老撾南俄3水電站墊層料制備探究

周 平

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

南俄3水電站位于老撾中部賽松本省內，是南俄河干流水電梯級開發(fā)中的第3級(自下游向上)，為引水式電站，壩址位于南俄河和南帕河交匯口以上4.5 km處。樞紐布置主要由混凝土面板堆石壩、左岸3孔岸邊溢洪道、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)和岸邊地面廠房組成。工程規(guī)模為一等大(1)型工程。水庫正常蓄水位高程723 m，相應庫容14.11億m3，死水位高程670 m，水庫為年調節(jié)水庫，調節(jié)庫容為9.72億m3，年調節(jié)水庫；電站裝機容量為480 MW，安裝3臺單機容量為160 MW的水輪發(fā)電機組。

混凝土面板填筑壩壩頂高程為729.5 m，壩頂寬8 m，最大壩高210 m，壩頂長度為518.5 m。大壩上游坡比為1∶1.4，下游綜合坡比為1∶1.49。趾板寬7 m、10.5 m，厚0.6 m、1 m，面板最大厚度為1.12 m，最小厚度為0.3 m。

大壩填筑施工時，各分區(qū)填筑料平層同步上升是保障工程施工質量和工程進度的關鍵。該項目由于設計要求的顆粒級配嚴格且受場地、設備、材料、氣候等多方面的條件制約，其質量必須符合設計要求的墊層料2A的有效供給最為關鍵。因此，該項目在大壩填筑施工前，根據(jù)不同時期節(jié)點目標要求并考慮實際施工組織情況、料源分布情況等，專門制定了傳統(tǒng)制備工藝與新型制備工藝相結合、人工材料與天然材料相結合的墊層料2A制備工藝，以滿足現(xiàn)場施工的需要。闡述了對老撾南俄3水電站墊層料2A制備的研究。

2 設計要求

根據(jù)設計要求[1，2]，墊層料2A的主要設計指標為：孔隙率不大于17%；最大粒徑為80 mm；碾壓層厚40 cm；設計干密度不小于2.19 g/cm3。設計要求的墊層料2A的顆粒級配見表1。

表1 設計要求的墊層料2A顆粒級配表

3 墊層料2A采用的制備工藝

設計要求墊層料2A由灰?guī)r料場的微新風化的灰?guī)r經大壩砂石系統(tǒng)破碎加工摻配而成[3]。施工過程中，現(xiàn)場驗收以顆粒級配、干密度、孔隙率(滲透系數(shù))做為控制性指標，當顆粒級配不符合設計要求時，需要挖除并重新按生產性碾壓試驗要求的機械參數(shù)和施工參數(shù)至其符合設計要求；干密度、孔隙率(滲透系數(shù))不符合設計要求時，需增加生產性碾壓試驗要求的機械參數(shù)直至其符合設計要求。

結合現(xiàn)場實際情況，為控制好墊層料2A的質量、保障現(xiàn)場施工的順利進行，墊層料2A的制備主要采用現(xiàn)場摻配、拌和系統(tǒng)制備、破碎機制備、山砂摻配四種制備工藝。

對制備好的墊層料2A由設計、監(jiān)理、老撾電力公司(EDL)及法國咨詢工程師等各相關方進行隨機取樣見證試驗，待確保制備好的為顆粒級配合格的墊層料2A才能上壩進行填筑施工。

各組成材料的制備流程為：

調節(jié)料(粒徑0～40 mm)：灰?guī)r→給料機→鄂式破碎機→篩分→雙螺旋洗石機→反擊式破碎機→篩分→調節(jié)料。

人工大石(粒徑40～80 mm)：灰?guī)r→給料機→鄂式破碎機→篩分→雙螺旋洗石機→反擊式破碎機→篩分→人工大石。

人工中石(粒徑20～40 mm)：灰?guī)r→給料機→鄂式破碎機→篩分→雙螺旋洗石機→反擊式破碎機→篩分→調節(jié)料→制砂機→篩分→人工中石。

人工小石(粒徑5～20 mm)：灰?guī)r→給料機→鄂式破碎機→篩分→雙螺旋洗石機→反擊式破碎機→篩分→調節(jié)料→制砂機→篩分→人工小石。

人工豆石(粒徑5～15 mm)：灰?guī)r→給料機→鄂式破碎機→篩分→雙螺旋洗石機→反擊式破碎機→篩分→調節(jié)料→制砂機→篩分→人工豆石。

人工砂(粒徑0～5 mm)：灰?guī)r→給料機→鄂式破碎機→篩分→雙螺旋洗石機→反擊式破碎機→篩分→調節(jié)料→制砂機→篩分→洗砂機→人工砂。

山砂(粒徑0～5 mm)：山砂→給料機→洗砂機→成品山砂。

3.1 現(xiàn)場摻配

所采用的制備工藝為最常用的，其通過室內全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗、現(xiàn)場平鋪立采、顆粒級配分析試驗確定各種原材料的現(xiàn)場摻配比例，為指導現(xiàn)場填筑施工提供支持。

