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3 8 文宁， 运建勋 鲁地拉水电站混凝土骨料料源选择研究 文章编号 ： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 0 ) O 1 0 0 3 8 0 4 鲁 地 拉 水 电 站 混 凝 土 骨 料 料 源 选 择 研 究 文 宁 ， 运建 勋 。 ( 1 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院， 西安7 1 0 0 6 5 ； 2 青海黄河水电公司新能源分公 司， 西宁8 1 0 0 0 6 ) 摘要： 鲁地拉水电站混凝土工程量大， 骨料料源有灰岩料场、 砂岩料场、 正长岩料场以及开挖碴料， 开挖碴料又分 为砂岩 、 正长岩2种， 骨料料源复杂。通过对不同类型的骨料料源进行综合技术经济比较 ， 最终选择以砂岩开挖碴 料加工碾压混凝土粗骨料、 以料场开采的正长岩为主加工碾压混凝土细骨料及常态混凝土粗、 细骨料的方案。 关键词： 碾压混凝土骨料 ； 常态混凝土骨料； 料源选择； 试验成果； 方案比选 中图分类号： T V 5 3 文献标识码： A Re s e a r c h o n s e l e c t i o n o f c o nc r e t e a g g r e g a t e s o ur c e s f o r Lud i l a h y d r o p o we r p r o j e c t WEN N i n g ，YU N J i a n x u n ( 1 N o r t h w e s t H y d r o C o n s u l t i n g E n g i n e e r s ，C H E C C ，X i a n 7 1 0 0 6 5 ，C h i n a ； 2 N e w E n e r g y B r a n c h o f H u a n g h e H y d r o p o w e r D e v e l o p m e n t C o L t d ，X i n i n g 8 1 0 0 0 6 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： L u d i l a h y d r o p o w e r p r o j e c t r e q u i r e s a l a r g e q u a n t i t y o f c o n c r e t e ，a n d t h e a g g r e g a t e s o u r c e s a r e f r o m q u a r r i e s o f l i m e s t o n e ， s a n d s t o n e a n d s y e n i t e ，a n d e x c a v a t e d ma t e r i a l s i n c l u d i n g s a n d s t o n e a n d s y e n i t e T h e a g g r e g a t e s o u r c e s a r e v e r y c o mp l e x T h r o u s h t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c c o mp a r i s o n o f v a No u s a g gre g a t e s o u r c e s ，e x c a v a t e d s a n d s t o n e i s fi n a l l y s e l e c t e d a s t h e c o a r s e a g g