龙滩水电站碾压混凝土及其骨料生产工艺研究.doc

龙滩水电站高强度碾压混凝土生产及其骨料加工工艺研究

摘要：龙滩碾压混凝土重力坝坝高达216m，碾压混凝土生产质量要求高，生产规模大。设计选用抗压强度适中、混凝土线膨胀系数低的二迭系灰岩作为混凝土骨料料源；采用技术先进的骨料加工工艺和混凝土生产工艺；主要生产设备选用国际先进、质量可靠的设备；砂石加工、混凝土生产系统布置紧凑合理；采用长距离带式输送机输送混凝土骨料。生产的碾压混凝土质量优良，符合相关规范要求，从而为龙滩碾压混凝土重力坝成为优质工程创造了必要的条件。

关键词：骨料加工、碾压混凝土生产、长距离带式输送机。

1 工程概况
龙滩水电站是红水河梯级开发中的骨干工程，位于广西壮族自治区天峨县境内的红水河上，坝址距县城15km。工程以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益。工程枢纽布置为：碾压混凝土重力坝；泄洪建筑物布置在河床坝段，由7个表孔和2个底孔组成；左岸布置地下引水发电系统，装机9台；右岸布置通航建筑物，采用二级垂直提升式升船机。工程按正常蓄水位400m设计(坝高216m)，初期按375m建设，电站装机容量分别为5400MW与4200MW。
根据施工总体规划安排，大坝右岸混凝土生产系统（以下简称混凝土系统）主要担负大坝和围堰工程混凝土的供应任务，其所需混凝土骨料，由大法坪砂石加工系统（以下简称砂石系统）供应。
根据施工总进度安排，大坝右岸混凝土浇筑高峰月强度为30万m3 (其中碾压混凝土22.7万m3，常态混凝土7.3万m3)。大坝和围堰工程混凝土量共计641.63万m3（大坝按375.00m水位建设时），其中碾压混凝土431.96万m3，常态混凝土209.67万m3。共需生产成品骨料1412万t，其中粗骨料939万t、细骨料473万t。
2 主要设计原则
（1）混凝土系统按既能生产三级配碾压混凝土，又能生产四级配常态混凝土进行设计。砂石系统按既能生产三级配碾压混凝土骨料，又能生产四级配常态混凝土骨料进行设计。
（2）砂石系统、混凝土系统生产规模按混凝土浇筑高峰强度30万m3／月设计，并考虑适当的负荷系数。
（3）砂石系统厂址应尽可能靠近大法坪灰岩料场；混凝土系统厂址应尽可能靠近大坝混凝土浇筑区。
（4）主要生产设备应选用国际先进设备，且单机生产能力大，以满足高强度持续生产的需要。
3 碾压混凝土骨料生产工艺研究
3.1 龙滩碾压混凝土骨料质量要求
龙滩碾压混凝土骨料质量要求与常态混凝土骨料基本相同，主要不同点在于：
（1）规范要求“碾压混凝土用砂的石粉（d ≤0.16mm的颗粒）含量宜控制在10％～22％；常态混凝土用砂的石粉含量宜控制在6％～18％”。为保证龙滩工程碾压混凝土质量，根据试验成果，设计提出“龙滩工程碾压混凝土用砂的石粉含量应控制在16％～20％；常态混凝土用砂的石粉含量应控制在12～16％”。

（2）常态混凝土骨料以四级配为主，碾压混凝土骨料以三级配为主，即碾压混凝土骨料的平均粒径较细，所需破碎比较高。
3.2 龙滩碾压混凝土骨料生产工艺特点
3.2.1生产规模巨大
大法坪砂石系统是国内已建水电工程中最大的砂石系统，系统按两班制生产设计，生产能力2000t/h，处理能力2500 t/h，能满足混凝土浇筑高峰强度30万m3／月的骨料供应要求。
3.2.2骨料料源质量较好
混凝土骨料料源为大法坪灰岩料场，岩性为二迭系厚层灰岩夹白云质灰岩，储量丰富(可采储量为1467万 m3)，质量符合相关规范要求。
岩石平均面干饱和抗压强度为80MPa，软化系数0.85～0.9，混凝土线膨胀系数5～6×10－6　℃－1，岩石开挖等级为10级，属中等可碎性岩石。料场地表基岩裸露，岩层中局部夹泥。
3.2.3 料场开采工艺独特
针对料场高差大（顶部与底部高差近300m）、运输总量大、运输强度高的特点，招标设计和实施设计阶段采用了不同的料场开采运输方案。
招标设计方案：采用带式输送机结合深溜井（井深280m）取代常态自卸汽车运输石料，石料经移动颚式破碎机（3台）破碎——移动带式输送机——深溜井（2座）——巷道内带式输送机——半成品堆场。该方案采用深溜井解决料场石料垂直运输问题，所运输石料粒径较小（≤400mm），可防止溜井堵塞；运输距离较短，可有效降低石料运输费用；井内运输对周边环境影响较小。
实施设计方案：前期采用梯级料堆（三级）垂直运输方式，石料经装载设备（或自卸汽车运输）——2台移动颚式破碎机（布置在开采工作面或料场一侧）——带式输送机——3个梯级料堆（垂直落差分别为75 m＋55m＋125m）——半成品堆场。中、后期在半山腰增设1个浅溜井(井深约80 m)，井下布置2台固定颚式破碎机。该方案主要采用梯级料堆解决料场石料垂直运输问题，土建投资相对较低，但由于灰岩石料抗压强度不高（岩石平均饱和抗压强度80MPa），石料经梯级料堆“三级跳”（第三级落差达125m），造成石料一定程度破碎，且运行期间落料扬尘对周边环境造成一定影响。
3.2.4 生产工艺先进适用

