老撾南俄3水電站墊層料生產工藝優化

芶 仕 文， 周 超， 曾 令 敏， 劉 慧 芳

(中國水利水電第十工程局有限公司老撾公司，四川 成都 610037)

1 概 述

老撾南俄3水電站大壩高210 m，壩軸線長518.5 m，壩頂寬8 m，總填筑量為1 154.57萬m3，是目前東南亞及老撾第一高面板堆石壩。壩體填筑主要分為：墊層小區(2B)、墊層區(2A)、過渡區(3A)、主堆石Ⅰ區(3BⅠ)、主堆石(3BⅡ)、次堆石區六個填筑區域[1]。其中，墊層區(2A)需要粒徑為0～80 mm的墊層料共計77.66萬m3。墊層區(2A)墊層料各級骨料需量見表1。

表1 墊層區(2A)墊層料各級骨料需量表

墊層區(2A)的寬度為4 m，是堆石壩壩體的重要部分。由于墊層料的質量關系到壩體的運行性能，因此墊層料的制備強度關系到大壩填筑的強度，故對墊層料的質量和加工強度要求較高。

1.1 墊層料加工采用的原生產工藝

墊層區(2A)的墊層料加工采用的原生產工藝為“平鋪立采”。工藝流程為：根據工程選用砂石料場的原則[2]，墊層料加工采用的料源由龍鎮灰巖料場開采粒徑≤400 mm的骨料，經過顎式破碎機和圓錐式破碎機破碎、篩分機篩洗后得到粒徑為0～80 mm的級配骨料，由自卸汽車運輸至1號隧洞洞口處的空地，摻加35%～55%的人工砂，平鋪立采，再運輸到大壩。墊層料最大的生產強度僅為9 000 m3/月。試驗結果表明：質量滿足設計和規范要求。

1.2 墊層料的鋪填厚度[3]

根據《土石筑壩材料碾壓試驗規范》(NB/T35016-2013)和項目實驗室的試驗數據，擬定粒徑0～80 mm級配碎石料的層厚為50 cm，計算得出鋪填人工砂的厚度為30 cm。

鋪料方法：第一層鋪粒徑為0～80 mm的級配碎石料50 cm厚, 第二層鋪30 cm厚的人工砂。自卸汽車每卸料一層用推土機鋪平，各層厚度采用標桿控制。

摻拌方法：采用挖掘機立面摻拌混合，經過3～5次摻拌，使墊層料均勻、不分離后即可得到合格的墊層料。

1.3 問題的提出

該大壩于2017年3月開始填筑，要求到2019年3月填筑至高程724.5 m。2018年11月發現墊層料的制備強度出現問題，極大地影響到壩體的填筑進度，其主要原因有兩點：(1)平鋪立采場地受限且需要二次轉運，將大量的時間花費在二次轉運上；(2)人工砂石系統既要生產混凝土骨料，又要生產墊層料的級配骨料，導致該人工砂石系統強度不足。項目部根據重新規劃的進度計劃和人工砂石系統強度設計計算出剩余墊層料的用量約為42.48萬m3，要求其生產強度必須達到1.77萬m3/月。而墊層料原來的生產工藝最大生產強度僅為9 000 m3/月，不能滿足施工需求。必須采取有效措施予以解決。

2 墊層料生產工藝的優化

2.1 墊層料生產工藝優化的目的

鑒于現場施工工期緊張，混凝土澆筑量大、墊層料及人工砂供應緊張，采用“平鋪立采”及拌合樓拌制的方式均需投入大量的人工和機械，導致生產環節增多、質量控制難度相應增大，難以保證加工料質量的穩定性。項目部經研究決定取消了原來利用碎石料“平鋪立采”或“拌合樓拌制”制備墊層料的方案，采用新的墊層料制備工藝，即在原有的人工砂石系統半成品料堆處新增設了一條墊層料生產線生產出合格的墊層料直接上壩以滿足現場施工所需。

該工藝優化具有以下目的和意義：(1)減少設備和人員的投入，降低成本。(2)使墊層料的制備質量可靠穩定，不受人為因素影響。(3)使墊層料的制備能力得到較大程度的提高。

2.2 設備選型[4，5]

由于新墊層料生產線是在原人工砂石系統半成品料堆位置新建一套由地籠、振動給料機、反擊式破碎機、皮帶運輸機組成的墊層料生產系統，故需根據破碎機粒度特性曲線選擇適宜的反擊式破碎機。墊層料生產線的主要設備見表2。

表2 墊層料生產線主要設備表

2.3 墊層料生產工藝優化的研究內容

2.3.1 加工設備對質量控制具有的優勢

美卓礦機C系列破碎機采用雙楔塊排礦口調節方式。破碎機的排礦口可以通過隨機提供的工具在幾分鐘內手動調整完畢，無需處理臟而臃腫的墊片。美卓礦機NP系列反擊式破碎機的同一液壓裝置既能打開機架，又能夠作為排料口調節裝置。通過機架兩邊設置的檢查門可以進入破碎機內部進行檢查、維修和更換。板錘可以從垂直或水平兩個方向進行更換，使設備適用于各種不同的應用條件。兩個系列的設備均能實現排礦口的調整，快捷、安全、可靠。根據該設備破碎粒度曲線，墊層料的生產工藝質量能夠得到保證。

