秦光輝，柏仲生

（中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院， 成都 610072）

錦屏一級(jí)水電站位于四川省鹽源縣和木里縣交界的雅礱江干流上，是雅礱江水能資源最富集的中下游河段五級(jí)開發(fā)中的第一級(jí)。電站位于高山峽谷地區(qū)，岸坡陡峻，工程區(qū)內(nèi)可供利用的平緩山坡與灘地較少。電站以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等作用。水庫(kù)正常蓄水位1880m，總庫(kù)容77.6億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容49.1億m3，為年調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站裝機(jī)容量3600MW。錦屏一級(jí)水電站屬于一等大(1)型工程，樞紐由擋水、泄水及消能、引水發(fā)電等永久性建筑物組成，擋水建筑物采用混凝土拋物線雙曲拱壩，最大壩高305m，壩頂高程1885m。

工程混凝土細(xì)骨料料源為三灘右岸大理巖，砂石加工系統(tǒng)布置在壩上游右岸5km左右的緩坡地。加工系統(tǒng)人工砂生產(chǎn)能力約400t/h。

1 問題的提出

1.1 大量廢棄石粉的產(chǎn)生

細(xì)骨料料源大理巖以灰色中細(xì)晶大理巖、淺灰～灰白色細(xì)晶大理巖為主，夾白色中晶大理巖，約占料場(chǎng)總量的20%～30%。其呈條帶狀或透鏡體狀分布于料場(chǎng)巖體中，開采時(shí)無(wú)法將其剔除。白色中晶大理巖強(qiáng)度偏低，錘擊易成粉末，在砂石骨料加工過程中產(chǎn)生大量的石粉。

在三灘砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，大理巖破碎后原狀砂中石粉含量達(dá)55%～65%。即每生產(chǎn)1t成品砂，即產(chǎn)生1t石粉需廢棄。經(jīng)測(cè)算每小時(shí)將產(chǎn)生約300m3，工程期共約產(chǎn)生134萬(wàn)m3石粉。如此巨大的石粉棄料，在水電工程中尚屬首例。

1.2 石粉的堆存難題

石粉是在本工程混凝土大量澆筑時(shí)產(chǎn)生，此時(shí)工程開挖已基本完成，各渣場(chǎng)堆渣已結(jié)束。根據(jù)本工程特點(diǎn)，廢棄石粉只能運(yùn)到最近的且渣場(chǎng)容量有富余的三灘溝渣場(chǎng)堆存。三灘溝渣場(chǎng)規(guī)劃堆渣容量約2100萬(wàn)m3，目前在溝口以內(nèi)600m范圍內(nèi)堆存了約1000萬(wàn)m3石渣，渣頂平臺(tái)面積約8.5萬(wàn)m2，堆渣坡腳向溝內(nèi)還有約600m長(zhǎng)范圍可供堆渣，還可堆存約1000萬(wàn)m3石渣。

1.2.1 渣場(chǎng)頂部平臺(tái)堆存困難

石粉采用自卸汽車運(yùn)到三灘溝渣場(chǎng)頂部平臺(tái)堆存，在堆存過程中時(shí)，由于石粉顆粒較細(xì)，汽車無(wú)法在石粉上行走，因而，石粉只能在平臺(tái)上堆一層，堆料高度僅約1m，不能再向上堆高，頂部平臺(tái)最多只能堆存約9萬(wàn)m3石粉，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能容納134萬(wàn)m3石粉。

1.2.2 無(wú)法直接向溝內(nèi)堆存

如在渣頂平臺(tái)無(wú)法堆存時(shí)考慮在平臺(tái)邊緣沿渣坡向溝內(nèi)堆存，但因石粉松軟，汽車不能堆遠(yuǎn)，只能在平臺(tái)邊緣向下傾倒，故堆存量也有限。而且三灘渣場(chǎng)溝水處理為透水壩型式，靠堆渣體自行滲透過流，為避免石粉堵塞滲流通道，不能將石粉直接堆在溝底，致使本工程石粉堆存非常困難。

溝內(nèi)堆存石粉，必需先在溝底墊石渣，形成透水體，將溝水滲透到雅礱江內(nèi)。采取墊渣措施后，可形成約6萬(wàn)m2的平臺(tái)，根據(jù)前面渣頂平臺(tái)堆存經(jīng)驗(yàn)，若無(wú)可行的堆存方案，仍無(wú)法堆存134萬(wàn)m3石粉。

大量石粉堆存在水電工程中實(shí)例缺乏，無(wú)相關(guān)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)借鑒，需對(duì)石粉堆存方案開展可行性方案比較。

