砂石系统_砂石系统技术
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摘要: 梯子洞水电站工程由于施工区地理环境限制，人工砂石骨料生产系统未能按原规划规模设计建造，且配套设施和相关环节又未满足系统要求，造成骨料供需矛盾突出，影响混凝土施工进度和质量。长江委监理人员针对存在的问题，积极、主动地协调各方关系，组织参建单位技术人员群策群力，克服各种困难，最终使砂石骨料生产满足了混凝土施工进度要求，保证了混凝土施工质量，确保了乌电集团公司提出的“提前4个月并网发电”总工期目标的实现。工程概况
梯子洞水电站位于重庆市酉阳县境内，属乌江流域右岸一级支流阿蓬江上9级开发中的最后一级，建筑工程分为两大部分:拦河大坝和地下厂房工程。该电站总装机容量3×12MW，合同工期36个月。拦河大坝采用开敞式碾压混凝土溢流坝结构形式，最大坝高38.5m，坝长约115m，碾压混凝土约7.5万m3，常态混凝土约8.2万m3;地下厂房工程为地下洞室，猫于右岸山体内，洞长累计约300m，厂房开挖尺寸为长65m，宽17m，高32m，开挖方量约为13.5万m3，混凝土衬砌工程量约4.1万m3。本工程混凝土浇筑总量约为19.8万m3，约需人工砂石骨料30万m3。砂石骨料生产系统规模
在招投标阶段，大坝标计划混凝土浇筑高峰强度27000m3/月;地下厂房标计划混凝土浇筑高峰强度3000m3/月，两个标段的高峰期不重叠，且在大坝标浇筑高峰期时，厂房标正在开挖，故砂石骨料最大需求量约3.5万m3/月（取混凝土最大浇筑量的1.3倍）。而此时，砂石系统的投标计划月最大生产强度为4.5万m3，可见，规划的砂石骨料供需计划是匹配的，但在实施过程中却不能满足生产需求。虽原因很多，但其中一个重要原因是施工区狭窄，砂石系统无合适位置布置。因此，中标单位进场后，只能根据现场实际选择一处较开阔地带，最大限度地扩展系统布置场区，也仅勉强能布置下1座月最大生产能力3万m3 的加工系统（其平面布置见图1（略），设计技术参数见表1）。生产问题及处理
3.1 生产进度问题
砂石骨料的生产不能满足混凝土施工进度要求，其原因是多方面的，除上述系统本身规模偏小外，另一个重要的原因就是毛料（开挖石渣料）供应不及时，不能保证系统正常连续生产。在混凝土开始浇筑初期，主体工程开挖已近尾声，开挖料充足，且料场距系统较近（约500m）。但因大坝标第1个枯水期的施工进度计划未按时
完成，施工单位又必须在第2个枯水期之前完成大坝工程的开挖任务，所以，在开挖过程中，为了追赶开挖施工进度，施工单位未按规划好的料场分类堆放开挖料，造成料场大面积的泥石混杂，二次转运时不得不采取措施冲洗，以至供料不及时，此外，装运设备投入不足、胶带机输送带经常被撕裂、骨料加工系统堆料仓较小（最多只能贮存近5000m3 骨料）等，都直接影响加工系统正常的骨料生产，导致混凝土浇筑时，时常出现“等米下锅”的现象。
其实，在第1个枯水期施工进度计划滞后时，监理工程师预见到可能发生上述问题，为此，在第2个枯水期混凝土浇筑施工计划实施的前3个月，监理工程师就专项组织参建四方专题研究成品骨料加工问题，会上监理明确要求施工单位必须采取工艺措施加强骨料加工过程中的冲洗，并在这3个月内按级配要求生产4万m3 成品备料（另辟的贮料仓仅能存放4万m3），以调节高峰期的骨料需求。施工单位按要求进行了备料，并在一定程度上有效缓和了第2个枯水期混凝土浇筑施工高峰时骨料供需紧张的矛盾。但由于施工单位施工设备投入不足，加之骨料生产系统料仓较小，存贮有限，最终还是出现了上述骨料供需紧张局面。监理工程师在综合考虑和分析这些情况的基础上，建议业主项目部组织地方力量，增加运输设备，以保证骨料加工的连续进行。业主项目部采纳了这一建议，实践证明，该建议对砂石系统生产任务的完成起到了明显的推动作用。
3.2 生产质量问题
总体来看，砂石骨料系统生产的砂石料质量基本上满足规范要求（见表2），抽样检测结果表明:粗骨料的超逊径含量、针片状含量（颗粒形状）、有机质含量等均符合规范要求;砂的细度模数有时偏高，石粉含量时高时低。究其原因，主要与毛料来源有关:洞挖料加工后，石粉含量高，有利于碾压混凝土的施工;料场来料加工后，石粉含量偏低，尤其是经水冲洗后的毛料，其石粉含量更低，且砂的细度模数也偏大，对混凝土的和易性影响较大，对碾压混凝土的施工不利，若不用水冲洗，则含泥量偏大，其危害性更大。因此，在施工过程中，监理要求施工单位重点解决含泥量偏大的问题，加大冲洗力度，避免骨料含泥量增大而降低混凝土的强度。混凝土的和易性则通过增大砂率、适当调整胶凝材料用量来改善，含泥量大的骨料须先清出料仓冲洗后，再返回系统进行加工处理。3.3 料源不足问题