3.1.1 室內全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗

結合項目各種料源的實際情況并綜合考慮用料平衡，采用人工大石(粒徑40～80 mm)+調節(jié)料(粒徑0～40 mm)+人工砂(粒徑0～5 mm)摻配成墊層料2A，具體步驟如下：

(1)在室內將各組成材料分別進行全粒徑顆粒篩分，計算出不同材料粒徑范圍內相應顆粒直徑下的篩余百分數(shù)。

(2)模擬各種材料不同的摻配比例，計算出不同摻配比例下各種材料篩余百分數(shù)與總占比的積。該項工作開展時，本著節(jié)能環(huán)保的原則模擬了各種材料的不同摻配比例，即盡量多用調節(jié)料，少用人工砂，將人工大石做為必要的補充，通過各種材料不同組合下的顆粒級配曲線，最終鎖定人工大石與調節(jié)料和人工砂之間的摻配比例。

(3)將不同材料、相同顆粒粒徑下的各種材料的篩余百分數(shù)與總占比的積相加，計算出小于某粒徑質量百分比并繪制顆粒級配曲線。

(4)根據(jù)不同摻配比例下繪制的顆粒級配曲線，選定符合設計要求的顆粒級配曲線下對應的不同材料的摻配比例。

現(xiàn)場摻配室內全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗成果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占5%+調節(jié)料(粒徑0～40 mm)占75%+人工砂(粒徑0～5 mm)占20%摻配成的墊層料2A其顆粒級配符合設計要求。

現(xiàn)場摻配墊層料2A室內顆粒級配情況見表2，現(xiàn)場摻配墊層料2A室內顆粒級配篩分曲線見圖1。

圖1 顆粒級配篩分曲線圖

3.1.2 現(xiàn)場平鋪立采

根據(jù)室內全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗成果確定的各材料的摻配比例，在1號支洞前的開闊地進行現(xiàn)場平鋪立采施工，根據(jù)墊層料2A各組成材料的密度不同，實際采用的各材料平鋪的層間高度分別為：人工大石6 cm/層、調節(jié)料75 cm/層、人工砂19 cm/層。現(xiàn)場平鋪立采施工步驟為：

(1)選定場地，進行場地平整(場地平整度按±3 cm進行控制)并符合要求，場地周邊埋設帶有刻度的標桿若干。

(2)使用的主要機械設備：自卸汽車、平地機、挖機、推土機、裝載機。

(3)平鋪時，首先在料場用裝載機將各材料裝入自卸汽車由自卸汽車運至平鋪場地；由專人指揮卸車，達到一定數(shù)量后，由平地機或推土機按要求的層厚順利進行攤鋪。

平鋪的層高和順序為：單數(shù)層——人工砂19 cm/層→調節(jié)料75 cm/層→人工大石6 cm/層；雙數(shù)層——人工大石6 cm/層→調節(jié)料75 cm/層→人工砂19 cm/層。結合現(xiàn)場情況，將平鋪層的總高度控制在4 m左右。

(4)平鋪完成后，用反挖進行立采并拌和均勻，至此，現(xiàn)場摻配的墊層料2A制備完成。隨即對制備好的墊層料2A進行顆粒級配試驗，待其結果符合設計要求時，該批墊層料2A即可進行上壩填筑施工。

3.1.3 顆粒級配分析試驗[4，5]

對采用現(xiàn)場摻配工藝制備好的墊層料2A進行隨機取樣見證試驗，顆粒級配分析試驗結果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占5%+調節(jié)料(粒徑0～40 mm)占75%+人工砂(粒徑0～5 mm)占20%摻配成的墊層料2A，通過現(xiàn)場平鋪立采后，其顆粒級配符合設計要求。

采用現(xiàn)場摻配墊層料2A平鋪立采的顆粒級配見表3，現(xiàn)場摻配墊層料2A平鋪立采的顆粒級配篩分曲線見圖1。

表3 現(xiàn)場摻配墊層料2A平鋪立采顆粒級配表

3.2 拌和系統(tǒng)的制備

采用拌和系統(tǒng)制備墊層料2A，在確保產量的同時，可以有效控制好墊層料2A顆粒級配的穩(wěn)定性。

采用拌和系統(tǒng)制備墊層料2A時，本著不增加、不調整現(xiàn)有砂石、拌和系統(tǒng)的工作狀況，并結合用料平衡且與混凝土拌和物制備相一致的原則，通過對現(xiàn)有人工大石(粒徑40～80 mm)、人工中石(粒徑20～40 mm)、人工小石(粒徑5～20 mm)、人工豆石(粒徑5～15 mm)、人工砂(粒徑0～5 mm)按比例進行拌和的方式制備墊層料2A。