2 石粉堆存方案設(shè)計(jì)

石粉堆存困難的原因主要是松軟的石粉不能承受機(jī)械行車的壓力。根據(jù)本工程的特點(diǎn)，可從以下兩方面進(jìn)行方案設(shè)計(jì)：

（1）混合堆存方案。即通過摻入某種材料，改變石粉松軟的特性，來(lái)提高石粉的承載力，達(dá)到行車的承載要求。

①在石粉中摻入水泥，通過水泥使石粉膠結(jié)。若采用1∶3～1∶5的水泥砂漿方式，水泥用量巨大。三灘溝渣場(chǎng)石粉堆存量180萬(wàn)t，需水泥約15萬(wàn)t，單水泥費(fèi)用將達(dá)7000多萬(wàn)元，方案不可行。

②在石粉中摻入土壤固化劑之類的外加劑。美國(guó)在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中采用了一種沙漠固化劑，即在沙中摻入少量的固化劑，與砂混合幾小時(shí)后即可滿足直升飛機(jī)起降和行車要求。但該種材料國(guó)內(nèi)尚未引進(jìn)。

③就近取材，在石粉中摻入一定比例的石渣，石渣作為骨架，石粉填充其空隙，達(dá)到提高承載力的目的。

（2）采用其他堆存方式，不需汽車等機(jī)械在石粉上行走作業(yè)

①膠帶運(yùn)輸機(jī)。將膠帶運(yùn)輸機(jī)安裝好后，直接在空中卸料堆存，可避免直接在石粉上行走作業(yè)。

②混凝土布料機(jī)，在溝兩岸適當(dāng)位置布置布料機(jī)，利用其較長(zhǎng)的懸臂膠帶機(jī)將石粉堆存到溝中。

③混凝土泵輸送，即把石粉加水?dāng)嚢韬笥帽盟偷綔蟽?nèi)。由于沒有試驗(yàn)資料，在輸送過程中易發(fā)生石粉和水產(chǎn)生離析而堵塞管道，同時(shí)工藝相對(duì)復(fù)雜。

根據(jù)以上分析，結(jié)合三灘大理巖石粉的特性、堆存量及強(qiáng)度等情況，初步擬定三個(gè)相對(duì)可行的方案：混合堆存方案、布料機(jī)堆存方案，以及膠帶運(yùn)輸機(jī)堆存方案。

2.1 方案一（混合堆存方案）

采取將石粉與石渣混合，讓石粉填充石渣空隙，石渣作為混合渣的骨架，達(dá)到提高其承載力、降低沉降量的目的。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)通行實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)石粉與石渣混合比例體積比為1∶1.2時(shí)，可滿足25t汽車和履帶式車行走要求。因此134萬(wàn)m3石粉需混合石渣料約161萬(wàn)m3，混合后體積約290萬(wàn)m3，堆存在三灘溝渣場(chǎng)內(nèi)。

堆存混合渣料前需在溝底墊30m厚的石渣透水體。根據(jù)剖面計(jì)算，本方案墊底大塊石料約3.8萬(wàn)m3，回填石渣約68萬(wàn)m3。在墊渣工作完成后，鋪土工布，再填50cm厚的砂礫石保護(hù)層，土工布面積約4.1萬(wàn)m2，砂礫石1.0萬(wàn)m3。為防止上游側(cè)石粉滑落到溝底，在墊渣平臺(tái)前端設(shè)置5～10m高的鋼筋石籠擋墻，并覆土工布。

石粉用20t自卸汽車從三灘砂石系統(tǒng)運(yùn)來(lái)后，沿墊渣平臺(tái)上游側(cè)堆存。堆一車石粉，堆一車石渣，按體積比1∶1.2堆料，用推土機(jī)將其簡(jiǎn)單混合。分層堆筑，每層高度不宜超過1m。堆存示意見圖1。

2.2 方案二（布料機(jī)堆存方案）

由于石粉松散，汽車不能在石粉上行走，考慮利用混凝土布料機(jī)較長(zhǎng)的懸臂膠帶機(jī)來(lái)堆存石粉，同樣先在溝底墊渣后，將石粉用汽車卸到布料機(jī)上料膠帶機(jī)的受料倉(cāng)內(nèi)，再通過其懸臂膠帶機(jī)來(lái)堆存，可避免在石粉上行車作業(yè)的困難。

