巴塘水电站主体工程开挖料作混凝土骨料研究

杜 晓 凡， 田 应 辉

(华电金沙江上游水电开发有限公司巴塘分公司，四川 巴塘 627650)

1 概 况

巴塘水电站位于四川省甘孜藏族自治州巴塘县巴楚河口(巴楚河入金沙江交汇处)上游约660 m的金沙江干流上，是金沙江上游河段13级开发的第9级电站。电站装机容量750 MW，年发电量33.93亿kWh，为二等大(2)型工程。

水利水电工程一般混凝土工程量巨大，混凝土骨料料源的选择对工程质量和投资有直接影响。巴塘水电站可研阶段规划采用和达通沟块石料场的闪长岩作为混凝土骨料料源，而可研审查时考虑到和达通沟石料场开采边坡高，采运难度较大，料场支护工程量大，且主体工程开挖料总量达1 414.58万m3，坝体填筑利用仅472.20 万m3，开挖料没有得到充分利用。因此，探索研究利用主体工程开挖料加工混凝土骨料、大坝过渡料及反滤料的合理性，避免料场的开挖和减少弃渣量，以达到保护环境和水土保持，并提高巴塘水电站的经济性，十分必要。

2 人工骨料试验

巴塘水电站主体及导流工程的石方开挖总量约1 414.58万m3，考虑开挖废料及损耗，可利用的开挖料约585.14 万m3。而工程所需料源472.20 万m3；其中：筑坝料267.04万m3，过渡料26.85 万m3，反滤料7.74 万m3，混凝土骨料170.57 万m3。主体工程开挖料储量充足。

根据巴塘水电站可研报告，开挖区弱风化黑云母石英片岩干密度2.73～2.90 g/cm3，孔隙率0.72～1.33%，单轴干抗压强度86～104 MPa，饱和抗压强度62～89 MPa，软化系数0.67～0.88，凝聚力1.9～3.1 MPa，内摩擦角46°24′～55°55′，变形模量12.4～17.8 GPa。从物理力学参数看，弱风化岩块质量可满足混凝土骨料及大坝堆石料的要求。为充分利用开挖料，工程人员开展相关试验工作。

2.1 骨料碱活性试验

试验样品采自工程现场开挖的黑云母石英片岩，采用PE250×400 型颚式破碎机破碎大石、中石、小石，采用PCΦ400×300 型锤式破碎机破碎砂料。胶凝材料为华新42.5普通硅酸盐水泥、云南宣威Ⅱ级粉煤灰。

采用砂浆棒快速试验法对料试样进行了碱活性试验。

按试验规程的要求，“砂浆棒快速法”所用砂料级配应符合表1的要求。

表1 制作砂浆棒的砂料级配

砂浆棒快速法配合比如下：

水泥与砂的质量比为1∶2.25。一组三个试件，共需水泥440 g，砂990 g。砂浆水灰比为0.47。

主体工程开挖弱风化以下黑云母石英片岩料骨料碱活性砂浆棒快速法试验结果见表2。

表2 骨料碱活性砂浆棒快速法试验结果

由表2可知：黑云母石英片岩骨料岩石样品砂浆试件14 d膨胀率为0.043%，小于0.1%，依据骨料碱活性砂浆棒快速法评价标准，可判定该骨料不会发生碱-硅酸反应，为非活性骨料。

2.2 云母含量检测

2.2.1 开挖原料云母含量检测

取黑云母石英片岩采用岩相法检测，共取5组样品。其中4组云母含量为0%，1组含有20～30%。由于切片方向和观察范围不同，所检测到的云母含量不同，不具备代表性。

再利用X射线衍射法检测，共取3组样品，云母含量在7～13.5%之间。

2.2.2 骨料物理性能试验

依据《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T5151-2014的要求，对黑云母石英片岩骨料物理性能进行试验，试验结果见表3～4。

表3 细骨料物理性能测试结果

从表3试验结果可以看出：黑云母石英片岩细骨料的各项指标均满足《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2015对细骨料品质的要求。

从表4试验结果可以看出：黑云母石英片岩粗骨料的各项指标均满足《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2015对粗骨料品质的要求。

2.2.3 试验的启示

采用《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T5151-2014 中的方法与岩相法、X 射线衍射法检测云母含量结论相差较大，根据科技文献资料可知，岩相法和X 射线衍射法主要是针对岩石中的云母含量检测，并不能作为评判标准，且0.16 mm 以下的云母颗粒几乎对混凝土不会产生不利影响。

通过分析，破碎后的人工砂的粒径为0.315～5.0 mm，此范围内游离出来的云母含量较少，部分细微的云母依附在较大的颗粒上或小于0.315 mm 而被筛除，从而通过破碎加工冲洗的细骨料满足《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2015 中云母含量小于2%要求；且黑云母石英片岩碱活性砂浆棒快速法试验结果为非活性骨料，可作为巴塘水电站砂石骨料加工的料源。

