國際工程天然料制備反濾料質量控制淺析

陳 旭 君， 寧 占 元

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

國際工程天然料制備反濾料質量控制淺析

陳 旭 君， 寧 占 元

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

全球的大壩建設具有悠久的歷史，在在建或已建的大壩數量中土石壩占絕對優勢。反濾料作為土石壩工程，特別是粘土心墻壩的重要填筑材料，用以防止滲透破壞，保證大壩的安全運行，要求其具有合理的顆粒級配、良好的透水性、質地致密堅硬、具有高抗水性和抗風化能力。反濾料的生產質量關乎大壩質量和安全，如何生產出合格、優質的反濾料需要不斷探索和鉆研。對蘇丹上阿特巴拉項目大壩主體工程反濾料的生產質量控制等進行了簡要分析。

國際工程；土石壩；天然料；反濾料制備；質量控制；上阿特巴拉大壩

1 概 述

上阿特巴拉大壩樞紐工程位于蘇丹東南部，距首都喀土穆公路距離約460 km，距蘇丹港約700 km，位于UPPER ATBARA RIVER 和SETIT RIVER交匯處上游約20 km。C1-A標主要由左右岸土堤、左右岸土石壩、河床心墻壩、溢洪道及廠房等組成。大壩總長6 316 m，安裝4臺、單機容量為4萬kW的混流式機組，總裝機容量16萬kW。主要工程量包括：土石方開挖377萬m3，土石方填筑467萬m3，混凝土41.6萬m3。大壩填筑反濾料標記為3 a反濾料，設計填筑工程量為27.84萬m3。招投標文件質量要求中的技術參數見表1。

表1 反濾料3a質量要求技術參數表

2 系統改造和運行質量控制

由于處于工程前期，招投標階段對整個項目料場的勘探和研究不足，在根據招投標要求系統建成后綜合研究砂礫石料源情況時發現：毛料中粒徑0～5 mm砂料中粒徑<0.5 mm的顆粒含量平均達到63%(其中最好的RU2-QG料場為59.1%，最差的RU1-QG料場為69.4%)。按照傳統的篩分工藝無法滿足工程師要求的3 a反濾料級配要求(表1)。系統運行中，我們根據現場實際情況進行了反復實驗和摸索，通過改進和優化反濾料生產工藝，充分利用篩分設備的設計原理，結合砂礫石料物理特性和水力學特點，對洗砂機的工作狀況實施改造，新增了直線脫水篩用于3 a篩分，剔除了粒徑<0.5 mm的細砂、同時脫水，以確保3 a反濾料質量滿足要求。

2.1 原反濾料生產工藝

原反濾料生產工藝見圖1。天然開采場的毛料由自卸車運至半成品料場，在經過了預篩分和主篩分車間的篩分后，砂進入洗砂機沖洗，直接形成反濾料的成品。

圖1 原反濾料生產工藝圖

這種生產工藝高度依賴螺旋分級機(洗砂機)的分級能力。項目首先采用RU2-QG的毛料進行生產，該毛料場的料源中3 a反濾料的勘探結果顯示為最好(59%)，生產能力設計為118 t/h,實際生產能力測量為77 t/h。生產實驗結果統計情況見表2。

表2 原生產工藝生產實驗結果統計表

實驗結果顯示，該設計根本無法達到3 a反濾料的級配要求。螺旋洗砂機的工作原理：砂子進入洗砂機后，水流在尾部形成沖洗的紊流，顆粒粒徑小的物質懸浮在上部并在溢流面隨廢水流走，顆粒大的砂子迅速下沉至底部，由螺旋狀葉片將沉積下來的砂子向洗砂機頭部推移，并在無水淹沒的葉片段脫水進入膠帶機后被運至料場堆存(圖2)。該原理顯示：沖洗分級段的水流流速和深度對分級效果起主要作用，因此，洗砂機的尾部溢流水位高程和沖洗水量對分級的效果起到了一定的作用。調整溢流水位和沖洗水壓及水量是下一步技術改造的重點。

圖2 螺旋洗砂機結構簡圖

2.2 工藝的改進和優化

(1)螺旋洗砂機的溢流水位和水量調節。

假定洗砂機的設計水位高程為0 m,現以+0.1 m，0 m，-0.1 m，-0.2 m為研究對象，并在洗砂機中部加裝沖洗水管，在系統處理能力一定時，即系統處理總產量為300 t/h時(每臺洗砂機承擔75 t/h的毛料處理能力)分別進行實驗，得到的結果是溢流面水位越低，洗砂機分級效果越好，越易剔除粒徑小于0.5 mm的細砂，提高3 a反濾料的品質；同理，沖洗水量越大，越易剔除反濾料中的細顆粒，也能提高3 a反濾料的品質(圖3)。