墊渣方案基本同方案一。石粉堆存采用BLJ-600-40自行履帶式布料機(jī)堆存石粉。其外形見圖2。

石粉從三灘砂石加工廠用汽車運(yùn)到墊渣平臺(tái)后，卸料到布料機(jī)上料膠帶機(jī)的料倉(cāng)內(nèi)，再通過40m長(zhǎng)的懸臂膠帶機(jī)將石粉堆存在溝內(nèi)。為盡可能的堆存石粉，布料機(jī)向溝內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并將懸臂在18m～40m范圍內(nèi)伸縮。所有膠帶機(jī)下料處均采用噴水除塵措施。經(jīng)計(jì)算高峰期需布置2臺(tái)布料機(jī)。布料機(jī)堆存示意見圖3。

2.3 方案三 （膠帶機(jī)堆存方案）

本方案采用膠帶機(jī)在渣場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸堆存石粉，在溝底墊渣工作完成后，在渣場(chǎng)內(nèi)安裝膠帶機(jī)，石粉運(yùn)到渣場(chǎng)的受料坑后，用膠帶機(jī)運(yùn)輸堆存。

墊渣方案與同方案一。汽車將石粉運(yùn)到三灘溝渣場(chǎng)受料倉(cāng)，再下料到膠帶機(jī)上，通過三條膠帶機(jī)堆存到溝內(nèi)。膠帶機(jī)堆存示意見圖4。

3 石粉堆存方案比較

3.1 技術(shù)比較

（1）技術(shù)難度方面

方案一的難點(diǎn)在于如何使石粉和石渣混合均勻，石粉和石渣運(yùn)到堆存平臺(tái)后，可采用推土機(jī)進(jìn)行混合、平整，使其混合均勻?？傮w而言該方案實(shí)施技術(shù)難度較小。

方案二中布料機(jī)需布置在溝邊道路上，布料機(jī)布置位置和回車平臺(tái)處需12m～15m寬，布置較為困難，采用石渣靠路邊回填可形成回采平臺(tái)，施工實(shí)施難度不大。

方案三需在1760m高程平臺(tái)上布置膠帶機(jī)棧橋，棧橋高程1830m，排架高度約70m，鋼結(jié)構(gòu)工程量大，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求高，高排架、大跨度的鋼結(jié)構(gòu)制作安裝要求高。由于膠帶機(jī)桁排架基礎(chǔ)位于石渣上，基礎(chǔ)存在不均勻沉降的問題，桁排架及膠帶機(jī)安裝施工難度較大。因此，該方案存在較大的技術(shù)難度。

（2）工程量及運(yùn)輸強(qiáng)度方面

方案一溝底墊渣71萬(wàn)m3，工程量較小。三灘溝渣場(chǎng)堆存石粉134萬(wàn)m3，需混合用石渣160萬(wàn)m3，從渣場(chǎng)就近翻運(yùn)，高峰時(shí)段石粉與石渣運(yùn)輸強(qiáng)度約900t/h，用20t汽車運(yùn)輸，單向小時(shí)行車密度約50輛/h，道路運(yùn)輸強(qiáng)度較高。

方案二墊渣82萬(wàn)m3，工程量較大。道路運(yùn)輸石粉強(qiáng)度為400t/h，采用20t汽車，單向小時(shí)行車密度約30輛/h。道路運(yùn)輸強(qiáng)度較小。

方案三，墊渣82萬(wàn)m3，鋼結(jié)構(gòu)約850t，混凝土3000m3，工程量巨大。石粉采用膠帶機(jī)運(yùn)輸，膠帶機(jī)運(yùn)輸強(qiáng)度400t/h，道路運(yùn)輸強(qiáng)度幾乎為零。

（3）準(zhǔn)備工程工期方面

方案一墊渣總量約71萬(wàn)m3，從墊渣開始到堆存石粉至少需2個(gè)月。

方案二墊渣總量約83萬(wàn)m3，需3個(gè)月完成，布料機(jī)制造運(yùn)輸需2個(gè)月，因此從墊渣開始到堆存石粉至少需3個(gè)月。

方案三墊渣總量約82萬(wàn)m3，需3個(gè)月完成，膠帶機(jī)制作3～4個(gè)月，安裝調(diào)試2個(gè)月，從墊渣開始到堆存石粉至少需5～6個(gè)月。

（4） 運(yùn)行管理方面

方案一，石粉、石渣運(yùn)輸、混合管理相對(duì)較簡(jiǎn)單。

方案二，布料機(jī)每隔30m左右需移動(dòng)一次，需重新安裝上料膠帶機(jī)及受料倉(cāng)，較繁雜。

方案三，利用膠帶機(jī)堆存石粉，機(jī)械化程度高，減少了石粉的運(yùn)輸距離，石粉堆存強(qiáng)度可以得到保證。但膠帶機(jī)設(shè)備的維護(hù)、零件的更換，受高膠帶機(jī)棧橋的制約，不甚方便；無(wú)法更換大型設(shè)備和器材，石粉堆存的保障性較差。三個(gè)方案實(shí)施可行性比較見表1。