3 混凝土配合比及力学试验

混凝土配合比的目的是在满足设计和施工要求的前提下确定最优配合比，使混凝土单位成本较低。由于主体工程开挖料黑云母石英片岩不具有碱活性，因此，常态混凝土粉煤灰掺量取20～30%的配合比进行试验。再根据选定的骨料级配、砂率及由28 d强度曲线选定的水胶比，可以确定初选配合比(表5)。

根据以上初选配合比方案，按照DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》中有关规定，进行了混凝土力学、耐久性、变形试验，水泥品种采用华新42.5普通水泥，粉煤灰品种采用宣威灰。试验结果见表6～10。

表4 粗骨料物理性能试验结果

表5 混凝土初选配合比

表6 混凝土抗压劈拉强度和抗弯强度试验结果

表7 混凝土静压弹性模量试验结果

表8 混凝土极限拉伸试验结果

由上述试验结果可见：

(1)混凝土28 d轴拉强度高于劈拉强度；

(2)混凝土轴拉弹性模量高于静压弹性模量；

(3)设计龄期的混凝土极限拉伸值均满足设计要求。

表9 混凝土抗冻试验结果

上述试验结果表明：

(1)常态混凝土各配比达到抗渗等级时试件表面均未出现渗水，劈开试件检测其平均渗水高度均小于混凝土抗渗试件高度，初选混凝土各配合比满足设计要求抗渗等级；

(2)根据DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》，相对动弹性模量下降至初始值的60%或质量损失率达5%时，即可认为试件已达破坏程度。由试验结果可见，巴塘水电站所选配比混凝土的抗冻均满足设计抗冻等级的要求。

4 成果应用及降低成本

4.1 取消和达通沟料场

可研阶段推荐和达通沟料场作为巴塘水电站的混凝土骨料料场设计开采量335.00万m3，开采面积约15.8万m2；边坡最大高度约310 m，料场的开采、爆破、道路、支护、安全监测等项目费用较高。直接利用主体工程开挖料作为混凝土骨料，取消和达通沟料场，直接降低投资7 424.56万元。

表10 混凝土抗渗试验结果

4.2 砂石混凝土系统布置调整

因和达通沟料场取消，与其紧邻的砂石、混凝土系统调整布置于左岸2号弃渣场之上，若不作调整，仍按原计划地基采用砂砾石换填、浇筑筏板基础大混凝土、高边坡开挖，初步估算砂石混凝土系统建设增加投资1 806.91万元。调整至2号渣场后，毛料、混凝土运距变化导致的骨料、混凝土单价降低，总费用自然降低，同时，混凝土骨料由闪长岩改用黑云母石英片岩，水泥用量按增加30 kg/m3计，该项调整总共减少投资4 804.46万元。

4.3 渣场优化调整

因把开挖料作为加工混凝土骨料、大坝过渡料及反滤料，减少弃渣130.92万m3；取消和达通沟料场，减少弃渣料场夹层弃料108 万m3。经对土石方的平衡分析，巴塘水电站1号、2号、3号弃渣场能满足堆渣量要求，从而取消可研阶段规划的4号(渣场堆渣量为162.46万m3)和5号弃渣场(渣场堆渣量为68.03万m3)。因此，将原来运至这两个渣场的厂房尾水开挖弃料170.34万m3调整运到1号渣场，运距从8 km 减少到6.5 km，投资减少918.05万元。由于减少了4号、5号渣场挡排量及料场植被恢复费用，环境保护及水土保持工程费用减少约3 361.56万元。

5 结 语

水电工程混凝土骨料料源的选择在规划阶段主要考虑储量和质量两个因素。通过料源平衡分析及对主体工程开挖料开展相关试验，得出主体工程开挖料弱风化以下黑云母石英片岩可以满足混凝土骨料品质要求。据此对巴塘水电站有用料进行调整，并优化取消和达通沟料场和4号、5号渣场，对施工总布置进行相应调整，直接降低投资14 701.72万元，大大提高了项目的经济性。

但是，混凝土骨料料源在实施阶段仍会受一些工程边界条件变化的影响，如地质条件变化、骨料加工工艺、有用料管理等。为此，巴塘水电站在实施阶段采取以下几个措施确保了混凝土骨料料源的管控。

(1)对砂石加工系统采取成品粗骨料的全整形工艺，有效控制碎石的针片状含量，确保骨料品质达标；

(2)根据工程实际情况制定了《巴塘水电站有用料管理办法》，通过加强有用料管理，提高有用料利用率；

(3)加强动态管控，根据实际开挖地质条件做好有用料的储存，分析实际储量是否能够满足工程需求，以便及时对料源进行调整。