同時，因為在溢流水位為0.1 m(即溢流面水位在設計溢流面之上0.1 m)時，經常發生因洗砂機中砂量太大而導致電機過熱、制動停止的情況。在綜合考慮系統產能要求及安全生產后，不再研究溢流水位高于設計水位的情況。

圖3 螺旋洗砂機沖洗水量與溢流水位調節關系圖

通過對篩分工藝進行研究發現：螺旋洗砂機的溢流水位高程及沖洗水量的調節對反濾料中粒徑小于0.5 mm的細砂含量的調節有一定效果，最優狀況為工況3∶53%，最差 狀 況 為 工 況 7∶55.5%，兩者之間相差2.5%。但是，實驗結果均顯示為不合格，故只通過調節溢流水位及沖洗水量是無法在毛料細砂含量相當高的客觀條件下達到生產要求的，需要繼續通過采取一定的生產工藝對反濾料進行再次篩分。

(2) ZKR1437H直線脫水篩(篩孔1×100 mm長條孔)的安裝和調節。

為了對螺旋洗砂機生產的3 a反濾料進行再次篩分，項目部決定安裝一臺直線脫水篩ZKR1437H，其設備參數見表3。

表3 ZKR1437H 直線脫水篩技術參數表

系統生產3 a反濾料的工藝調整情況見圖4。

圖4 工藝調整圖

通過進一步改進系統工藝，系統增加了兩條膠帶機對3 a反濾料進行再次篩分，以剔除3 a反濾料中粒徑小于0.5 mm的砂顆粒并脫水。將直線脫水篩的安裝傾角從-5°到+5°進行調整，得到的實驗結果為：度數從負到正依次增大，篩分產量越大，篩分效率越低，不利于剔除反濾料中粒徑小于0.5 mm的顆粒，因此，將直線脫水篩的安裝角度確定為-5°，以充分提高篩分效率。

系統改進完成后進行連續生產，并對生產出的成品3 a反濾料進行取樣和實驗，得到的數據見表4。

由表4可以看出：在洗砂機生產出的3 a反濾料級配不合格的情況下，經過直線脫水篩篩分、脫水后，明顯減小了粒徑小于0.5 mm的細砂含量，說明之前的技術攻關方向是正確的。但是，同樣由產量和級配情況可以看出：產量越小，直線脫水篩的再次篩分效果越好。因此，產量和級配的矛盾變得更加明顯。為了驗證以上結論的正確性，項目部連續數日對直線脫水篩生產的3 a反濾料進行了取樣和實驗，其實驗結果見表5。

實驗結果曲線(圖5)顯示：直線脫水篩用于3 a反濾料的再次篩分具有明顯的效果，能夠大幅度降低反濾料中粒徑小于0.5 mm顆粒的含量，有利于提高反濾料質量。系統給料越小，3 a反濾料的產量越低，直線脫水篩的篩分通過率越高，得到的成品反濾料中粒徑<0.5 mm的顆粒含量越低，產品質量越好。但是，由于直線脫水篩ZKR1437的設計處理能力為60 t左右，因此，圖5中的曲線表現為波動較大，當產量為90 t左右時，成品反濾料的質量不能保持合格。當產量降低為80 t后，成品料的質量大部分能夠保證合格，但同樣具有一定的波動性，這與技術攻關的目標(粒徑小于0.5 mm的砂粒含量控制在35%～40%)依然具有一定的差距。于是，項目部決定增加噴淋水對3a反濾料進行沖洗。

(3)直線脫水篩噴淋水系統的安裝和調節。

在直線脫水篩上安裝噴淋水系統的原因：因為直線脫水篩本身的功能為脫水并能夠篩分出一定量的、比篩孔直徑小的細顆粒，且物料前進方式為直線型，物料流量較大時存在上層物料根本無法與篩網接觸的情況，通過采用噴淋水對3 a反濾料進行沖洗，可以使砂粒在篩網上充分翻滾，使整個物料斷面上層和下層都充分與篩網接觸，以有效篩分、分離出粒徑<0.5 mm的細顆粒，同時進一步降低了成品骨料的含泥量。

在增加了噴淋水系統之后，生產實驗取樣和實驗結果見表6。

表4 ZKR1437H直線脫水篩3 a反濾料實驗結果統計表

表5 ZKR1437H直線脫水篩效果檢驗統計表

圖5 直線脫水篩再次篩分結果曲線圖說明：(1)樣本1-4為洗砂機出來的、未經再次篩分的3 a反濾料；(2)樣本5-14為經直線脫水篩再次篩分后的成品3 a反濾料。