r e g a t e o f RC C， an d t h e s y e n i t e f r o m q u a r r y a s t h e fi n e a g gre g a t e o f RC C a n d c o a r s e a n d fi n e a g g r e g a t e s o f c o n v e n t i o n al c o n c r e t e Ke y wo r d s ： RC C a g g r e g a t e ；c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e a g g r e g a t e ；s e l e c t i o n o f ma t e ri al s o u r c e s ；t e s t r e s u l t ；alt e rn a t i v e s e l e c t i o n 鲁地拉水电站总库容 l 7 1 8亿 m ， 总装机容量 2 1 6 0 MW。混凝土总量约 3 0 7 6万 m ， 分碾压和常 态 2种 ， 共需砂石成 品骨料约 6 5 9万 t ， 其 中粗骨料 4 3 1 万 1 ， 细骨料约 2 2 8万 t 。 1 料源的基本情况 根据地质勘查结果 ， 坝址上、 下游 4 0 k m范围内 堆积阶地不发育 ， 缺乏天然砂砾石料， 不能满足工程 需要。坝址区人工骨料料源丰富， 按照岩性分为灰 岩 、 砂岩、 正长岩 3类 ， 所以混凝土采用人工骨料是 必然选择。 灰岩分布在坝址上游约 3 1 k m的金沙江大桥附 收稿 日期 ： 2 0 0 9 - 0 5 - 2 8 作者简介： 文宁( 1 9 7 1 一 ) ， 男， 陕西省高陵县人， 高级工程师， 从 事水电站施工工厂设施设计 近 ， 砂岩主要分布在左岸傈僳沟砂岩料场 ， 正长岩分 布在坝址下游的金沙江左、 右两岸。金沙江大桥灰 岩料场 、 左岸傈僳沟砂岩料场及左 、 右岸正长岩料场 的储量分别都能满足工程需要。工程开挖料主要为 岩性与左岸傈僳沟料场相同的砂岩 ， 另有部分正长 岩开 挖料 。 1 1 金沙 江大桥 附近石灰 岩料场 金沙江大桥右岸灰岩主要组成矿物为白云石晶 体， 局部区域含有少量方解石 晶体。金沙江大桥附 近料场为石灰岩， 质量、 储量可满足工程要求， 但运 距较远 ， 约 3 1 k m， 并且与对外交通干扰 ， 料场附近 无合适的开采加工场地， 在进行料源选择时首先予 以排除。 1 2 左岸傈傈沟变质砂岩料场 傈僳沟料场岩性为侏罗系蛇店组浅变质石英粉 西北 水 电 2 0 1 0年 第 1 期 3 9 细砂岩间夹少量泥质板岩 ， 岩石薄片鉴定 ， 为钙质细 粒长石砂岩， 矿物成份为石英含量 4 0 ， 长石含量 3 0 ， 白云母含量 1 ， 其它矿物含量约 占4 ； 填隙 物含量 7 0 ， 斜 长石 2 0 ， 石英 2 ， 黑 云母 1 2 ， 其它矿 物含量 约 1 。斑 状 结构 、 块状 构造 。 左岸料 场边坡 陡峻 ， 平均坡度 约 4 5 。5 5 。 ， 开采 时 易形成高边坡。岩体 中缓倾及 陡倾岸外裂隙发育 ， 边坡稳定性差 ， 开采条件较差 。右岸料场 山体相对 左岸料场平缓 ， 产地地形下部缓 、 上部陡 ， 自然边坡 角 2 8 。 一3 O 。 。 1 4工程 开挖 石碴 在工程基础开挖和地下洞室开挖时 ， 有大量的 砂岩及部分 正长岩石碴 ， 质量符合人 工骨料要求。 利用工程开挖的弃碴加工人工骨料 ， 成本低 ， 还可避 免占用大片弃碴场地 ， 应作 为一个重要的料源加 以 研究。工程开挖石碴主要为砂岩， 另有部分正长岩 ， 开挖总量 3 0 4 7万 m ， 可作混凝土骨料使用的石碴 2 4 3 7万 m 。 ， 考虑 开采 、 回采 、 运输等 损耗系数后 ， 开挖料 总利用量为 1 4 8 5万 m 。