由于施工区的岩石均为白云灰质岩，且覆盖层较薄，裂隙夹泥也较少，因此，规划时将开挖石料均作人工砂石骨料的料源，未考虑其它料场。大坝、厂房两工程项目石方明挖和洞挖的设计方量约为37.9万m3（实际开挖量还要大），工程所需的混凝土骨料约为28.2万m3，根据混凝土配合比资料估算，其各级配成品骨料需用量
见表3。单从数量上比较，尚有一定的富余，但实际实施时，却差近4万m3 毛料。分析其原因，除开挖运输中浪费和被污染作弃料的一部分外，还有一部分滑入河床，无法利用。因梯子洞电站坝区河床狭窄，岸坡陡峭，规划的存料场只是相对开阔的岸坡，顺坡滑入河床的石渣已无从捞起，尤其是汛期，水位较高，挖渣更是困难。为满足混凝土施工进度要求，只得重新开辟料场。
根据砂石系统的前期加工经验，洞挖料加工骨料较明挖料容易达到质量要求，尤其是砂料，用洞挖料加工，其细度模数和石粉含量均较理想，而且产量高，但开挖单价要比明挖高3倍。经多次协商讨论，业主项目部本着以质量为重，促进进度的原则，同意选择恰当的部位凿洞取料。砂石骨料供需矛盾的解决
由于多方面的原因，砂石骨料的供需矛盾一直贯穿着梯子洞水电工程建设的始末，对施工进度和质量造成了一定影响。施工初期，砂石加工系统尚未建成，为尽快完成导流洞衬砌，确保截流按时完成，建设方组织地方小型碎石机加工骨料，其质量和进度均无法得到保证，亦无法满足工程要求，不得不采取提高混凝土标号、增大砂率和调整水泥用量等办法加以解决;主体工程开始后，混凝土浇筑强度日增，加上前述原因，砂石骨料供需矛盾十分突出，建设各方为此提出了多种解决方案，除从砂石生产系统本身想办法外，还从调整总体施工方案（如大坝挡水后再浇溢流面混凝土），合理调配混凝土浇筑时段、仓号、工序以及统一协调管理施工设备等多渠道加以解决，才使提前并网发电的总工期目标得以实现;进入尾工阶段，由于施工单位的资金分配问题，造成砂石生产系统因为资金不到位而经常拉闸停工，对后期施工进度也造成一定影响，经多方协调，才得到解决。总之，砂石骨料加工系统在梯子洞水电站工程建设过程中只是附属加工企业，所占资金份额也不大，但一直在一定程度上影响着工程的施工进度和质量。体会
通过对砂石系统规划、设计、生产和施工问题处理过程的回顾、分析和总结，我们感触颇深，概括如下:
（1）工程建设初期不能忽视砂石系统的料源、料场规划，应结合工程的施工进度、施工区的地理环境和地质情况综合考虑;
（2）砂石加工系统的生产规模必须满足混凝土浇筑高峰强度的需求，否则，应考虑增设相应的贮料场;
（3）利用工程开挖料作料源，必须采取可行的、强有力的措施控制开挖料质量和管理好料场，以充分利用工程开挖料，避免浪费。
浅析砂石骨料加工系统的设计
摘 要：水利工程砂石骨料加工系统主要生产混凝土骨料以及其他级配碎石料，整个生产过程涵盖料场规划、原料开采、骨料加工及存储等流程。
关键词：砂石骨料；加工系统；料场规划；工艺流程；系统规模；设备选型
中图分类号：TV42 文献标识码：A 文章编号：1673-0992（2010）02-007-01 1 序言
砂石骨料加工系统可分为人工骨料加工系统和天然砂石料加工系统两种基本类型，主要根据主体工程附近的料源情况选择建立哪种形式的砂石骨料加工系统，对于天然骨料料源充足，且级配较合适的一般采用天然砂石骨料加工系统；对天然骨料料源不充足，或料源充足但级配相差大，而弃料量大的情况一般采用人工骨料加工系统。料场规划
在进行料场选择时，首先要了解工程的需要和河流梯级的近期发展规划、料源状况，以确定建立几个梯级共用或地区性的砂石生产基地，或建工程专用的砂石系统。
选定料场的可采贮量，除满足工程需要贮量外，还应留有一定的裕度备用，包括勘探的可能误差和需要用量的增加。
湿抗压强度在400kgf cm2以上的致密块状岩石一般均可人工骨料的原料石，但应避免采用含有碱活性的原料。在符合质量要求的条件下应选取可碎（磨）性好，磨蚀性弱，粒形好、比重大、弹性模量和热膨胀系数小的岩石。
对于天然砂石料场，采用最优级配固然可以得到性能良好的混凝土，最大限度地节约水泥用量，应采用最佳经济级配减少弃料量系统生产规模和工艺流程