2.3.2 墊層料料源分析

墊層料料源為石灰巖，可碎性好，磨蝕性低、粒形好，比重大，摩爾硬度為3～4，石英石含量相對較低，對顎式破碎機的顎板、反擊式破碎機的反擊錘、襯板磨損較小。但是，為了保證墊層料生產加工的質量，每班開機前必須檢查核對并調整排料口口徑。生產時密切關注生產情況，一旦發現生產出的成品料粒徑較大或粉料含量明顯不足時，必須及時停機檢查產生的原因；必須根據料源情況隨時調整，對磨損嚴重無法調整的部位及時進行更換，以保證生產出的成品料滿足設計要求。

2.3.3 生產工藝流程的優化分析

原墊層料生產的工藝流程。(1)粒徑為0～80 mm的混合料生產工藝：灰巖料場→顎式破碎機→半成品料堆→圓錐式破碎機→反擊式破碎機→圓形振動篩→混合料。(2)粒徑為0～5 mm人工砂的生產工藝：灰巖料場→粗碎車間→中細碎車間→制砂車間→人工砂。(3)粒徑為0～80 mm的混合料與粒徑為0～5 mm的人工砂按照試驗室現場取樣得到的數據，經過裝、挖、運、平等流程分層鋪設得到合格的墊層料。

優化后的墊層料生產是從原人工砂石系統半成品料堆取料，通過地籠卸料，再經過皮帶輸送機運至反擊式破碎機進行破碎，將反擊式破碎機一級排料口的尺寸調整為140～150 mm，二級排料口的尺寸調整為40～50 mm，經二次破碎后的混合料通過皮帶機送至料堆[6]。料堆堆高5.5 m，自然堆積量約為160 m3，在機頭上安裝有防止骨料分離的緩降器溜槽，料堆的墊層料由汽車運輸直接上壩。

優化后的墊層料生產工藝流程為：灰巖料場→顎式破碎機→半成品料堆→地籠→皮帶輸送機→反擊式破碎機→墊層料。優化后的墊層料加工工藝流程見圖1。

圖1 優化后的墊層料加工工藝流程圖

由以上分析可見：優化后的墊層料生產工藝大大簡化，減少了圓錐破碎機、圓形振動篩、推土機、挖掘機的使用，降低了設備和人工的投入。

2.4 質量控制

(1)過程控制[7]。新的墊層料加工工藝系通過調整顎式破碎機和反擊式破碎機排料口間隙直接獲得成品墊層料，因此，為了保證墊層料的加工質量，每班開機前必須檢查及調整排料口間隙，并對磨損嚴重無法調整的部位及時進行更換，以保證生產出的成品料符合設計要求。

主要采用以下兩種嚴格控制石粉流失的方法：①對所加工的巖石適當噴淋少量的水；②對反擊式破碎機、顎式破碎機廊道進行密封。

采用項目部所屬試驗室對墊層料按3 000 m3/次的頻次進行取樣分析、監理人員旁站式全程參與、業主試驗室定期抽檢的方式對產品質量進行控制。

(2)成果分析。通過調節顎式破碎機、反擊式破碎機排料口間隙使骨料級配發生變化，直至調節至滿足墊層料設計所需的包絡曲線為止。墊層料包絡曲線見圖2。

由試驗結果分析得出:所生產出的墊層料各項技術指標完全滿足墊層料的設計要求和規范要求，經上壩碾壓取樣，各項性能指標均滿足設計要求。

3 墊層料新生產工藝具有的特點

(1)對原有人工砂石加工系統的強度沒有影響：新工藝從原人工砂石系統半成品料堆取料，由于原人工砂石系統設置有半成品料堆作為緩沖容量，因此，其既不影響混凝土骨料的生產強度，又能保證墊層料的生產和質量。

(2)墊層料質量穩定：由于新工藝是通過調節顎式破碎機、反擊式破碎機排料口的間隙獲得合格的墊層料，從而減少了人為因素對墊層料質量的影響，故其質量穩定。

(3)節約成本：根據測算，原“平鋪立采”方式生產墊層料的成本為9.91USD/m3，而采用優化后的工藝生產墊層料的成本為2.21USD/ m3，節約了7.7 USD/ m3，經測算，南俄3項目節約成本至少為1 510.039 USD。

(4)生產強度：采用新生產工藝可以使墊層料的生產強度由原來的9 000 m3/月提高到32 000～35 000 mm3/月，進而滿足了大壩填筑強度要求。

(5)適用范圍：該工藝在面板堆石壩墊層料生產中具有普遍推廣價值，還可推廣應用到白云巖、凝灰巖、花崗巖、片麻巖等巖石。

4 結 語

老撾南俄3水電站在原人工砂石系統半成品料堆處通過增加一套獨立的小型墊層料生產線的方式直接生產出合格的墊層料，從而大大增加了墊層料的生產能力，降低了墊層料的生產成本，有效解決了大壩墊層料供應緊張的問題，加快了大壩填筑強度，最終保證了大壩填筑按期完工，為面板堆石壩墊層料的生產制備開辟了一條新的思路。