其 中砂岩 1 0 4 5 万 m 、 正长岩 4 4 0万 m 。 2 混凝 土骨料试验研究 南京水利科学研究 院、 中国水电顾 问集团西北 勘测设计研究院科研实验分院分别做 了骨料碱活性 对 比试验 。对砂岩 、 正长岩 、 灰岩 3种料源 ， 分别采 用岩相法 、 砂浆棒快速法、 混凝土棱柱体法开展骨料 碱活性分析试验及采用活性掺合料进行抑制骨料碱 活性试验。试验研究表 明： 灰岩 、 正长岩不存在碱活 性 ， 砂岩具有碱活性 ， 但 可以通过高掺 3 0 以上 的 粉煤灰予以抑制。 为了更好地 比较不 同骨料组合之间的力学性能 关系 ， 进行了“ 全砂岩、 全正长岩、 砂岩粗骨料+ 正长 岩细骨料、 正长岩粗骨料 + 砂岩细骨料” 4种不 同骨 料组合的混凝土力学性能试验 ， 试验结果见表 1 。 表 1 不 同骨料组合力学性能对比表 抗压强度 抗压弹模 轴拉强度 拉伸弹模 极限 拉仲 值 骨 料 组 合 二 2 8 d 9 o d 2 8 d 9 o d 2 8 d 9 o d 2 8 d 9 0 d 2 8 d 9 0 d 全砂岩 砂岩粗骨料+ 正长岩细骨科 正长岩粗骨料+ 砂岩细骨料 全正长岩 2 4 2 3 1 2 3 1 3 3 4 3 2 3 1 3 1 5 3 3 6 3 8 3 0 8 1 0 9 7 2 1 7 3 1 7 2 5 6 3 2 3 2 1 4 3 0 l 2 9 8 3 5 3 1 0 1 1 1 3 2 2 5 3 2 6 2 5 7 3 3 O 2 3 4 3 1 5 3 1 6 3 6 5 1 0 2 1 1 6 2 4 7 3 2 7 2 2 2 2 5 0 2 0 8 3 0 8 2 7 4 2 9 4 1 o 4 1 2 4 无论使用砂岩或正长岩作为混凝土骨料 ， 高掺 粉煤灰后混凝土的性能指标都满足规范要求 ， 但采 用不 同岩性骨料的混凝土性能指标有差异 。不同骨 料组合的混凝土力学性能试验表 明： 全砂岩混凝土 抗压 、 拉伸弹模最高 ， 极限拉伸值最小 ； 全正长岩混 凝土抗压 、 拉伸弹模最低 ， 极限拉伸值最 大； 2种骨 料组合的混凝土抗压、 拉伸弹模 、 极限拉伸值接近且 介于全砂岩和全正长岩混凝土之间； 9 0 d设计龄期 不同骨料组合的混凝土抗压强度相近。 混凝土力学性能、 热学性能试验综合表明： 正长 岩较砂岩骨料混凝土具有 “ 极限拉伸值 高、 弹模低、 强度相当、 导温及线膨胀系数小” 的特点 ， 正长岩骨 料混凝土性能总体上优于砂岩。 3 料源组合方案 3 1 可选 料源 可供该工程选择的料源有 4处 ， 分别为可利用 的工程开挖料 、 左岸傈僳沟 区砂岩料场 、 右岸正长 岩及正长斑岩料场 、 左岸正长岩及正长斑岩料场。 3 2砂石 N - r系统 设置 鲁地拉水 电站混凝土主要包括大坝碾压 、 厂房 常态 2部分。砂 石加 工系统的设置 可分为 2种情 况 ， 一是在左、 右岸各建 1个 系统 ， 左岸系统主要供 应大坝碾压混凝土骨料 ， 右岸系统主要供应厂房常 态混凝土骨料 ； 二是在左岸集中建设 1 个大型系统， 承担整个工程的混凝土骨料供应 。 3 3初拟 料源 组合 方案 根据工程区料源情况 、 场地情况及施工总布置 对砂石加工系统的要求 ， 初步拟定 以下 4个料源方 案进行分析比较 ， 具体见表 2 。 3 4方 案筛选 ( 1 )料场开采 比较 方案 1 ， 2的左岸系统料源主要考虑利用工程开 文宁， 运建勋 鲁地拉水电站混凝土骨料料源选择研究 挖料， 可以暂时不考虑料场开采费用。方案 1的右 岸正长岩毛料开采需要量为 1 3 0万 m ， 方案 2的右 岸正长岩毛料开采需要量为 2 0 0万 m 。 表 2 料源初拟方案表 + 。 加工系 刀 系 统位置 左岸 佃 片 系统 料髓 艨 料源 篓 嚣 茎 釜 譬 。 -，o -o 2 )大 坝 垫 层 混 凝 土 粗 细 骨 料 补 充 ：右 岸 正 长 岩 一 ) 厂 妻 妻 圭 右 岸 正 长 岩 料 场I3 7 2 13 0 0 2 ) 大 坝 常 态 混 凝 土 粗 细 骨 料 山 n 方案 3 ， 4的料 源均供应整个工程的混凝土骨 料 ， 方案 3采用左岸正长岩料场， 料场岩石分层严 重、 岩层倾 向河侧 ， 开采条件差 ， 开采后将形成高边 坡， 而高边坡需采取相应的工程措施加以治理， 会大 大增加工程投资。方案 4采用右岸正长岩料场 ， 方 案 3 ， 4毛料量均为 3 0 0万 i n 。 从料源的开采条件上 比较， 方案 1 ， 2的开采量 、 开采范围远少于方案3 ， 4 ， 开采的总体费用相对较小。 从开采条件上 比较 ， 方案 1 ， 2明显优于方案 3 ， 4 。 ( 2 ) 料源的运输距离比较 方案 1 ， 2的左岸系统采用的工程开挖弃碴倒运 场 ， 拟设置在紧邻左岸砂石加工系统的下游场地 ， 倒 运距离在 0 3 k m 以内。右岸的正长岩及正长斑岩 料场如运输到左岸砂石系统加工， 需要将毛料运输 过江， 运距约 1 5 k m。从运输条件及运输费用上 比 较 ， 方案 1 ， 2优于方案 3 ， 4 。 ( 3 )初步比较结果 综合对 比分析后可以定性看出方案 1 ， 2明显优 于方案 3 ， 4 ， 所 以首先否定方案 3 ， 4 ， 选择方案 1 ， 2 做进一步的分析 比较。 4 方案 l ， 2比较 4 1 方案 1的成品骨料供应 大坝碾压混凝土成品骨料需要量 3 7 4 8万 t ， 砂 岩毛料量4 5 7 8万 t ， 在左岸砂石系统加工。厂房、 大 坝常态混凝土成品骨料需要量 2 8 4 3万 t ， 正长岩毛 料量 3 4 7 9万 t ； 其 中厂房常态骨料在右岸砂石加工 系统加工 ， 大坝常态骨料需要量 4 2 3 万 t ， 左、 右岸系 统均可供应。方案 1的成品骨料需要量具体见表 3 。 表 3 方案 1 成品骨料 需用量表 由于大坝坝体上部结构中的表孔、 底孔 闸墩及 堰面等工程部位为常态结构混凝土， 其粉煤灰的掺 量低于碾压混凝土， 对骨料的碱活性抑制作用相对 较弱 ， 为保证工程质量 ， 应采用无碱活性的正长岩骨 料。 根据施工总体规划 ， 坝体的混凝土由左岸拌和 系统提供， 坝体常态 4 2 3万 t 正长岩骨料供应有 2 种方式 ： 方式 1 从右岸正长岩料场运输毛料到左岸 系统加工； 方式 2由右岸系统提供正长岩骨料。 如果采取方式 1 ， 从右岸正长岩料场运输毛料 到左岸系统加工 ， 存在左岸系统毛料来源不统一 ， 左 岸系统在加工过程 中会造成砂岩、 正长岩混合生产 的问题， 生产管理有较大难度； 如果采取方式 2 ， 由 右岸系统提供正长岩成 品骨料， 用汽车将成品骨料 运输到左岸系统的料堆 ， 运输灵活， 管理方便。坝体 上部常态浇筑时间在工程后期 ， 高峰浇筑强度与右 岸地下厂房的浇筑高峰不重合 ， 因此右岸系统的规 模也无需扩大。 综上所述 ， 坝体上部常态结构混凝土正长岩骨 料的供应采用方式 2 ， 即由右岸系统提供成品骨料 ， 运输到左岸系统 的成品料堆。 4 2 方 案 2的成 品骨料供 应 方案 2中的毛料料源、 系统的布置场地基本和 方案 1 相同， 只是两岸系统提供的成 品骨料品种有 所不同， 方案 2的成品骨料需要量具体见表 4 。 大坝碾压混凝土需要成品粗骨料 2 4 4 8 万 t ， 岩 性为砂岩， 毛料量为 3 2 2 0万 t ， 在左岸砂石系统加 工， 系统只提供成品粗骨料 ， 在加工过程 中产生的砂 岩细骨料作弃料处理。 厂房 、 大坝常态混凝土骨料岩性为正长岩， 在右 岸系统加工 ， 一是提供右岸厂房 、 左岸大坝所需 的常 态混凝土粗、 细骨料 2 8 4 3万 t ， 二是提供左岸大坝 碾压混凝土所需的成品细骨料 1 3 0万 t 。