大崗山水電站大壩人工砂含水率質(zhì)量問題的研究

謝姣芳

中國水利水電第八工程局有限公司

1、工程概況

大渡河大崗山水電站位于大渡河中游的四川省雅安市石棉縣挖角鄉(xiāng)境內(nèi)，水電站工程樞紐主要由擋水、泄洪消能和引水發(fā)電等建筑物組成。混凝土雙曲拱壩壩高210m，壩頂厚度10m，壩底厚度52m，壩身設(shè)4個(gè)深孔泄洪，右岸設(shè)置1條泄洪洞，地下廠房布置在左岸山體內(nèi)。本工程任務(wù)主要為發(fā)電，裝機(jī)4臺，總裝機(jī)容量2600MW，年發(fā)電量114.5億kw.h，水庫正常蓄水位1130m，水庫總庫容7.42億m3。

主體工程混凝土骨料采用人工砂石料，砂石系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模按滿足混凝土澆筑高峰期月強(qiáng)度約16.5萬m3，設(shè)計(jì)成品料生產(chǎn)能力約1100 t/h，其中人工砂生產(chǎn)能力約330t/h，毛料處理能力約1400 t/h。

2、主要問題

大崗山水電站為雙曲高拱壩（壩高210m），溫控要求較高，尤其是高溫施工時(shí)段大壩混凝土溫控的重要性更為突出。

成品砂含水率偏高會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度波動，對混凝土強(qiáng)度、極限拉伸值、抗凍和抗裂性能均有不同程度影響。夏季施工時(shí)，由于砂的含水量超標(biāo)，占用了部份拌和用水量，造成混凝土拌和物中無法加到足夠的冰來降低混凝土機(jī)口溫度，對溫控防裂極其不利。

2012年6月以后，隨著成品砂用量增加，脫水時(shí)間相應(yīng)縮短，成品砂含水率出現(xiàn)偏高現(xiàn)象，成品砂含水率平均值達(dá)9.3%以上，嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)允許值，且堆存脫水時(shí)間過長。嚴(yán)重影響主體工程質(zhì)量。

目前國內(nèi)水電工程用于人工砂脫水的方法和工藝主要有篩分脫水，真空脫水，離心脫水等方式，其中真空脫水和離心脫水效果好，但處理能力低，投資和運(yùn)行成本較高。篩分脫水均采用振動篩脫水，脫水處理能力高，但脫水效果較差。

國內(nèi)水電工程人工砂脫水普遍采用人工砂堆存脫水，正常情況堆存脫水5～7d后可使含水率降低到6%以內(nèi)，受人工砂石粉含量多少及初始含水率的不同而不同。一般情況石粉含量在10%～17%范圍內(nèi)，砂的入倉含水率15%～17%時(shí)，初期約48h內(nèi)脫水速度快，一般可使含水率降低到8%～10%，再降低到6%左右脫水速度明顯減慢，一般需要3～5d時(shí)間。

3、原因分析及要因確認(rèn)

項(xiàng)目部運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法集思廣益，圍繞影響成品砂含水率過高的各種因素進(jìn)行分析，共提出了生產(chǎn)能力不足、平均日供應(yīng)量超過設(shè)計(jì)指標(biāo)、成品砂倉設(shè)計(jì)容積偏小、排水盲溝堵塞、石粉含量偏高、有保水顆粒（粘性成份）、不合格砂進(jìn)入砂倉、砂倉分倉不合理、進(jìn)料小車移動管理不善、供砂點(diǎn)選擇錯(cuò)誤、砂倉邊坡截排水系統(tǒng)不完善、供料時(shí)未關(guān)掉除塵噴霧、放料弧門滴水等以上14條原因進(jìn)行了分析，最終確定成因?yàn)椋阂虼_定。

4、質(zhì)量問題控制措施

4.1 料源控制

在毛料開采前，現(xiàn)場進(jìn)行爆破試驗(yàn)。優(yōu)選石料開采的爆破參數(shù)，控制石料最大粒徑不超過1000mm，滿足粗碎進(jìn)料要求；毛料開采作業(yè)實(shí)行準(zhǔn)采證制度，層層檢驗(yàn)、復(fù)核，確認(rèn)巖石質(zhì)量合格后才簽發(fā)準(zhǔn)采證，進(jìn)行開采作業(yè)；開采過程中，如遇有比較集中的軟弱帶或夾泥時(shí)，一律清除，確保可用料內(nèi)不混雜廢渣料；及時(shí)進(jìn)行石料場巖石質(zhì)量取樣檢驗(yàn)，并將成果報(bào)送審批；改進(jìn)爆破效果，減小毛料爆破粒徑；爆破后，及時(shí)劃定分界線并做好標(biāo)識；同時(shí)做好毛料或棄料的標(biāo)識，禁止車輛混裝、運(yùn)。

