西藏旁多水利樞紐大壩瀝青混凝土系統設計與運行

黃 揚 一，向 尚 君

(1.長江水利水電開發集團(湖北)有限公司 工程建設監理中心，湖北 武漢 430010； 2.中國安能集團第三工程局有限公司，四川 成都 611135)

1 工程概況

旁多水利樞紐碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩是西藏高海拔地區第一座碾壓式瀝青混凝土心墻壩，最大壩高71 m、壩頂寬度12 m、壩頂長度1 052 m。瀝青混凝土心墻頂高程4 098.70 m、底高程4 035.90 m，底部高3 m心墻寬度由2.2 m漸變到1.0 m，3 m以上心墻寬度從1.0 m漸變到0.7 m，瀝青混凝土共計49 985.68 m3。心墻兩側為4 m寬砂礫石過渡料。

大壩瀝青混凝土系統主要包括堿骨料加工系統和瀝青混凝土拌和系統[1-2]，是大壩碾壓式瀝青混凝土心墻施工的關鍵設施，施工進度、瀝青混凝土拌和質量與之息息相關[3-5]。西藏高海拔地區空氣比較干燥、稀薄，太陽輻射較強，紫外線照射強度大，冬季低溫季節較長，一般為11月至次年3月；而6～9月為雨季，晝夜溫差大，對瀝青混凝土心墻施工影響較大，造成年有效施工天數較少。同時，施工工期緊、任務重對碾壓式瀝青混凝土心墻施工設備提出了更高要求：一方面系統生產能力要滿足施工強度要求；另一方面要考慮西藏高海拔地區惡劣氣候條件的影響。

2 系統設計

2.1 主要施工強度計算

在系統建設前，已進行了碾壓式瀝青混凝土室內配合比設計試驗，推薦的室內配合比如表1所示[6]。大壩碾壓式瀝青混凝土心墻分兩期施工：一期導流期間主要施工左岸河漫灘和階地處樁號0+000～樁號0+750心墻及相應壩體；二期導流期間主要施工右岸預留210 m長心墻及相應壩體。一、二期瀝青混凝土心墻按1∶3坡比進行對接。根據節點工期要求，按照投標階段瀝青混凝土心墻總量進行強度計算和系統設計，碾壓式瀝青混凝土按每層厚25 cm計算，得知大壩碾壓式瀝青混凝土心墻高峰施工強度為252 m3/d，瀝青混合料拌和強度為605 t/d，鋪筑心墻長度為959 m/d，施工日長按10 h/d計算，瀝青混凝土拌和樓拌和高峰強度為60.5 t/h。

表1 室內試驗推薦的瀝青混凝土配合比Tab.1 Recommended mix proportion of asphalt concrete by laboratory test %

根據大壩碾壓式瀝青混凝土心墻日施工高峰強度和室內試驗推薦配合比，考慮粗骨料生產損耗7%、細骨料及礦粉損耗8%，按16 h/d生產(二班制)計算堿骨料加工系統處理能力，具體計算結果如表2所示。系統處理能力按處理毛料50 t/h和生產成品骨料30 t/h設計，儲量滿足7 d施工用量。

表2 堿骨料加工系統處理能力計算結果Tab.2 Calculation result of processing capacity of alkali aggregate processing system

2.2 堿骨料加工系統設計

瀝青混凝土堿骨料加工系統布置于大壩左岸下游河漫灘上，該場地采用開挖渣料回填而成，地勢較為平坦，占地面積較大，滿足現場系統布置要求[1-2，7]。堿骨料原料采用邦中堿骨料場灰巖，較易破碎、磨蝕性小、破碎比大、礦粉需回收利用，工藝流程選擇兩段破碎、一段制砂，干法生產工藝。粗碎開路生產，中碎閉路生產，風選車間開路生產礦粉，細碎車間進行生產調節。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 堿骨料加工系統工藝流程Fig.1 Process flow of alkali aggregate processing system

2.3 瀝青混凝土拌和系統設計

瀝青混凝土拌和系統采用間歇強制式瀝青混凝土拌和樓[2]，系統主要包括冷料倉、干燥筒、二次篩分、熱料倉、拌和機、成品料倉、礦粉罐、柴油罐、恒溫瀝青罐、瀝青脫桶裝置及加熱爐等。堿骨料加工系統與瀝青混凝土拌和系統之間骨料運輸采用地壟皮帶方式進行。瀝青混凝土拌和系統具體工藝流程如圖2所示。

