蔣際勇

1 砂石料場優(yōu)選的意義

砂石料場的規(guī)劃選擇是混凝土壩施工組織設(shè)計中的重要環(huán)節(jié),工程造價在很大程度上取決于骨料成本,而骨料成本又取決于料場選擇及相應(yīng)的加工方案的優(yōu)劣。在混凝土壩為主體工程的水利水電工程中,砂石骨料的用量通常都是比較大的,大壩的造價在很大程度上取決于骨料的成本,并直接影響整個工程的投資,而骨料的成本又取決于料場的選擇及相應(yīng)的采、運、加工等施工方案。在混凝土壩工程中,由于砂石骨料用量大,如果每噸砂石料成本能節(jié)約1元～2元,將節(jié)省工程投資數(shù)千萬,經(jīng)濟效益十分顯著。

混凝土壩施工的工期較長,在施工過程中各期對骨料的需求量,級配要求和質(zhì)量要求也各不相同,骨料產(chǎn)地實際開采的情況與勘測設(shè)計階段預(yù)期的情況也會存在著某些差異,如何在施工實踐中修改與調(diào)整,也需要一個快速準(zhǔn)確的計算方法?；谝陨蟽煞N情況,需要給出一套較為適合大中型水利水電建設(shè)工程中對砂石料場進行優(yōu)選設(shè)計的方法,為施工組織設(shè)計中確定料場規(guī)劃找到一個較好的、行之有效的方法。

2 天然砂礫石料場的優(yōu)選

一般工程所在地附近大多有天然砂石料場可以利用。天然砂礫石料場在進行優(yōu)選時主要目的是選定具體料場并確定其開采量,一般在料場優(yōu)選系統(tǒng)中作為工程的主要備選料場。按其產(chǎn)地位置的相對高低,可分為陸上料場、河灘料場、河心水下料場三類,通常多數(shù)為河灘和水下料場。陸上料場一般覆蓋層較厚,雜質(zhì)含量較高,開采不受河水影響;河灘料場占天然砂石料場的大多數(shù),地處河流上游的河灘料場,常因河道坡陡流急,粒徑偏粗,含砂量偏低,料場貯量少而分散,中、下游地區(qū)的河灘料場,粒徑相對較小,?？烧业酱笃械牧蠄?河灘料場上部在枯水期出露,洪水期淹沒,一部分砂石料經(jīng)常位于河水位以下,表面覆蓋層相對較薄;水下料場系指常年處于河水面以下的砂礫料場,有時與河灘料場連成一片。天然砂礫石料場的優(yōu)選主要目的是選定開采料場并確定其開采量。因此在料場優(yōu)選系統(tǒng)中必然要包括可供工程考慮采用的主要料場。

以廣西全州縣柳鋪水電站工程為例:柳鋪水電站工程位于全州縣廟頭鎮(zhèn)湘江上,電站裝機容量3×5 000 kW,多年平均年發(fā)電量7 319萬kWh。本工程需要的建筑材料有塊石、砂、卵礫石及土料,其需求量分別為:塊石料約4.5×104m3,砂料約2×104m3,礫石料5×104m3,粒度2 cm～5 cm 卵石料約 3×104m3,土料約12×104m3。壩址下游沿江1 km,壩址上游沿江40 km范圍內(nèi),經(jīng)勘探共分布有天然砂礫石產(chǎn)地大的 10多處,每處儲量均在100萬m3以上。壩址下游以白果料場、兆村料場為主,砂礫(卵)石層厚5 m～13 m,大部分儲量位于水下。成分以石英為主,巖屑、長石、云母次之。砂的成分以石英為主,砂石質(zhì)量良好。壩址上游有巷馬渡、深福、廟頭、壁山橋、黃沙河等幾處料場,質(zhì)量與白果料場、兆村料場相同。在優(yōu)選設(shè)計中同樣應(yīng)對天然料場進行篩選,把那些條件明顯不好的料場去掉。經(jīng)過篩選后擇優(yōu)選定白果料場。白果料場的最大優(yōu)勢是運距短,若裝船水運僅1 km,裝車公路運也只有8 km;場地寬,約有500畝;儲量大,約為100萬m3,為柳鋪水電站工程骨料總需求量的5倍。

3 天然料場優(yōu)化選用、開采與篩洗單價的確定

在本次優(yōu)選設(shè)計中采用了動態(tài)規(guī)劃的最短途徑法,對各個料場可供選擇的施工方案進行綜合比較,具體做法如下:

