洪家渡水电站面板堆石坝垫层料生产及质量控制

简介：贵州洪家渡水电站是乌江干流11座梯级水电站的第一级，是唯一具有多年调节水库的“龙头”电站。电站以发电为主，装机容量600MW，保证出力159.1MW，多年平均发电量15.59亿KW.h。电站枢纽由钢筋混凝土面板堆石坝、库首防渗工程、洞式溢洪道、泄洪洞、引水发电系统、地面发电厂房以及GIS开关站等建筑物组成。钢筋混凝土面板堆石坝最大坝高179.5m，坝顶长427.79m、坝顶宽11m。泄洪系统置于左岸地下，它由洞式溢洪道、泄洪洞组成。引水发电系统采用三洞三机放射状独立式进水口单元供水方式，分别由竖井式进水口、引水遂洞、分岔过渡段和压力钢管等组成。地面厂房位于面板堆石坝左岸坝脚，内装三台200MW水轮发电机组。GIS开关站布置于上游副厂房顶，与主变重叠布置。

在洪家渡电站面板堆石坝施工中，由水电八局洪家渡施工局向大坝施工单位宏建联营体提供成品垫层料，垫层料共分为两种：ⅡA垫层料（最大粒径100mm）、ⅡB垫层料（最大粒径40mm）。ⅡB垫层料主要在坝上垫层料与趾板相交的不易碾压密实的部位使用，用量较少，其生产工艺和控制方法与ⅡA垫层料基本相同，故本文主要介绍ⅡA垫层料的生产、质量控制情况。

由于面板堆石坝建设周期短、工程造价低，目前世界上面板堆石坝已发展成为一种主要的坝型，已相继建成阿瓜密尔巴（Aguamilpa，墨西哥，坝高190m）、新国库（New Exchequer，美国，坝高150m）、萨尔瓦兴娜（Salvajina，哥伦比亚，坝高148m）等高坝。在我国，面板堆石坝已取得长足的发展，已建成天生桥一级（坝高178m）、白云（坝高110m）等高坝。然而我局在面板堆石坝上除在贵州习水县修建了马沙沟面板堆石坝，且在马沙沟垫层料的获得是利用成品砂石骨料翻拌而得的以外，还几乎是一个空白。故我从一个试验人员的角度编写此文，供同行参考。 一、设计指标

在该工程，垫层料生产控制指标以包络线的形式给出，其设计参数见表1和图1。

二、垫层料生产流程示意图

在洪家渡砂石料生产工艺中，垫层料生产和成品砂石料生产同时 同系统进行，垫层料生产只是砂石料生产的一部分。垫层料生产流程 示意图见图2。

三、垫层料主要生产设备：该地区属于石灰岩地质地貌，其主要生产设备在设计阶段就已经选定，我在此列出只是作为文章的一部分，供读者在今后的工作中参考。 图1 垫层料设计包络线 1、双转子立式反击破碎机：型号2P1010，一级转子电机55KW，二级转子电机75KW；一级转子可以单独运行，但是质量较差（含砂量偏低），产量低；一级、二级转子同时运行产量高，质量易于控制。

2、石打石破碎王：型号PL8500，电机200KW；是一个仿德国产细碎“BHS”的一个制砂破碎设备，可以用干法工艺和湿法工艺两种工况进行生产，用干法工艺生产时的出砂率和砂颗粒级配均优于湿法生产，但干法生产灰尘大，环境污染比较严重，一般采用半干半湿工艺进行生产。 3、旋回式破碎机（常称作粗碎）：型号PX-700mm，最大进料粒径为595mm（700*85%），排料口尺寸为Min100，台时产量为200~300T/h。 四、垫层料生产质量控制

在垫层料生产中，根据设计文件，5mm以下的颗粒含量必须达到30~50%之间，平均

含量40%，而一般的反击式破碎机很难达到这一点，所以控制垫层料中5mm以下颗粒的含量成了整个生产控制的关键。如果在生产时没有控制好5mm以下颗粒的含量，那么在垫层料出厂时就要加入大量的成品砂翻拌均匀以满足要求，这在成本控制上是相当不利的，且还要投入大量的设备进行翻拌。

