三峡工程砂石系统的规划、建设与管理

三峡工程砂石系统的规划、建设与管理论文作者：中国长江三峡工程开发总公司陈绪贵车公义摘要：三峡工程混凝土浇筑量大，强度高且持续时间长，砂石骨料的生产必须满足混凝土浇筑的要求。由于参建各方的努力，7年来三峡工程砂石料在数量、质量上基本上满足了工程建设的需要，得到了三峡工程质量检查专家组的肯定。回顾几年的工作，可得出以下几点，科学的规划、良好的设计是前提；选择有良好奇质和实力的总承包单位是基础；先进的生产设备是保证；业主的科学管理是关键；参建各方的共同努力是确保工程顺利实施的很本保证。关键词：三峡工程砂石系统规划生产运行管理1概述三峡工程规模巨大，按正常蓄水位175m、坝顶高程185m分期蓄水方案，主体工程及导流工程混凝土总量2804万m3，需要净砂石骨料4582万m3，其中粗骨料3185万m3，细骨料1397万m3。工程分三期施工，一期工程浇筑混凝土490万m3，需砂石骨料746万m3，采用天然砂石料。主要料源来自距坝址约52km的宜昌县黄柏河的南村坪天然砂石料加工系统和经右岸白庙子。高家溪天然砂石料加工系统加工的、距坝址约54～85km范围的红花套、云池料场的长江河床天然砂石料。二期工程浇筑混凝土1759万m3，需砂石骨料2699万m3，三期工程浇筑混凝土555万m3，需砂石骨料851万m3，全部采用古树岭和下岸溪人工砂石料加工系统生产的人工砂石骨料。2砂石料料源、料场选择及料源指标2.1砂石料料源三峡工程需要的砂石骨料数量巨大，骨料料源选择将直接影响工程的质量和工程的造价。三峡工程项目法人中国三峡总公司十分重视这一工作。三峡工程的设计单位长江水利委员会自1958年至1985年经过近30年的勘察、试验研究，基本查明坝址上游35km、下游380km范围内长江干流及交流河床可供选用的砂砾石总储量11085.4万m3，贮量丰富，质量基本符合要求，是三峡工程混凝土所需的砂石料料源之一。然而，通过对宜都至七星岩约80km的长江河床进行的以找富砂区为目标的勘探和对松滋口至董市长11km河床进行普查勘探、研究，砂料细度难以控制，技术可靠性较差，综合成本高而予放弃。宜都以下长江河床天然粗骨料受水下开采能力，长江水情、航道通航的限制其综合成本较高，而予放弃。三峡工程基岩为闪云斜长花岗岩，其微风化及新鲜岩石岩体完整，湿抗压强度为97.1～98.8MPa，容重为27.4～27.5kN/m3，指标优越，料源近，就地加工成本低，是良好的混凝土骨料料源。经试验表明，以基坑开挖料加工的人工砂其游离云母含量高达7.0%～8.6%，超过水工规范不大于2%的规定，因此，利用基坑开挖料加工碎石，作为混凝土粗骨料。可利用的基坑开挖料总量约1300.8万m3(自然方)，可满足二期工程需要。为了寻求技术、经济指标优越的细骨料(人工砂)料源，对如下几个料场做了研究：赵家包料场，位于长江右岸距坝址8km。有用层为灯影组灰岩，岩质坚脆，节理裂隙极为发育，可加工细骨料，但因料场地形陡竣，高差大，予以放弃。朱家沟料场，位于长江左岸距坝址约20km。岩石的主要质量技术指标符合(SDJ17-78)规程要求，贮量达5400万m3(自然方)。白崖山料场位于长江左岸，主要质量技术指标基本符合(SDJ17-78)规程要求。贮量达5100万m3(自然方)。下岸溪斑状花岗岩料场，位于长江左岸下岸溪鸡公岭，距坝址约12km，地面高程200～576m。料场出露的基岩主要是前震旦系斑状花岗岩，花岗岩岩体表面普遍有一层风化壳，其分布规律是山背风化层最厚(39.5m)，料场平均风化厚29.43m，岩石的主要质量技术指标符合(SDJ17-78)规程要求，贮量为4734.9万m3。根据技术经济比较和三峡工程施工总体布置及场内外交通运输条件和工程实施条件的变化，经综合比较，三峡总公司确定的三峡工程混凝土砂石料料源实际安排如下：(1)准备期及一期工程工程开工初期，由于基坑开挖尚不能提供新鲜石料，且人工砂石系统尚未形成，右岸工程全部用天然砂砾料，左岸前4年采用天然砂砾料，第5年起采用人工砂石料。