大崗山水電站大壩人工砂含水率質量問題的研究

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境內，水電站工程樞紐主要由擋水、泄洪消能和引水發電等建筑物組成。混凝土雙曲拱壩壩高210m，壩頂厚度10m，壩底厚度52m，壩身設4個深孔泄洪，右岸設置1條泄洪洞，地下廠房布置在左岸山體內。本工程任務主要為發電，裝機4臺，總裝機容量2600MW，年發電量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，砂石系統生產規模按滿足混凝土澆筑高峰期月強度約16.5萬m3，設計成品料生產能力約1100 t/h，其中人工砂生產能力約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致混凝土強度波動，對混凝土強度、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，由于砂的含水量超標，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，脫水時間相應縮短，成品砂含水率出現偏高現象，成品砂含水率平均值達9.3%以上，嚴重偏離設計允許值，且堆存脫水時間過長。嚴重影響主體工程質量。

目前國內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，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，砂的入倉含水率15%～17%時，初期約48h內脫水速度快，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時間。

3、原因分析及要因確認

項目部運用頭腦風暴法集思廣益，圍繞影響成品砂含水率過高的各種因素進行分析，共提出了生產能力不足、平均日供應量超過設計指標、成品砂倉設計容積偏小、排水盲溝堵塞、石粉含量偏高、有保水顆粒（粘性成份）、不合格砂進入砂倉、砂倉分倉不合理、進料小車移動管理不善、供砂點選擇錯誤、砂倉邊坡截排水系統不完善、供料時未關掉除塵噴霧、放料弧門滴水等以上14條原因進行了分析，最終確定成因為：要因確定。

4、質量問題控制措施

4.1 料源控制

在毛料開采前，現場進行爆破試驗。優選石料開采的爆破參數，控制石料最大粒徑不超過1000mm，滿足粗碎進料要求；毛料開采作業實行準采證制度，層層檢驗、復核，確認巖石質量合格后才簽發準采證，進行開采作業；開采過程中，如遇有比較集中的軟弱帶或夾泥時，一律清除，確保可用料內不混雜廢渣料；及時進行石料場巖石質量取樣檢驗，并將成果報送審批；改進爆破效果，減小毛料爆破粒徑；爆破后，及時劃定分界線并做好標識；同時做好毛料或棄料的標識，禁止車輛混裝、運。

4.2 試驗檢測

試驗室統一按照《水工混凝土砂石骨料試驗規程》（DL/T 5151）規定的方法進行試驗。

系統正常開機30min后，試驗人員每小時對成品加工系統巡檢一次，記錄生產設備運行情況、開機組合情況及棒磨機制砂車間砂細度模數目測值，對巡檢發現的質量問題及時糾正并做好記錄。

試驗室需分別對系統各入倉皮帶骨料和銷售皮帶骨料進行取樣檢測，檢驗頻次為：

1）生產過程檢測：

①各車間產砂、膠帶機入倉砂每班（8h）取樣1次，檢測細度模數、石粉含量等指標；其他跟巖石特性有關的指標每月檢測一次。

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；其他跟巖石特性有關的指標每月檢測一次。

2）出廠檢測：

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

②成品粗骨料在成品骨料膠帶機上取樣，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備

在干法制砂（三篩）出料端增設四臺洗砂和配套的脫水設備，洗去砂中的保水顆粒（粘土成份），系統改造增加的設備見圖4-1中的虛線框。

通過多次的對比試驗，對成品砂進行全面沖洗攪拌后，成品砂含水率在堆存初期降幅明顯，隨著堆存時間的加長（7天內）含水率可降至設計及規范要求值，且處于較為穩定的狀態。

根據對比試驗所取得的成果，確定含水率過高的要因為成品砂生產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備，對干法制砂機生產的人工砂進行沖洗攪拌后，方可確保所生產的成品砂含水率在規定的運轉周期內自然脫水至滿足規范要求。

5、質量控制效果驗證

通過以上措施的實施，對成品砂進行沖洗攪拌后,清除了成品砂中的保水顆粒，雖然入倉時的含水率偏高,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%。根據成品砂堆場容量及成品砂供應強度，按堆存時間8天一個循環考慮，成品砂含水率最低可以降至5.5%。

6、小結

通過大崗山水電站人工砂含水率質量問題的研究，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影響均不同，結合同類工程的實施經驗，通過生產摸索最終確定了適應大崗山砂石系統成品砂脫水的處理方案。確定采用增設洗砂機沖洗攪拌砂料中保水顆粒以提高脫水效果的工藝措施，經過生產運行，成品砂含水率滿足設計要求，為今后類似工程設計、施工積累了寶貴的工程經驗。