成品骨料 西北 水 电 2 0 1 0年 第 1期 4 1 总量 4 1 4 3万 t ， 毛料量为 5 3 2 7万 t 。 表 4 方案 2成 品骨料需用量表 4 3技术 绎济 比较 根据可利用的开挖料数量、 岩性及料场开采设 计 、 砂石系统设计 ， 将方案 1 ， 2的技术及经济条件进 行对 比分析 ， 见表 5 。 表 5 方案技术经济对 比表 2可利 用开 挖料总 量 砂岩1 o 4 万m 、 正长岩4 4 万m ， 合计1 4 8 万n l 。 成品骨料总 开挖料加工成品单价： 粗骨料3 0 5 f r m ， 细骨料5 9 3 6 f u m ； 价( 含采运、开采料加工成品单价： 粗骨料4 2 9 元 m 。 ， 细骨料6 7 6 6 Y r m 3 。 覆盖层摊销) 1 9 5 6 3 万元 2 0 6 0 8 万元( 含石屑1 0 0 6 万元) 料场支护 3 5 8 万元 4 8 3 万元 8 14 , 左岸砂石系统： 2 8 3 5 万 左岸砂石系统： 2 6 7 0 万 系 统建厂费 右岸砂石系统： 1 9 2 3 万 右岸砂石系统： 2 8 5 0 万 。 合计：4 7 5 8 万元 合计： 5 5 2 0 万元 总投资 2 4 6 7 9 万元 2 6 6 1 1 万元 投资 差值0 0 + 1 9 3 2 万元 5 推荐方案 从上述 比较可以看出 ， 方案 1和方案 2的料源 方案 、 加工工艺流程基本相 同， 但 2个方案经济指标 有差异 ， 采用不 同骨料混凝土的性能也存在差异 。 ( 1 )经济 比较结果看 ， 方案 1较方案 2可以减 少工程投资约 1 9 3 2万元。 ( 2 )方案 1的碾压混凝土骨料为砂岩粗 、 细骨 料 ， 方案 2的碾压混凝土骨料为砂岩粗骨料+ 正长 岩细骨料 ， 从混凝土性能上 和降低骨料碱 活性 的影 响上 ， 方案 2优于方案 1 。 ( 3 )虽然方案 1在经济指标上有一定的优势 ， 但从保证工程 的质量角度出发， 最终将方案 2作 为 推荐方案。 6 需要进一步研究的问题 推荐的方案 2中左岸砂石系统按 照“ 只生产粗 骨料 、 石屑弃料” 的原则进行整个系统 的工艺流程 设计及设备配置。需要的毛料量为 1 2 0万 i n ， 工程 可提供 1 0 4万 I n 砂岩开挖料 ， 其余 1 6万 i n 为正长 岩开采料 ， 这 1 2 0万 I n 毛料在加工过程中伴生的石 屑总产量约为 5 0万 t ， 其中砂岩石屑 4 3万 t 、 正长岩 石屑 7万 t ， 石屑的级配连续性较差、 针片状含量高 、 细度模数偏高， 一般在 3 0以上。 成品粗骨料概算价格 大约是 3 0 m ， 成品人 工砂料概算价格大约是 6 O m。 ， 石屑弃料按粗骨 料价格计 ， 价值约 l 5 0 0万元 ， 如果经整形加工变成 成品砂 ， 价值约 3 0 0 0万元 。如果能将其用于其它 临建工程 中， 将大大降低工程投资 ， 所 以需要结合鲁 地拉的工程特点对石屑的利用作进一步的研究。 参考文献 ： I 中国水电顾 问集团西北勘 测设计研究 院 金沙 江鲁地 拉水 电 站工程料源选择及砂石系统专题报告 R 2 0 0 8 2 南京水利科学研究 院 金沙 江鲁地拉水 电站人 工骨料碱 活性 试验 R 2 0 0 6 3 南京水利科学研究 院 金沙 江鲁地拉水 电站人工 骨料碱 活性 补充试验 R 2 0 0 7 4 南京水利科学研究 院 金沙江鲁 地拉水 电站复合 骨料碱 活性 试验 r t 2 0 0 8 5 中国水 电顾问集 团西 北勘测设计 研究 院 金 沙江鲁 地拉水 电 站混凝土配合 比试验 报告 R 2 0 0 7 6 中国水电顾 问集团西北 勘测设计研 究院 金 沙江鲁地 拉水 电 站工程混凝 土补充试验报告 f R 2 0 0 8