從表1可以看出，方案一具有實(shí)施難度小、土建工程量小、準(zhǔn)備工期最短、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，故在技術(shù)上最優(yōu)；方案二具有實(shí)施難度相對(duì)較小、土建工程量較小、準(zhǔn)備工期相對(duì)較短的優(yōu)點(diǎn)，故在技術(shù)上較優(yōu)。方案三有實(shí)施難度較大，而且土建工程量大、準(zhǔn)備工期長(zhǎng)、運(yùn)行管理難度大等缺點(diǎn)，在技術(shù)上難度最大。

3.2 經(jīng)濟(jì)比較

從墊渣工程、設(shè)備土建安裝、運(yùn)行維護(hù)等方面對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。各方案石粉從三灘砂石系統(tǒng)運(yùn)到三灘溝渣場(chǎng)過程相同，其費(fèi)用不參與比較。從運(yùn)到三灘渣場(chǎng)后開始計(jì)算石粉運(yùn)輸費(fèi)。

各種費(fèi)用計(jì)算參照《錦屏一級(jí)水電站前期施工輔助工程有關(guān)專項(xiàng)設(shè)計(jì)復(fù)核概算》中的人工、材料基價(jià)和設(shè)備臺(tái)班費(fèi)，按水電建筑工程概算定額（2007年版）計(jì)算各項(xiàng)單價(jià)。三個(gè)方案費(fèi)用只計(jì)算工程直接費(fèi)。三個(gè)方案的相對(duì)經(jīng)濟(jì)比較見表2。

表2 各方案相對(duì)經(jīng)濟(jì)比較表（單位：萬(wàn)元）

從表2可看出，由于方案一需摻入161萬(wàn)m3石渣，其運(yùn)輸費(fèi)約1578萬(wàn)元，且混合石渣需采用推土機(jī)推運(yùn)約10m，費(fèi)用約560萬(wàn)元，故在三個(gè)方案中費(fèi)用最高；方案三膠帶機(jī)桁排架鋼結(jié)構(gòu)工程量大，費(fèi)用也較高。方案二墊渣完成后就采用布料機(jī)鋪料，不需大的土建工作，費(fèi)用最低。

3.3 推薦方案

綜上，方案一技術(shù)上最優(yōu)，但經(jīng)濟(jì)性最差；方案二技術(shù)上次之，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)；方案三技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都劣于其他兩個(gè)方案。方案二卸料時(shí)可調(diào)整懸臂膠帶機(jī)角度，石粉卸料高度可以控制，同時(shí)在卸料點(diǎn)噴水霧，使揚(yáng)塵得到控制，并且卸料點(diǎn)處無(wú)需人工作業(yè)。

考慮技術(shù)的可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性，同時(shí)兼顧本工程施工進(jìn)度、環(huán)境保護(hù)、水土保持等方面的要求，最終選擇方案二（布料機(jī)堆存方案）作為本工程石粉堆存方案。

4 結(jié)語(yǔ)

在水利水電工程建設(shè)中，工程棄渣一般為土石方渣料，采用汽車運(yùn)至渣場(chǎng)堆存，不存在技術(shù)難題。但本工程砂石系統(tǒng)產(chǎn)生大量的棄渣為石粉，汽車堆存困難。本文研究了三種堆存方案，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定采用布料機(jī)堆存方案。實(shí)施時(shí)利用現(xiàn)場(chǎng)已有的一臺(tái)布料機(jī)立即投入使用，滿足了石粉堆存緊迫的需要，高峰期又新購(gòu)的一臺(tái)新布料機(jī)，滿足石粉堆存強(qiáng)度的需要，運(yùn)行效果良好。該方案既滿足了工程建設(shè)工期要求，又節(jié)約了工程投資，受到了業(yè)主好評(píng)。其他工程若開挖石渣時(shí)間與石粉產(chǎn)生時(shí)間一致，選擇石粉與石渣混合堆存方案更經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。本文對(duì)其他工程中出現(xiàn)類似情況具有一定借鑒意義。

[1]DL/T5397-2007 水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]水利電力部水利水電建設(shè)總局. 水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 1997.

[3]全國(guó)水利水電施工技術(shù)信息網(wǎng).水利水電工程施工手冊(cè)[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2002.