觀音閣水庫采料場采運能力和砂石儲備量計算初探

姜濤

（遼寧省水利水電科學研究院，遼寧沈陽110003）

觀音閣水庫采料場采運能力和砂石儲備量計算初探

姜濤

（遼寧省水利水電科學研究院，遼寧沈陽110003）

工作制度和砂石的需要量是砂石料的采運能力的2個重要因素，制定合理的工作制度以及選擇采料場在整個混凝土施工過程中具有十分重要的作用，本文從料場選擇的原則和方法、料場選擇、采運能力和砂石儲備量的計算4個方面對觀音閣水庫采料場進行了詳盡分析，旨在確保工程建設能夠順利進行，保證工程質量。料場的選擇及采運能力的合理計算關系到砂石混凝土系統設計方案的合理性，因而開始就對砂石儲備量進行了詳細勘察，以便形成生產能力，確保工程施工順利進行，使得工程質量得到保證。

采運能力；砂石儲備量；采料場；計算

1概述

觀音閣水庫大壩混凝土使用的砂石料主要來自小市鎮上堡料場。它位于壩址下游1～3km處，太子河右岸，料場呈長2.2km，寬0.3～0.6km的長條狀，層厚一般為4～6m，經勘探儲量為5.68×106m3。其次是泉水料場，距壩址上游2～7km，經勘探儲量為6.17×106m3。由于壩基開挖干擾等原因，僅在1991～1992年從泉水料場開采混合料4.687×105m3，2個料場開采量182萬m3滿足了觀音閣水庫工程計劃混凝土總量200萬m3左右的骨料需求。砂石料取自5km內的自然河道，級配合理，配合比采用四級配骨料。

砂石料篩分樓共布置4套，生產能力400m3/h，日產量為6000m3，滿足觀音閣水庫工程日最高混凝土澆筑強度5300m3的要求。篩分后的成品料分別堆放6處，即粗砂（3～5mm）可貯存5×103m3；細砂（0～3mm）可貯存3.9×104m3；G4（5～20mm）2.7×104m3；G3（20～40mm）2.7×104m3；G2（40～80mm）3.0×104m3；G1（80～120mm）2.2×104m3，合計1.5×105m3，相當于月混凝土澆筑的最高用量。從成品料堆至調節料倉有二次篩分設備，將G1、G2、G3的遜徑篩除，其篩余料棄至料場堆放。砂石調節料倉容量相當于拌和樓8h產量。

2料場選擇的原則和方法

在進行料源規劃時首先要了解砂石料的需求、流域（或地區）的近期規劃、料源的狀況，以確定是建立流域或地區的砂石生產基地還是工程專用的砂石生產系統。應充分考慮自然景觀、珍稀動植物、文物古跡保護方面的要求，將料場開采后的景觀、植被恢復（或美化改造）列入規劃之中，在進行經濟比較時應計入這方面的投資。根據工程的設計要求與混凝土的試驗資料，以確定各級以及總的砂石需用量。混凝土級配的試驗和選定，應結合料源的實際情況，通過綜合的技術經濟比較確定，一般骨料利用率應在85%以上，若低于85%，應調整需用級配，或在加工系統中設級配調整設施，或摻加人工骨料。根據料源的分布，對采用天然骨料與人工骨料作出初步的選擇判斷，任何工程都應充分考慮利用工程棄渣的可能性和合理性。對人工骨料的采石場，首先從巖性夾層、埋藏狀況來判斷其開采和加工條件，通常要做試驗，對砂礫料場，需進行質量評價，研究其處理可能性及技術經濟效果。

根據待選料場原石的質量、交通運輸條件及儲量，確定其組合方案，具有下列條件的料場應優先考慮：①儲量為工程需要量50%以上的料場。②與砂石用戶或現成準軌鐵路干線或航道距離在5～10km以內的料場。③有用成分在80%以上的料場。

3料場選擇

觀音閣水利樞紐的混凝土工程的砂石骨料主要采自用上堡、泉水2個料場，前者位于壩址下游3km范圍內的右岸河道，后者距壩址上游2～7km，其開采層厚4～6km，表層壤土厚度為0.2～0.5m，地下水埋深一般為2～3m，均屬于河灘料場，粒徑相對較小，表面覆蓋層相對較薄，砂石料質量符合規范要求。

3.1砂、石原料的開采量

為避免砂石料在天然料、松散料、混合料和分級料之間反復換算以及換算時所引起的誤差，砂石料的計量采用重量單位。

全工程所需砂石料的開采量可按下式確定：其中式中：Vd—砂石原料的總開采量，t；Vc—全工程混凝土總量，m3；A—每m3混凝土的骨料用量，無試驗資料時一般可取2.15～2.2t/m3；V0—其他工程砂石用量，t；Ks—包括級配不平衡棄料在內的運輸、推薦、加工，澆筑的總損耗補償系數，與原料的種類、采運加工工藝以及生產管理水平等因素有關；K1—石粉或細砂流失補償系數，對天然骨料，含泥量大或砂料偏細、需廢棄部分細砂以改善級配時取最大值，粗砂改細或制砂補充粗砂改善級配時取較大值；K2、K4、K6—均包括運輸、堆儲中的損耗；K3—骨料加工損耗，對天然骨料，原料較干凈的取較小值，中等難洗的或含泥量大、砂子偏細時取較大值；K5—無預洗工藝取1.0，有預洗時取較大值，但應適當減小K3的取值；K7—級配不平衡的棄料補償系數，視工程具體條件由級配不平衡計算確定，一般不應超過1.2，級配偏粗采取粒度調整措施時可取1.0；K8—包括成品料的堆儲和運輸損耗補償系數；K9—混凝土的運輸、澆筑、廢料損耗補償系數；γ—平均砂率，以小數計。一般大體積混凝土工程的平均砂率γ為0.25～0.30，薄壁和地下工程的平均砂率為0.30～0.35。

