石料的设计采运能力取决于采料场的工作制度和砂石的需要量，采料的计划月工作日、班、时数，可按表1选取。

表1采料工作制度

4.2采运能力

4.2.1砂石料的月采运能力

月采运能力Qmd可按下式计算：式中：Qmd—月采运能力，t；Qmc—高峰期的月混凝土浇筑强度，m3；高峰时段持续期在3个月或以上时，Qmc按高峰时段的平均月强度计算，持续期只有1～2个月时，按高峰月强度计算；Q0—工程其他砂石料的月需用量，t；其他变量含义同前。

这里所说的高峰时段，系指月浇筑强度为最高（月）强度70%以上的持续期。如2高峰时段之间浇筑强度略低于70%的间隙期只有1个月，则可把这两2个高峰时段当作1个连续的高峰时段。

观音阁水库大坝坝体混凝土浇筑在1993年全面展开，1993年是大坝混凝土浇筑高峰年。从3月24日混凝土浇筑到11月8日共浇筑大坝混凝土50.253万m3（其中碾压混凝土30.33万m3）。达到月最高混凝土浇筑量107446m3和日混凝土浇筑量5301m3，工程其他砂石料月需要量约120000t。

所以，Qmd1=（107446×2.2+120000）×1.375=490024.15t。

观音阁水库工程冬季停采，应按下式校核月平均采运能力，取其大者。

式中：Qy—高峰年度（或高峰开采期）混凝土浇筑量，m3；M—有效开采月数；其他变量含义同前。

所以观音阁水库工程月平均采运能力为490024.15t。

4.2.2小时采运能力

选择设备应按小时采运能力考虑。按高峰期月平均折算小时采运能力Qh时，一般按每天2班14h计算：

按高峰月强度计算时，则以每天工作3班20h计，上式改为

4.3砂石储备量

砂石的储备量，系指包括所有毛料、半成品及成品堆料场在内的砂石混凝土系统的堆料场总容量。对按高峰时段计算采运能力时，可用下式计算其总容量Vs。

式中：Vs—堆料场总容量，t；T—高峰时段的持续月数，超过6个月时，取6；K—波动系数，K=0.05～0.08，时段短时取较大值，时段长时取较小值；Δ—系数，人工骨料或砂石混凝土系统共用堆料场时取0.2个月，其他取0.3个月。

Vs=（0.06×6+0.2）×490024.15=274413.524t

砂石的储备总容量为274413.524t，满足月混凝土浇筑的最高用量107446m3。

5结语

由于事先对砂石储备量进行了详细勘察，正确的计算关系到混凝土系统设计方案的合理性，同时可以确保工程的质量，大坝混凝土使用的砂石料主要来自小市镇上堡料场。其次是泉水料场。经勘探，上堡和泉水2处料场的砂石储备量和开采量满足了观音阁水库工程计划混凝土总量200万m3左右的骨料需求，保证了施工工程的进度。料层呈近于水平产状，覆盖层与料层厚度适合一个梯段开采。所以采用无运输剥离法，即用索铲将覆盖物直接倒运到采空区。

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1008-1305（2016）03-0111-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.03.042

2016-04-02

姜涛（1984年—），男，工程师。