樣本號取樣部位系統3a產量t·h-1樣本干重/g粒徑<0.5mm細砂總質量/g粒徑<0.5mm細砂率/%結 論11號洗砂機702390135657不合格22號洗砂機70130977859不合格33號洗砂機702514145058不合格4脫水篩下料斗70216693143合格5脫水篩下料斗70231693140合格6脫水篩下料斗702641113743合格7脫水篩下料斗70120649541合格8脫水篩下料斗70193378140合格9脫水篩下料斗703300151946合格10脫水篩下料斗702851115541合格平均值未沖洗篩分57.95不合格平均值沖洗篩分后42.03合格

實驗結果表明：直線脫水篩增加噴淋水系統之后能夠有效改善3 a反濾料的質量，粒徑小于0.5 mm的顆粒含量從58%降低到42%，達到標書要求粒徑0.5 mm的顆粒含量要求，滿足現場監理和施工要求。

噴淋水管路的布置情況見圖6、7。

圖6 脫水篩噴淋水系統側視圖

圖7 脫水篩噴淋水系統正視圖

噴淋水噴淋的位置及水量由閥門控制，噴淋的水壓力由加壓泵的開關控制，噴淋水的調節實驗情況見表7。

表7 直線脫水篩噴淋系統水量調節實驗結果表

由表7可知，噴淋水的調節對反濾料的質量產生了直接影響，噴淋水壓力越大、水量越大，生產出的反濾料的細顆粒含量越低，產品質量越好，但其產量與之成反比，即產量越低，反之亦然。

該系統技術改進至今，項目部共完成3 a反濾料生產合計31個堆，約4萬m3。上阿特巴拉項目C1-A實驗室共取樣70余個，合格率為100%。其級配曲線見圖8。

說明：圖中兩條粗實線為合同要求的上下包絡線，其他為取樣級配線。圖8 上阿特巴拉C1-A標實驗室3 a反濾料實驗結果圖

圖8表明，項目部通過增加直線脫水篩，實現了對3 a反濾料的級配有效控制，攻克了蘇丹地區因風化嚴重、砂礫石毛料細顆粒含量極高對3 a反濾料生產帶來的巨大技術難題，保證了反濾料系統的順利生產運行，反濾料質量獲得了業主及監理工程師的認可。

3 結 語

此次系統技術攻關歷時11個月，得到了以下成果：在傳統篩分工藝的基礎上，通過增加直線脫水篩及附屬噴淋水系統，以經濟合理的最佳工況對剔除反濾料中的無用細砂成效顯著，可以有效降低3 a反濾料中粒徑<0.5 mm的細砂顆粒含量，大幅度提高反濾料的級配質量，有利于提高土石壩填筑質量，對國際土石壩工程中遇到砂礫石毛料中細砂含量極高的客觀條件提供了積極的應對辦法，能夠指導類似工程反濾料生產系統的工藝設計和生產運行。

TV7;TV42

B

1001-2184(2017)06-0020-06

2017-10-18

陳旭君(1969-)，男，四川犍為人，高級工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

寧占元(1979-)，男，青海湟中人，高級工程師，從事水電工程施工技術與管理工作.

李燕輝)

官地水電站通過達標投產驗收

10月14日至18日，中國電力建設企業協會對官地水電站進行了達標投產驗收，同意官地水電站通過驗收。中國電建成都院公司的有關水工、機電等專業人員參加了驗收會。

達標投產驗收專家組檢查了官地水電站職業健康安全與環境管理、水工建筑工程質量、工業建筑工程質量、機電設備安裝工程質量、金屬結構安裝工程質量、調整試驗與主要技術指標、工程綜合管理與檔案七個部分的458個主控項目和887個一般項目，認為官地水電站水工、建筑工程質量符合達標投產的各項條件，機組技術指標、各項試驗結果滿足規范和設計要求，金屬結構安裝滿足設計要求，項目檔案分類合理、收集齊全、整理規范，環境保護工作成效顯著。

官地水電站4×600兆瓦工程于2010年9月通過國家發展和改革委員會核準。于2012年3月31日、5月31日和11月19日1號、2號和3號機組分別建成投產，2013年3月31日，最后一臺機組(4號機組)發電。截止2017年9月底，4臺機組已發電約540億千瓦·時，電力銷售達180億元。

官地水電站達標投產專項設計是成都院公司承擔的第一個達標投產設計任務。設計人員通過專家咨詢、規程研讀、資料匯總提煉、同類型工程調研、現場梳理、專項論證等一系列工作的開展，最終形成了《官地水電站達標投產專題報告》和《質量、批標和細節效果整改清單》，并編制完成了《雅礱江流域水電工程達標投產標準化手冊》。