根據觀音閣實際情況，取K7=1.1，那么，

觀音閣水庫全工程所需砂石料的開采量為6.1×106t。

3.2料源規劃

上堡料場屬于河灘料場，汛期時會有部分砂石料沒入水面以下。為避免水下開采增加施工困難和工程量，決定在非汛期集中開采汛期可能淹沒的砂石料，汛期水位線以上的砂石料安排在河水水位較高的汛期開采。這樣就解決了水下開采帶來的施工困難。也可以節省水下開采的費用。

3.3料場評價

上堡料場砂子顆粒級配均勻，其中粒徑0.6～0.3mm顆粒明顯偏多，砂子孔隙率偏大，容重偏小，而對碾壓混凝土至關重要的小于0.15mm顆粒含量，經篩分沖洗后，僅有2%～4%，嚴重偏少，參照施工規范，砂子細度模數控制在2.4～2.8，粒徑d＜0.15mm顆粒含量6%～12%。所以砂料控制采取粗細砂料從成品料堆至調節料倉在轉運中按1∶9進行摻配，確保砂料細度模數控制在2.4～2.8范圍內。對砂礫d＜0.15mm的細顆粒含量不足部分用增加膠凝材料總量來彌補，即將原膠凝材料總量120kg/m3增至130kg/m3。

4采運能力和砂石儲備量

4.1工作制度

砂石料的設計采運能力取決于采料場的工作制度和砂石的需要量，采料的計劃月工作日、班、時數，可按表1選取。

表1采料工作制度

4.2采運能力

4.2.1砂石料的月采運能力

月采運能力Qmd可按下式計算：式中：Qmd—月采運能力，t；Qmc—高峰期的月混凝土澆筑強度，m3；高峰時段持續期在3個月或以上時，Qmc按高峰時段的平均月強度計算，持續期只有1～2個月時，按高峰月強度計算；Q0—工程其他砂石料的月需用量，t；其他變量含義同前。

這里所說的高峰時段，系指月澆筑強度為最高（月）強度70%以上的持續期。如2高峰時段之間澆筑強度略低于70%的間隙期只有1個月，則可把這兩2個高峰時段當作1個連續的高峰時段。

觀音閣水庫大壩壩體混凝土澆筑在1993年全面展開，1993年是大壩混凝土澆筑高峰年。從3月24日混凝土澆筑到11月8日共澆筑大壩混凝土50.253萬m3（其中碾壓混凝土30.33萬m3）。達到月最高混凝土澆筑量107446m3和日混凝土澆筑量5301m3，工程其他砂石料月需要量約120000t。

所以，Qmd1=（107446×2.2+120000）×1.375=490024.15t。

觀音閣水庫工程冬季停采，應按下式校核月平均采運能力，取其大者。

式中：Qy—高峰年度（或高峰開采期）混凝土澆筑量，m3；M—有效開采月數；其他變量含義同前。

所以觀音閣水庫工程月平均采運能力為490024.15t。

4.2.2小時采運能力

選擇設備應按小時采運能力考慮。按高峰期月平均折算小時采運能力Qh時，一般按每天2班14h計算：

按高峰月強度計算時，則以每天工作3班20h計，上式改為

4.3砂石儲備量

砂石的儲備量，系指包括所有毛料、半成品及成品堆料場在內的砂石混凝土系統的堆料場總容量。對按高峰時段計算采運能力時，可用下式計算其總容量Vs。

式中：Vs—堆料場總容量，t；T—高峰時段的持續月數，超過6個月時，取6；K—波動系數，K=0.05～0.08，時段短時取較大值，時段長時取較小值；Δ—系數，人工骨料或砂石混凝土系統共用堆料場時取0.2個月，其他取0.3個月。

Vs=（0.06×6+0.2）×490024.15=274413.524t

砂石的儲備總容量為274413.524t，滿足月混凝土澆筑的最高用量107446m3。

5結語

由于事先對砂石儲備量進行了詳細勘察，正確的計算關系到混凝土系統設計方案的合理性，同時可以確保工程的質量，大壩混凝土使用的砂石料主要來自小市鎮上堡料場。其次是泉水料場。經勘探，上堡和泉水2處料場的砂石儲備量和開采量滿足了觀音閣水庫工程計劃混凝土總量200萬m3左右的骨料需求，保證了施工工程的進度。料層呈近于水平產狀，覆蓋層與料層厚度適合一個梯段開采。所以采用無運輸剝離法，即用索鏟將覆蓋物直接倒運到采空區。

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1008-1305（2016）03-0111-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.03.042

2016-04-02

姜濤（1984年—），男，工程師。