1、粗碎：主要功能是将大于150mm（根据中碎进料口要求而得）粒径以上的颗粒破碎，该处控制的重点是控制回采毛料的含泥量，含有已板结泥块的毛料要在该处予以控制，使其不要进入整个砂石料生产系统。其出机检测结果列于表2。 表2 粗碎出机料（半成品）筛分统计表

2、石打石破碎王：主要作用是将从砂石筛分系统返回的大石、中石、小石混合料破碎以补充垫层料中的5mm以下的颗粒含量。其出机各级骨料的含量通过设备的进料量、进料级配来进行调节。该设备出机料检测结果列于表3。

在该处控制情况是首先根据设备转子锤头和破碎腔环形衬板的磨损程度（通过更换零配件来实现）来控制破碎效果，一般情况下，锤头磨损严重时破碎效果较差，质量相对较差；其次控制进料量和进料级配，根据试验调试情况，进料量（进料量以其对破碎王产生的负荷不超过破碎王电机额定电流为宜，一般不超过200A）和进料级配（混合料比单一级配效果好）对出机料都有一定程度的影响（大石、中石混合料破碎比高，效果较好）。

3、螺旋洗泥机：冲洗小于40mm以下颗粒，主要控制垫层料中的小于0.075mm以下颗粒的含量。

4、反击式破碎机：该设备为生产垫层料的主要设备，百分之九十左右的垫层料由该设备生产，其出机料加上石打石破碎王出机料再加上螺旋洗泥机出机料就是成品垫层料。该设备出机料的质量控制也是通过控制进料量的大小、进料级配和出料口即反击板的高度的尺寸以及控制转子锤头的磨损程度来调节的。其出机料平均含量如表4。

从表4可以看出，反击式破碎机出机样中≤5mm的部分离该粒径平均含量40%相差达10.54个百分点。

五、垫层料的检测

1、取样：因为垫层料在生产储备料仓中很容易产生分离，所以，垫层料取样最好是在生产皮带机机头或在翻拌均匀准备出厂的料仓中取样，使所取样品更具有代表性、更接近真实。

2、筛分试验：在做筛分试验的时候，采用①烘干、称重②洗去小于0.075mm的颗粒③再烘干④进行级配筛分试验、称重⑤将各级累计筛余与设计包络线对比⑥合格与否判定，当根据累计筛余得出的曲线如图3，界于设计上下包络线之间时判为合格⑦当筛分结果不合格时，根据筛分结果补充相应的骨料⑧再取样进行检验。

六、总结

垫层料是一种混合料，虽说其生产工艺不复杂，但是要生产出全部满足设计包络线的成品也是很困难的，现列出几点笔者在生产控制中的体会，希望在今后的同行工作中起到借鉴的作用，少走一些弯路，那便是笔者的初衷。

1、因垫层料是一种混合料，当其通过皮带送入成品堆积料仓时，随着高度的增加，其堆积形状呈锥形且越来越高，这时垫层料产生大量的分离：粗颗粒分布在锥体的四周，特别是锥底。在洪家渡电站的解决办法是又修建了一个料仓，二次转运入该仓后通过装载机或挖掘机翻拌均匀后方可运上大坝用于施工。

2、垫层料的含水率控制：当垫层料含水率低于1%时，垫层料很容易产生分裂，所以要控制垫层料的含水率。在洪家渡电站的具体做法是在通过皮带机进行二次转运的时候在皮带头安装喷淋设备，进行喷水，此时要特别注意对喷淋系统孔径、水压、流量的控制，这一般要通过多次的试验方能确定。但在喷水时要注意，喷水不能过多，当喷水过多时，垫层料在坝上碾压作业时碾压不密实，容易形成弹簧土。

3、从振动筛到反击式破碎机的骨料要使其尽量多的进入反击式破碎机，增加破碎率，提高小于5mm颗粒的含量。在洪家渡电站的做法是减小筛孔尺寸（低于20mm的颗粒直接入仓）和提高过筛率（主要通过提高振动筋的振动频率来实现）。

4、石打石破碎王作为补充垫层料中小于5mm以下颗粒含量的设备，必须和反击式破碎机同时运行，保证垫层料的质量。

5、要生产出合格的垫层料，首先从控制毛料回采开始，使回采的毛料尽量少含泥、少超径；其次在随后的每个环节必须要有专人监控，随时调整各个设备的开口以及进料量和进料级配，这样才能生产出合格的垫层料。

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