4.2 試驗(yàn)檢測

試驗(yàn)室統(tǒng)一按照《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 5151）規(guī)定的方法進(jìn)行試驗(yàn)。

系統(tǒng)正常開機(jī)30min后，試驗(yàn)人員每小時(shí)對成品加工系統(tǒng)巡檢一次，記錄生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行情況、開機(jī)組合情況及棒磨機(jī)制砂車間砂細(xì)度模數(shù)目測值，對巡檢發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題及時(shí)糾正并做好記錄。

試驗(yàn)室需分別對系統(tǒng)各入倉皮帶骨料和銷售皮帶骨料進(jìn)行取樣檢測，檢驗(yàn)頻次為：

1）生產(chǎn)過程檢測：

①各車間產(chǎn)砂、膠帶機(jī)入倉砂每班（8h）取樣1次，檢測細(xì)度模數(shù)、石粉含量等指標(biāo)；其他跟巖石特性有關(guān)的指標(biāo)每月檢測一次。

②粗骨料入倉每班（8h）取樣1次，檢測超徑含量、遜徑含量、中徑篩余量及含泥量等指標(biāo)；其他跟巖石特性有關(guān)的指標(biāo)每月檢測一次。

2）出廠檢測：

①成品砂在成品砂膠帶機(jī)上取樣，每600～1200T取樣1次，檢測細(xì)度模數(shù)、石粉含量及含水率等指標(biāo)；

②成品粗骨料在成品骨料膠帶機(jī)上取樣，每2000T取樣1次，檢測超徑含量、遜徑含量、中徑篩余量、針片狀顆粒含量及含泥量。

4.3 增加保水顆粒沖洗設(shè)備

在干法制砂（三篩）出料端增設(shè)四臺洗砂和配套的脫水設(shè)備，洗去砂中的保水顆粒（粘土成份），系統(tǒng)改造增加的設(shè)備見圖4-1中的虛線框。

通過多次的對比試驗(yàn)，對成品砂進(jìn)行全面沖洗攪拌后，成品砂含水率在堆存初期降幅明顯，隨著堆存時(shí)間的加長（7天內(nèi)）含水率可降至設(shè)計(jì)及規(guī)范要求值，且處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

根據(jù)對比試驗(yàn)所取得的成果，確定含水率過高的要因?yàn)槌善飞吧a(chǎn)過程中存在保水顆粒（粘性成份），透水性差，影響成品砂的自然脫水效果，有必要增加四臺套洗砂脫水設(shè)備，對干法制砂機(jī)生產(chǎn)的人工砂進(jìn)行沖洗攪拌后，方可確保所生產(chǎn)的成品砂含水率在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)自然脫水至滿足規(guī)范要求。

5、質(zhì)量控制效果驗(yàn)證

通過以上措施的實(shí)施，對成品砂進(jìn)行沖洗攪拌后,清除了成品砂中的保水顆粒，雖然入倉時(shí)的含水率偏高,但堆存脫水速度明顯加快,第6天成品砂的含水率降至5.8%；第8天降至5.5%。根據(jù)成品砂堆場容量及成品砂供應(yīng)強(qiáng)度，按堆存時(shí)間8天一個(gè)循環(huán)考慮，成品砂含水率最低可以降至5.5%。

6、小結(jié)

通過大崗山水電站人工砂含水率質(zhì)量問題的研究，得出不同的料場和石料的特性對成品骨料的各類性能和指標(biāo)影響均不同，結(jié)合同類工程的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，通過生產(chǎn)摸索最終確定了適應(yīng)大崗山砂石系統(tǒng)成品砂脫水的處理方案。確定采用增設(shè)洗砂機(jī)沖洗攪拌砂料中保水顆粒以提高脫水效果的工藝措施，經(jīng)過生產(chǎn)運(yùn)行，成品砂含水率滿足設(shè)計(jì)要求，為今后類似工程設(shè)計(jì)、施工積累了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。