(2)二期工程二期工程左岸利用基坑开挖的微新岩石加工粗骨料，所需砂料采用下岸溪料场加工的人工砂；右岸仍采用来自长江河床的天然砂砾料。在浇筑右岸三期碾压混凝土横向围堰时，由于混凝土最高月强度达40万m3以上，需由左岸供应人工砂石骨料。(3)三期工程三期工程混凝土全部采用下岸溪料场的人工砂石料。综上所述，三峡工程混凝土总量2804万m3中，天然砂砾石拌制的混凝土约为490万m3，人工骨料拌制的混凝土约为2310万m3，天然料及人工骨料分期需要量见表1。表1各期砂石料需用量万m3项目准备及一期工程二期工程三期工程合计混凝土总量49017595552804砂石骨料总量80128749074582其中：砂245879.5277.51402粗骨料5561994.5629.531802.2料场选择及料源指标经勘查，试验研究和分析比较，最终选定了天然砂砾料场和人工砂石料场。2.2.1天然砂砾料场(1)南村坪料场长江支流黄柏河南村坪料场，距坝址52～58km。黄柏河出口位于葛洲坝库区，砂石料运输可不经过葛洲坝船闸，料场受汛期影响比较小，对长江河床砂石料场汛期开采起一定的调节作用，也可以减少右岸砂石系统贮存料场的容积。南村坪料场由1～4号滩组成，分布在6km的范围内，砂砾石总贮量714.5万m3，剥离量78.1万m3，其中1～3号滩砂砾石贮量512m3，4号滩贮量203万m3。含砂率1～3号滩为19.6%～27.8%。4号滩为20.7%～23.6%，含砂率偏低，超径石多。砾石由火成岩、白云岩、灰岩、石英砂岩，砂岩及少量隧石和页岩组成，砂料由石英，火成岩和碳酸岩屑为主，有少量隧石及砂岩碎屑组成，砂砾料中隧石含量在2.6%～2.7%，采取适当措施不会对混凝土产生危害性影响。(2)长江河床料场长江河床天然砂砾料场由虎牙滩、红花套、云池、宜都四个料场组成，位于坝址下游54～85km。料场剥离层厚度0.5～2.2m，剥离层2265万m3。砂料为中细砂，细度模数为1.8～3.0：由石英、长石、火成岩、碳酸盐岩、砂岩及微量云母组成，砂及砾石中都含有少量具有碱骨料反应的活性骨科，采取适当措施后，不会造成对混凝土的有害影响。2.2.2人工砂石料场(1)基坑开挖利用料三峡工程枢纽建筑物基岩为闪云斜长花岗岩，其微风化、新鲜岩石总体完整，湿抗压强度为97.1～98MPa，容重为27.4～27.5kN/m3。三峡工程基坑可供利用开挖料(微风化及新鲜岩石)为2845万m3，施工组织设计经土石方平衡，并扣除开挖、运输及堆存等各种损耗，可利用的基坑开挖料为1300万m3(自然方)。岩石主要矿物成分及物理力学指标见表2、表3。表2闪云斜长花岗岩矿物成份主要矿物含量(%)岩石名称颜色结构石英钾长石斜长石黑云母角闪岩闪云斜长花灰白至浅中粗粒250～35510～1510岗岩灰表3闪云斜长花岗岩物理力学指标岩石名称类别容重(kN/m3)泊桑比变形模量(GPa)弹性模量(GPa)抗压强度(MPa)闪云斜新鲜270.24550100长花岗岩微风化270.2404590闪云斜长花岗岩矿物成份中云母含量高达10%～15%，轧制的成品砂中游离云母含量高达7%～8.5%，超过了水工规范的规定，因此，须另辟料场生产人工砂。(2)下岸溪人工砂石料场下岸溪人工砂石料场位于长江左岸下岸溪鸡公岭，距坝址12km。料场岩石为斑状花岗岩，其物理力学指标见表4；下岸溪料场勘探储量见表5。三峡工程二、三期工程需由下岸溪料场加工人工砂1171万m3，三期工程需人工碎石590万m3。