每個天然料場的開采與篩洗工作,大致可劃分為6個施工過程:1)料場的集料與采料;2)裝載;3)向臨時堆場或加工廠的運輸;4)毛料貯存或轉(zhuǎn)運;5)篩洗與分級;6)成品的貯存脫水及其因質(zhì)量差異所增加的附加費用。

在上述工藝流程中,并未包括破碎工藝,而是將破碎工藝作為一個獨立的工藝加以考慮。在上述6個工藝過程中,每一過程可以有多種施工方法供選擇,例如在采料與集料這一施工過程中,可以考慮采用不排水施工方案,利用多斗式采砂船或索式挖土機進行水下采料。也可以考慮采用排水施工方案,用推土機集料,或用多種斗容的挖土機采料。場內(nèi)運輸這一施工過程同樣可有多種施工方法與設(shè)備供選擇,有軌運輸、自卸汽車、皮帶運輸機等運輸方式常為各工地所采用。各施工過程間的多種施工方案又必須相互配合,組成料場開采的綜合機械化施工方案。以單項施工工序為基礎(chǔ),將施工過程組合成綜合機械化開采施工方案網(wǎng)絡(luò)圖,把錯綜復(fù)雜的工藝配合問題,清楚地概括起來,通過圖上作業(yè)或借助動態(tài)規(guī)劃最短途徑法的電算程序,可以很快地選出最優(yōu)的施工綜合方案。這一方法的突出優(yōu)點如下:

1)直觀,所有可供選擇的施工方案均表示在一張網(wǎng)絡(luò)圖上。

2)便于進行單價分析,各施工工序比較單一,易于給出單價。

3)計算工作量小,方法簡便,易于掌握。

4 人工制備砂石料的方案

濕抗壓強度在400 kgf/cm2以上的致密塊狀巖石一般均可作為人工骨料的原料。在大中型工程中,如果主要骨料用料點附近無規(guī)模相當(dāng)?shù)奶烊簧笆蠄鰰r,應(yīng)考慮人工骨料方案,人工骨料方案在料場優(yōu)選中一般是作為獨立分系統(tǒng)考慮的。料場優(yōu)選系統(tǒng)建立時,將人工骨料方案與天然骨料為主的方案作為平行獨立的方案分別予以考慮,最后再加以比較,這樣可以簡化工作的一般程序,可得到幾組方案的經(jīng)濟指標(biāo),為決策提供論據(jù)。

利用山灰?guī)r人工機制混凝土骨料方案在砂石料源的優(yōu)選中是作為獨立的分系統(tǒng)加以考慮的,這是由石料場的巖性所確定的。石料場的石質(zhì)為白云巖,儲量豐富,石質(zhì)好,但由于灰?guī)r的物理力學(xué)指標(biāo)與火成巖或混合巖性的骨料差異較大,兩種骨料不宜混雜使用,故在料場優(yōu)選系統(tǒng)的建立時,可將人工機制骨料方案與天然骨料為主的方案作為平行獨立的兩組方案分別予以考慮,最后再加以比較,擇其優(yōu)者。

5 石碴的利用問題

水電工程壩基或地下工程開挖時,常有大量石碴要棄置。其中往往有相當(dāng)一部分是質(zhì)量符合要求的新鮮塊石,可用作人工骨料的原料。利用棄碴加工成人工骨料,一般成本較低,還可避免占用大片棄碴場地,因此在料場選擇時,棄碴應(yīng)作為一個重要的料源加以研究。

以柳鋪水電站工程為例:石碴的作用主要是調(diào)整特大石與大石的需求量,壩前碎石廠只需進行初碎,由于石碴的利用量限為5萬m3。石碴的調(diào)劑作用尚不能最充分的發(fā)揮,致使料場仍有棄料。如石碴的使用量再大一些,會更經(jīng)濟一些。石碴的利用量目前約為整個骨料需求量的1/3,可以大大降低遠距離運輸骨料數(shù)量,減輕運輸量的壓力。故如以天然料源為主研究柳鋪水電站工程的骨料供應(yīng)方案,石碴的利用方式,應(yīng)以利用石碴調(diào)整級配的方式較為經(jīng)濟。由此引起的施工質(zhì)量控制、施工管理及施工工藝上的一些問題應(yīng)進一步采取措施加以改進。

[1]林延強,陸昌甫,朱光熙,等.水利土木工程系統(tǒng)分析方法[M].北京:水利電力出版社,2003.

[2]周世明,張平新,傅萬緒.混凝土工程施工[M].北京:水利電力出版社,2002.

[3][原蘇聯(lián)]E.A.達尼列維奇.露天開采的組織與計劃[M].冠湘,譯.北京:冶金工業(yè)出版社,2002.