圖2 瀝青混凝土拌和系統工藝流程Fig.2 Process flow of asphalt concrete mixing system

2.4 主要設備選擇

根據料源巖性、瀝青混凝土骨料粒徑要求以及骨料需用量，堿骨料加工系統粗碎選擇顎式破碎機、中碎選擇反擊式破碎機，細碎選擇立軸式沖擊破碎機(石打鐵式)，風選車間選用離心式選粉機。瀝青混凝土拌和系統主要設備包括間歇強制式瀝青混凝土拌和樓、瀝青脫桶裝置以及附屬加熱爐、柴油罐、瀝青罐等[8]。

3 系統運行中的主要問題

3.1 瀝青混凝土心墻實際施工強度

在實際施工過程中，大壩碾壓式瀝青混凝土心墻的施工順序有所調整，總體上還是分為兩期施工：一期主要施工左岸河漫灘和階地處樁號0+738.19以左及高程4 076 m以下心墻及相應壩體；二期主要進行剩余部位心墻及相應壩體施工，一、二期瀝青混凝土心墻按1∶3坡比進行對接[9]。大壩碾壓式瀝青混凝土心墻月高峰強度為鋪筑心墻長度17 739.09 m、體積3 104.34 m3，日高峰強度為鋪筑心墻長度1 130.75 m、體積376.31 m3。瀝青混凝土按2.4 t/m3計，心墻施工10 h/d，瀝青混合料拌和強度為90.3 t/h，與瀝青混凝土拌和系統設計時相比提高了約30 t/h，達到系統額定生產能力的75%。

3.2 堿骨料加工系統運行中的主要問題

堿骨料加工系統經過現場運行檢驗發現，無論是生產出的骨料品質，還是系統的生產強度均可滿足現場心墻施工需要。雖然現場施工分期改變，增加了心墻高峰強度，通過延長堿骨料加工系統生產時間，增加作業班次，亦可滿足瀝青混凝土拌和對堿骨料的需求，反而是以下問題需要予以重點關注。

(1) 堿骨料加工系統通過風選設備，將料徑小于4.750 mm的混合料風選出小石(2.360～4.750 mm)、砂(0.075～2.360 mm)、礦粉(<0.075mm)，但在實際運行過程中，礦粉的產量和品質均滿足不了心墻施工需要。后通過增加2臺YGM130型高壓懸輥磨粉機，單臺磨粉機產量2～11 t/h，采用地罐氣送方式輸送至瀝青混凝土拌和樓，滿足了現場施工要求。

(2) 堿骨料加工系統運行初期，成品料倉未采取可靠的防雨措施，造成骨料含水率超標。一方面造成骨料在加熱干燥時燃油消耗量大；另一方面導致瀝青混凝土拌和料含有水氣，在心墻中不易排出，引起孔隙率超標，降低了其防滲性能[10-12]。后通過對成品料倉增加防雨棚等措施解決了骨料含水率超標問題。

(3) 在堿骨料加工系統中，對易產生粉塵部位采取封閉的防塵措施，起到了一定的防塵降噪效果，但粉塵易堆積在設備上，對設備損傷較大[13-15]。堆積的粉塵主要為灰巖加工過程中的石粉，可以作為礦粉用，但未采取回收措施。

3.3 瀝青混凝土拌和系統運行中的主要問題

(1) 瀝青混凝土拌和樓稱量系統采用三點傳感器，受內外溫差影響，稱量數據不穩定，容易漂浮不定，影響稱量自動控制和稱量數據記錄。雖經人工調整，拌和質量得到了保證，但稱量自動控制始終未得到有效解決。

(2) 瀝青混凝土拌制過程中，二次篩分后骨料消耗量與成品骨料級配不匹配時易導致熱料倉溢料。雖溢出的骨料能夠再次利用，但在干燥過程中造成油料浪費，不利于施工成本控制。因此保持成品骨料的相對穩定，能夠減少干燥后的骨料溢料，減少油料浪費，有利于降低施工成本。

(3) 燃燒器是干燥筒的關鍵部件，燃油的品質直接影響到燃燒器的運行。燃油雜質多易導致管路堵塞，含水量大易結冰堵塞管路。燃燒器運行過程中，要加強對燃燒器的維護保養，要備足控制閥等易損配件。在低溫季節要做好輸油管路的保溫工作，防止管路結冰，同時要使用品質較好的燃油。

(4) 介質油長期使用過程中易引起管壁積碳，造成管路堵塞和受熱不均。拌和系統在運行過程中曾因內部積碳引起管路堵塞，局部溫度過高，導致瀝青燃燒和加熱爐管路爆炸，火災安全隱患較大。因此，定期采用清洗劑對管路進行清洗，防止管路堵塞和受熱不均引起爆炸等問題，顯得尤為重要。