3.2.1 室內全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗[4，5]

(1)在室內將各種組成材料分別進行全粒徑顆粒篩分，計算出不同材料粒徑范圍內相應顆粒直徑下的篩余百分數(shù)。

(2)模擬各種材料不同的摻配比例，計算出不同摻配比例下各種材料篩余百分數(shù)與總占比的積。通過各材料不同組合下的顆粒級配曲線最終鎖定各種骨料間的摻配比例。

(3)將不同材料、相同顆粒粒徑下的各種材料篩余百分數(shù)與總占比的積相加，計算出小于某粒徑的質量百分比并繪制顆粒級配曲線。

(4)根據(jù)不同摻配比例下繪制的顆粒級配曲線，選定符合設計要求顆粒級配曲線下對應的不同材料的摻配比例。

采用拌和系統(tǒng)制備的室內全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗成果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占10%+人工中石(粒徑20～40 mm)，占15%)+人工小石(粒徑5～20 mm)占30%+人工豆石(粒徑5～15 mm)占16%+人工砂(粒徑0～5 mm)占29%摻配成的墊層料2A，其顆粒級配符合設計要求。

采用拌和系統(tǒng)制備墊層料2A的室內顆粒級配情況見表4，拌和系統(tǒng)制備墊層料2A的室內顆粒級配篩分曲線見圖1。

表4 拌和系統(tǒng)制備墊層料2A室內顆粒級配表

3.2.2 拌和系統(tǒng)的制備

根據(jù)室內全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗成果在拌和系統(tǒng)進行墊層料2A的制備并進行隨機取樣見證試驗，顆粒級配試驗結果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占10%+人工中石(粒徑20～40 mm)占15%+人工小石(粒徑5～20 mm)占30%+人工豆石(粒徑5～15 mm)占16%+人工砂(粒徑0～5 mm)占29%，經拌和系統(tǒng)制備而成的墊層料2A其顆粒級配符合設計要求。

采用拌和系統(tǒng)制備的墊層料2A顆粒的級配見表5，拌和系統(tǒng)制備墊層料2A的顆粒級配篩分曲線見圖1。

表5 拌和系統(tǒng)制備墊層料2A顆粒級配表

3.3 破碎機制備

采用破碎機制備墊層料2A是最直接、也是最有效率的一種制備工藝。其制備步驟：灰?guī)r→給料機→鄂式破碎機→反擊式破碎機→墊層料2A。

該方法主要是通過反擊式破碎機不同開口度大小下制備墊層料2A的顆粒級配分析結果與設計要求顆粒級配的符合性確定反擊式破碎機開口度的大小。根據(jù)料源顆粒級配的不同，反擊式破碎機的開口度按7.5±0.5 cm控制。

在破碎機制備墊層料2A的過程中，為保證墊層料2A的質量，應注意以下3點：

(1)根據(jù)料源顆粒級配的不同以及顆粒分析試驗成果，及時調整反擊式破碎機的開口度。

(2)制備過程中應設置噴霧設施，使所生產的墊層料2A始終處于濕潤狀態(tài)。

(3)制備過程中，直接出料的高度不宜大于1.5 m，成品墊層料2A料堆的高度不宜超過2 m，并配備反挖及時進行翻拌、轉運處理。

采用破碎機制備墊層料2A的結果表明：開口度按7.5±0.5 cm制備的墊層料2A，其顆粒級配符合設計要求。

采用破碎機制備墊層料2A的顆粒級配見表6，破碎機制備墊層料2A的顆粒級配篩分曲線見圖1。

表6 破碎機制備墊層料2A顆粒級配表

3.4 山砂摻配

由于人工砂生產周期較長、流程繁多且產量有限，故選配山砂摻配成為墊層料2A制備的必要補充，其主要用于大壩壩軸線下游0.4H(H為壩高)以外的有限區(qū)域，流程與現(xiàn)場摻配工藝相同，主要是通過室內全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗、現(xiàn)場平鋪立采、顆粒級配分析試驗確定各種原材料的現(xiàn)場摻配比例，為指導現(xiàn)場填筑施工提供參數(shù)支持。

3.4.1 室內全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗[4，5]

結合該項目各種料源的實際情況，綜合考慮用料平衡，采用人工大石(粒徑40～80 mm)+調節(jié)料(粒徑0～40 mm)+山砂(粒徑0～5 mm)摻配成墊層料2A。試驗的具體步驟為：