砂石系统以生产三级配碾压混凝土骨料为主，同时也能生产四级配骨料。工艺流程按粗碎开路、中细碎和筛分构成闭路生产粗骨料，超细碎和筛分构成闭路生产人工砂为主、棒磨机制砂为辅进行设计。针对碾压混凝土用砂石粉含量高的特点，专门设置了石粉回收工艺。该工艺流程能灵活调整混凝土骨料生产级配, 有效控制成品骨料、特别是细骨料的质量。
3.2.5 系统布置顺畅合理
砂石系统位于坝址右岸下游约4.5km处(直线距离)，靠近大法坪灰岩料场山脚下布置。砂石系统由半成品堆场、第一筛分洗石车间、第二筛分车间、中细碎车间、超细碎车间（制砂）、第三筛分车间、成品堆场、给排水工程、废水处理工程、供配电工程及临时设施等组成。各车间、设施沿缓坡地形自上而下呈阶梯形布置，半成品堆场靠近料场侧布置，成品堆场出料与骨料输送线衔接，砂石系统总体布置顺畅合理。
3.2.6 设备配置先进可靠
为保证高强度、大规模连续生产混凝土骨料，砂石系统破碎、洗石及石粉回收设备采用国际先进设备，其他设备采用国内大型设备生产厂家质量较好的设备。主要设备单机生产能力大，同类设备配置2台或2台以上，同时考虑适当的设备负荷率，以提高砂石系统运行的可靠性。根据项目特点，首次在国内水电工程采用大型移动颚式破碎机和圆筒洗石机。
3.2.7 骨料输送连续稳定
针对工程施工区山势陡峻，公路运输运距远（运距约8.0km）、费用高的特点，采用长距离带式输送机（机长4.0km）取代自卸汽车从大法坪砂石系统输送成品骨料至大坝混凝土系统，既缩短运距，又降低运输单价，从而大大节省骨料运输费用。
龙滩工程在国内水电行业首次采用长距离（4.0km）、大运量（3000t/h）、高带速(4m/s)的带式输送机运输成品骨料，该机采用动态分析等先进手段进行辅助设计，选用具有国际先进水平的CST软起动驱动装置、钢绳芯输送带、托辊、轴承等设备及部件，保证了带式输送机的长期、连续、稳定运行，工程建设期间，共输送成品骨料约1500万t。该带式输送机的成功运行，为今后在类似工程项目推广应用，取得了有益的经验。
4 碾压混凝土生产工艺研究
4.1 龙滩碾压混凝土质量要求
碾压混凝土由中热硅酸盐水泥、粉煤灰、水、骨料和外加剂组成。碾压混凝土配合比设计应能满足所要求的工作度、强度、抗渗性、抗裂性和耐久性及层面抗剪断的要求。大坝碾压混凝土参考配合比见表4.1―1。大坝碾压混凝土温控标准见表4.1―2。

表4.1－1 大 坝 碾 压 混 凝 土 参 考 配 合 比
设 计 指 标
坝 体 部 位
下部RI
(碾压混凝土)
中部RII
(碾压混凝土)
上部RIII
(碾压混凝土)
上游面RⅣ
(碾压混凝土)

上游面变态混凝土CbI

设计强度等级
C18
C15
C10
C18
C18
水胶比
0.42
0.46
0.51
0.42
0.42
最大骨料粒径/级配
80/三
80/三
80/三
40/二
40/二
粉煤灰掺量(kg/m3)
110
105
105
140
140
水泥用量(kg/m3)
90
75
60
100
100＋A
Vc值(s)/坍落度(cm)
5―7
5―7
5―7
5―7
坍落度1―2
注：表中A为坝体上游面变态混凝土现场掺入的水泥及掺合料浆用量。变态混凝土现场掺入的水泥及掺合料浆液体积为该部位二级配碾压混凝土体积的5%~10%。