4 系統改進建議

4.1 堿骨料加工系統的改進建議

結合旁多水利樞紐瀝青混凝土堿骨料加工系統的運行情況，針對西藏高海拔地區氣候特點，堿骨料加工系統在設計及運行過程中應對以下幾個方面進行改進。

(1) 在二次篩分系統增加一層篩網，使用3層篩網，在一次篩分的基礎上，使系統直接生產出大石(9.500～19.000 mm)、中石(4.750～9.500 mm)、小石(2.360～4.750 mm)、砂(0.075～2.360 mm)，而礦粉(<0.075 mm)采用磨粉機直接進行生產。不采用風選的工藝進行礦粉、砂和小石的生產，一方面可以彌補礦粉產量不足的缺點；另一方面可以確保礦粉的品質。礦粉可以采用氣力輸送，也可采用螺旋輸送機或垂直提升機等機械方式輸送。

(2) 加工系統在設計及建設時，從毛料堆存至成品料倉全過程要采用可靠的防雨防水措施。除工藝要求干法生產外，毛料堆存場、成品料倉需搭設防雨棚，加工車間和輸送皮帶應采用全封閉結構。

(3) 加工系統要設計有降噪除塵等環保設施。加強環境保護設施的配置，一方面要適應當前環境保護管控日趨嚴格的要求；另一方面從職業健康角度考慮，要切實改變現場作業環境，且回收粉塵作為礦粉利用，也符合當前環保發展要求。系統可結合防雨水措施，對粗碎車間、中碎車間、制砂車間、一次篩分車間、二次篩分車間以及輸送皮帶采用彩鋼結構封閉，同時在產生粉塵較大部位設置除塵設施。

(4) 成品料倉與瀝青混凝土拌和樓之間骨料運輸采用地壟皮帶輸送方式，需要專門建設地壟和皮帶系統，結構相對較為復雜，使用維修成本較高，需要專門人員維護，但輸送效率高。采用裝載機進行上料的方式較為靈活，使用成本較低，裝載機還可兼顧其他工作，缺點是轉運效率較低。建議實際施工時可根據瀝青混凝土拌和強度選擇轉運方式，在強度特別大時選擇地壟輸送方式。

4.2 瀝青混凝土拌和系統的改進建議

瀝青混凝土拌和系統運行主要成本控制點在干燥筒使用的燃料上，目前在水利水電工程中多使用柴油作為燃料，燃燒后熱值容易保證，系統運行可靠，加熱后骨料無污染，瀝青混凝土拌和質量容易保證，缺點是成本較高。在公路工程中一般使用粉碎后的煤炭作為燃料，但燃燒后產生的煤灰會對瀝青混合料造成污染，建議對加熱系統的燃燒器進行改進，使之能夠使用重油作為燃料來加熱骨料，以此來降低施工成本。另一方面就是加強稱量系統的改進，在目前傳感器基礎上調整和改進，使稱量數據穩定，實現拌和稱量的自動控制。

4.3 瀝青混凝土拌和質量控制的建議

瀝青混凝土拌和質量控制主要通過抽提試驗檢測瀝青及各級配礦料的比例，通過比較試驗結果是否在規定的允許范圍內來判斷瀝青混凝土的拌和質量。因此，骨料的質量對瀝青混凝土的拌和質量影響較大。以二次篩分后熱料倉的骨料質量作為取樣點，根據工藝流程特點和現場試驗數據分析，以此試驗結果作為骨料質量控制依據，更有利于瀝青混凝土拌和質量的控制[16-18]。

瀝青混凝土骨料級配主要是通過調節大石、中石、小石、砂及礦粉的用量使骨料合成級配盡可能接近目標級配，一般通過最優算法可以實現[19-20]。二次篩分后熱料倉骨料直接用于瀝青混凝土的拌和，每種骨料的級配及用量直接影響到合成后骨料的級配，以此作為瀝青混凝土骨料的控制點是合適的。具體到某一種骨料而言，只要其最大粒徑不超過規范及設計允許要求，合成后級配連續，其超遜徑都可通過調整某種骨料用量確保最終級配符合設計要求。但為降低施工成本，減少二次篩分溢料，要求成品料倉中骨料級配相對穩定是必須的。

5 結 語

堿骨料加工系統和瀝青混凝土拌和系統作為碾壓式瀝青混凝土心墻施工的關鍵設施，其設計是否合理，運行是否高效，關系到瀝青混凝土心墻的施工質量。以西藏旁多水利樞紐碾壓式瀝青混凝土系統設計及運行為例，具體針對西藏高海拔地區氣候特點，分析了系統設計與運行中的主要問題，并提出了改進建議，已成功應用于西藏拉洛水利樞紐大壩瀝青混凝土系統，應用效果良好，為西藏高海拔地區類似工程瀝青混凝土系統的設計及運行提供了可供借鑒的經驗。