表4斑状花岗岩岩石物理力学性能岩石容重抗压强度MPa名称风化分部比重吸水率干饱和面干干湿斑状弱风化带上部2.6988.360.1花岗岩弱风化带下部2.6926.526.4115.685.40.83微新岩石2.6926.826.75175.1138.40.3辉绿岩脉2.8426.627.71431180.24表5下岸溪采场勘探储量280m以上高程300m以上高程分层岩石名称面积(万m2)平均厚度(m)储量(万m3)面积(万m2)平均厚度(m)储量(万m3)砂岩1.37.09.11.37.09.1剥离层第四系及根据系岩27.33.081.926.23.078.6斑小计91.087.6可利用层状全强风化带2517.1224.923.617.1209.0花弱风化带上部28.66.6216.627.56.6205.0岗弱风化带下部28.68.8240.427.58.8224.5岩微新岩石28.6130.02657.727.5110.02290.2石小计2928.7在二期工程施工初期，由于土石方工程施工条件的变化，土石方平衡较施工总组织设计有了变化。1998年～1999年在二期工程开挖基本完成以后，经现场测量计算，基坑开挖的微新岩石利用料的堆存量尚不能满足二期工程混凝土所需人工碎石的要求，因此，三峡总公司决定，二期工程期间，在下岸溪料场建设增容工程，增加生产人工碎石826万m3，用以补充二期基坑开挖利用料的不足。三峡工程二、三期工程需由下岸溪料场生产人工砂石料2587万m3，需开采石料1988万m3(自然方)；下岸溪料场的储量完全可以满足三峡二、三期工程混凝土对人工砂石骨料的需求。下岸溪料场岩石的成砂性能好，产砂率达80%～85%，砂颗粒比较方正，细度模数及游离云母含量符合要求。以下岸溪(新鲜花岗岩、强风化花岗岩、全风化花岗岩)的人工砂为细骨料，用基坑开挖料轧制的人工碎石为粗骨料，进行混凝土性能试验表明其力学、热学性能和冻融耐久性都可满足要求。下岸溪新鲜斑状花岗岩人工砂加气混凝土(D8)，可以经受300次以上的冻融循环，按300次冻融循环要求考虑的耐久性指标达63.5，重量损失为2.28%，重量损失没有超过5%的规定。下岸溪斑状花岗岩制备的人工砂颗粒，人工砂云母含量，人工砂混凝土力学性能，混凝土热学性能，混凝土冻融耐久性试验研究均证明下岸溪斑状花岗岩人工砂的各项指标均满足三峡工程要求。3砂石骨料加工系统的规划与建设3.1天然砂石料生产系统根据三峡工程施工总体规划和总进度安排，三峡工程准备期和一期工程混凝土主要采用天然砂石料，按照选定的料场，从1993年5月至1996年9月，分别在料源地和三峡工程施工区左、右岸建成了两个天然砂石料开采加工及输送系统。3.1.1右岸青树坪～高家溪加工系统右岸青树坪～高家溪天然砂石料加工系统为三峡工程准备期和一期工程混凝土以及二期右岸部分工程混凝土提供天然砂石成品料：系统设计处理能力为740t/h。系统由青树坪毛料码头，高家溪净料码头和高家溪筛分、储运系统组成，该系统的工艺流程见图1。该系统建安投资4000多万元，包含于右岸一期工程总承包合同中，系统由葛洲坝集团公司中标承建并负责运行管理。系统于1993年5月开工，1995年2月全部建成投产。3.1.2南村坪～乌枪山天然砂石料加工输送系统南村坪～乌枪山天然砂石料加工系统主要承担三峡工程准备期及一期左岸工程混凝土用砂石料，同时部分补充右岸准备期及一期工程混凝土用砂石料。图1盲树坪～高家溪天然砂石料系统工艺流程图系统设计毛料处理能力为740t/h，成品砂石料生产能力为669t/h，最大月生产能力为15万t。系统由南村坪天然砂石料加工系统，南村坪码头装运系统和三峡工区左岸乌枪山码头起运堆存系统组成。系统的工艺流程见流程框图。该系统建安投资384.58万元，建安工程为总价承包，成品砂石料为单价承包，设备由承包单位自带，业主给予部分设备垫资，由中国水利水电第三工程局中标承建并负责运行管理。系统于1994年4月开工，1994年11月开始向三峡工程供应成品砂石料至1997年，系统分年生产、供应砂石成品料数量见表6。表6南村坪天然砂石系统分年生产、供应量年份1994年1995年1996年1997年合计供应量(万/m3)0.5522.9536.747.4267.64为满足左岸一期工程临时船闸和永久船闸边坡喷锚的需要，从1995年4月至1995年11月，乌枪山码头堆存系统起运来自