(1)在室內將各種組成材料分別進行全粒徑顆粒篩分，計算出不同材料粒徑范圍內相應顆粒直徑下的篩余百分數(shù)。

(2)模擬各材料不同的摻配比例，計算出不同摻配比例下各材料篩余百分數(shù)與總占比的積。該項工作開展時，本著節(jié)能環(huán)保的原則，模擬了各種材料的不同摻配比例，通過各種材料不同組合下的顆粒級配曲線，最終鎖定了人工大石與調節(jié)料和山砂之間的摻配比例。

(3)將不同材料、相同顆粒粒徑下的各種材料篩余百分數(shù)與總占比的積相加，計算出小于某粒徑的質量百分比并繪制顆粒級配曲線。

(4)根據(jù)不同摻配比例下繪制的顆粒級配曲線，選定符合設計要求顆粒級配曲線下對應的不同材料的摻配比例。

采用山砂摻配室內全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗成果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占8%+調節(jié)料(粒徑0～40 mm)占70%+山砂(粒徑0～5 mm)占22%摻配成的墊層料2A，其顆粒級配符合設計要求。

采用山砂摻配墊層料2A的室內顆粒級配見表7，山砂摻配墊層料2A的顆粒級配篩分曲線見圖1。

表7 山砂摻配墊層料2A室內顆粒級配表

3.4.2 現(xiàn)場平鋪立采

根據(jù)室內全粒徑顆粒篩分及模擬摻配試驗成果確定的各材料的摻配比例在1號支洞前的開闊地進行現(xiàn)場平鋪立采施工，結合墊層料2A各組成材料的密度不同，實際采用的各材料平鋪層間高度分別為：人工大石9 cm/層、調節(jié)料70 cm/層、山砂21 cm/層。現(xiàn)場平鋪立采的施工步驟為：

(1)選定場地，進行場地平整(場地平整度按±3 cm控制)并符合要求，場地周邊埋設帶有刻度的標桿若干。

(2)使用的主要機械設備：自卸汽車、平地機、挖機、推土機、裝載機。

(3)平鋪時，首先在料場用裝載機將各材料裝入自卸汽車；用自卸汽車運至平鋪場地；由專人指揮卸車，待其達到一定數(shù)量后，用平地機或推土機按要求的層厚進行攤鋪。

平鋪層高和順序為：單數(shù)層——山工砂21 cm/層→調節(jié)料70 cm/層→人工大石9 cm/層；雙數(shù)層——人工大石9 cm/層→調節(jié)料70 cm/層→山砂21 cm/層；結合現(xiàn)場情況，將平鋪總高度控制在4 m左右。

(4)平鋪完成后，采用反挖進行立采并拌和均勻，至此，山砂摻配的墊層料2A制備完成。隨即對制備好的墊層料2A進行顆粒級配試驗，待其結果符合設計要求后，該批墊層料2A即可進行上壩填筑施工。

3.4.3 顆粒級配分析試驗

對采用山砂摻配工藝制備好的墊層料2A進行隨機取樣見證試驗，顆粒級配分析試驗結果表明：人工大石(粒徑40～80 mm)占8%+調節(jié)料(粒徑0～40 mm)占70%+山砂(粒徑0～5 mm)占22%摻配成的墊層料2A，其顆粒級配符合設計要求。

采用山砂摻配墊層料2A平鋪立采的顆粒級配成果見表8，山砂摻配墊層料2A平鋪立采顆粒級配篩分曲線見圖1。

表8 山砂摻配墊層料2A平鋪立采顆粒級配成果表

3.5 不同制備工藝的適用條件

墊層料2A制備的影響因素很多，如設計顆粒級配的要求、場地、設備、材料、氣候等。結合該項目的實際應用情況總結出不同制備工藝的適用條件為：

山砂摻配(或天然骨料摻配)：經濟、環(huán)保，環(huán)節(jié)較少，能夠保證質量。

破碎機制備：為新型工藝，相對經濟、環(huán)保、周期短、環(huán)節(jié)少，能夠保證質量和進度。

拌和系統(tǒng)制備：周期較短、環(huán)節(jié)較少，最能有效保障質量和進度。

現(xiàn)場摻配：為傳統(tǒng)工藝，相對干擾小，周期較長，環(huán)節(jié)較多，能夠保證質量。

4 結 語

在該項目中，采用不同制備工藝獲得的墊層料2A的顆粒級配均符合設計要求，經上壩填筑后其現(xiàn)場見證試驗后的顆粒級配、干密度、孔隙率(滲透系數(shù))均符合設計要求。由此可知：將傳統(tǒng)制備工藝與新型制備工藝相結合，人工材料與天然材料相結合的墊層料2A制備工藝在該項目應用可行。在滿足設計要求、保障填筑質量和構筑物安全的同時，有效降低了成本、保證了工程進度，節(jié)能、環(huán)保，為類似工程積累了經驗，所取得的經驗值得推廣和應用。