表4.1―2 大 坝 碾 压 混 凝 土 温 控 标 准 表
浇 筑 部 位
允 许 温 度
月 份
3、11
4、10
5~9
基础强约束区
(0~0.2)L
允许浇筑温度
［ＴP］(℃)
17
17
17
允许最高温度
[Tmax](℃)
31
31
31
基础弱约束区
(0.2~0.4)L
允许浇筑温度
［ＴP］(℃)
≤20
20
20
允许最高温度
[Tmax](℃)
≤34
34
34
上部(0.4L以上)
允许浇筑温度
［ＴP］(℃)
≤20
22
22
允许最高温度
[Tmax](℃)
34
36
36
注：1表中L为混凝土浇筑块的最大边长；2浇筑温度系指碾压混凝土碾压完毕，覆盖上层混凝土前，离混凝土表面深10cm处的混凝土温度；3在 12~2月低温季节浇筑时段，混凝土浇筑温度可为自然入仓温度。

4.2 龙滩碾压混凝土生产工艺特点
4.2.1 生产规模巨大
为满足大坝混凝土（主要为碾压混凝土）浇筑强度要求，混凝土生产系统生产规模按1080 m3/h，三班制生产进行设计。在坝址右岸分设两个混凝土生产系统，高程308.500m系统设计生产能力600m3/h，高程360.000m系统设计生产能力480m3/h。混凝土生产总量545.45万m3。
4.2.2 温度控制要求较高
根据温度控制要求，为保证高温季节碾压混凝土的出机口温度不高于12℃，采用二次风冷粗骨料、适量加低温水搅拌的方式对混凝土进行预冷；为保证常规混凝土的出机口温度不高于10℃，采用二次风冷粗骨料、加冰及低温水搅拌的方式对混凝土进行预冷。
4.2.3 生产工艺先进适用
成品骨料经骨料输送线由大法坪砂石系统运至右岸混凝土系统骨料罐储存。骨料罐内的粗骨料按混凝土配比混合放料，经带式输送机送入筛洗脱水车间，筛洗脱水后的粗骨料分级进入骨料调节料仓，然后由带式输送机送入混凝土搅拌楼；细骨料则直接经带式输送机送入混凝土搅拌楼。
水泥、粉煤灰经散装水泥罐车由南丹铁路中转站运至右岸混凝土系统，气送入罐储存，然后采用喷射泵气送进入搅拌楼。
4.2.4 系统布置紧凑合理
右岸混凝土系统布置于右岸坝线下游约350m处(直线距离)，厂区地形较为陡峻。根据现场地质、地形条件，并结合混凝土输送线设置，分高程布置2个混凝土系统，高程360.00m系统布置在右岸边坡开挖形成的平台上；高程308.50m系统布置在通航建筑物一期开挖形成的平台上。混凝土系统由混凝土搅拌楼、骨料储运系统、水泥和粉煤灰储运系统、混凝土预冷系统、外加剂配制车间、废水处理设施以及其它辅助设施组成。混凝土系统布置紧凑合理，两个系统总占地面积仅为9.4万m2。
4.2.5 设备配置先进可靠
为保证高强度、大规模连续生产碾压或常态混凝土，混凝土生产的关键设备——拌和楼采用国际先进设备，其他设备采用国内大型设备生产厂家质量较好的设备。主要设备单机生产能力大，同类设备配置2台或2台以上，同时考虑适当的设备负荷率，以提高混凝土系统运行的可靠性。为满足大规模生产碾压混凝土的需要，首次在国内水电工程采用2×6m3强制式拌和楼。
5 小结
龙滩碾压混凝土重力坝坝高达216m，碾压混凝土生产质量要求高，生产规模大。设计选用抗压强度适中、混凝土线膨胀系数低的二迭系灰岩作为混凝土骨料料源；采用技术先进的骨料加工工艺和混凝土生产工艺；主要生产设备选用国际先进、质量可靠的设备；砂石加工、混凝土生产系统布置紧凑合理；采用长距离带式输送机输送混凝土骨料。生产的碾压混凝土质量优良，符合相关规范要求，从而为龙滩碾压混凝土重力坝成为优质工程创造了必要的条件。

作者简介：谭建平 男 50岁 中南勘测设计研究院高级工程师
1983年以来，作者一直从事水电工程施工工厂设施的设计及监理工作。曾参加过五强溪、三板溪、龙滩、向家坝等数十个大中型水电工程砂石加工、混凝土生产系统的设计工作及三峡工程两大人工砂石加工系统的建设监理工作。作者曾主编《水电水利工程砂石加工系统设计导则》，修编《水利水电工程施工组织设计规范》的“施工工厂设施”有关章节。