3.1 系统生产规模
3.1.1 系统工作制和设备符合能力
砂石骨料加工系统常见的工作制度有两班制和三班制，其中两班制月工作天数为25天，日工作14小时，月工作小时数为350小时；三班制月工作天数为25天，日工作20小时，月工作小时为500小时。
天然骨料的超径处理或人工骨料的粗碎工段，一般直接承受采场来料，其作用时间应与采场的采运工作制度一致，在超径处理或粗碎设备选择时，其负荷系数可取0.65～0.75；筛洗和中碎、细碎车间一般采用两班制，其设备的负荷系数可取0.75～0.85；棒磨机制砂，要求产品级配稳定，宜用连续三班工作制，其设备的负荷系数可取0.85～0.9。
3.1.2 系统处理能力和生产能力
砂石骨料加工系统的生产规模用处理能力或生产能力表示。处理能力是以单位时间进入的原料量计算；生产能力则是按该车间所生产的产品的数量计算的。
3.1.2.1 处理能力
料场开采和系统均全年生产的，或采料场汛期停产，系统全年生产的，系统处理能力均为采料场的开采能力，但成品堆料场的活容量应不小于（0.05～0.075）倍高峰时段的持续月处理能力，其中月高峰时段指浇筑强度为最高月强度70%以上的持续时期。
3.1.2.2 生产能力
处理能力乘以成品率即为生产能力，在砂石骨料系统设计中常用生产能力表述各车间的规模。在制砂过程中，产品含量有相当数量的0.15mm以下的的石粉可以利用，掺用量一般不超过砂子总重量的12%，这部分利用的石粉，应计入成品产量。
3.2 系统工艺流程
典型的天然砂石骨料生产工艺流程：超径石处理→筛分和级配调整→砂石清洗→补充人工砂→回水利用和污水处理；
典型的人工砂石骨料生产工艺流程：半成品生产→碎石生产→制砂→回水利用和污水处理。
3.2.1 天然砂石骨料加工系统
3.2.1.1 超径石处理
天然砂石料中的超径石是指超过成品最大骨料粒径的原料。当超径石含量不多，或其破碎利用的经济价值不大时，一般作为弃料处理；如在经济上有利，可将超径石破碎后用做混凝土骨料，按连续生产的工艺流程进行设计。
3.2.1.2 筛分和级配调整
从料场运输原料至条筛回车平台，超过成品骨料最大粒径的原料，作为弃料处理或进入粗碎车间进行级配调整；从条筛和粗碎车间出来的料经过胶带机运输至筛分车间，直接筛分出各种粒径的成品骨料，经胶带机运输至成品骨料仓。
3.2.1.3 砂石清洗
天然砂石料中常含泥土，一般在振动筛上用高压水冲洗，如果污染物附着牢固，高压水冲洗不能满足要求时，应考虑增设机械洗石工序。
3.2.1.4 补充人工砂
当天然砂石料的含砂量不足，或者天然砂的级配不好，可利用多余的粗骨料制砂补充或调整级配。人工砂和天然砂一般在棒磨机或螺旋分级机内混合，也可以分别堆存按比例配合使用。
3.2.1.5 回水利用和污水处理
原石料中的污泥和粉粒含量，在水上和河滩料场中约占1%～6%；陆上料场变幅较大，为4%～20%。为控制砂石料的质量，常用较多水冲洗，以致分级机脱水时，溢流速度过大，大量细砂被带走。如果砂的粒径较粗，细砂就应回收利用，冲洗水经处理后，对于有污水排放标准的，应设污水处理设施，冲洗水回收循环使用。
3.2.2 人工砂石骨料加工系统
3.2.2.1 半成品生产
人工骨料的半成品是指块（卵）石原料经粗碎后所得的产品，最大粒径一般控制在中碎机允许最大进料粒径以内。根据地形条件和生产的需要，宜在粗碎设备之后或在二次粗碎设备与筛分楼之间设置半成品堆场，也可以设置容量较小的调节料仓。
3.2.2.2 碎石生产
粗骨料加工的基本工艺流程有闭路和开路生产两类。如要提高碎石生产质量，宜选择闭路生产。闭路是将破碎车间的产品运输至筛分楼重新筛分分级，并将多余的骨料再次运输至破碎车间加工的循环路径。
3.2.2.3 制砂
超细圆锥破碎机制砂，制砂效率高，钢耗能耗低，粉末含量少，但生产出来的砂的粒性较差。棒磨机制砂设备可靠、产品粒度均匀、级配有规律性、质量稳定、粒形好、粉末少。因此，在人工砂石骨料加工系统设计中，一般主要配置超细圆锥破碎机制砂，同时配置棒磨机制砂，二种砂料按一定比例参配，提高人工砂的质量。
3.2.2.4 回水利用和污水处理
人工骨料加工中的粉末一般为5%～15%。为控制砂石料的质量，常用较多水冲洗，以致分级机脱水时，溢流速度过大，大量细砂被带走。如果砂的粒径较粗，细砂就应回收利用，冲洗水经处理后，对于有污水排放标准的，应设污水处理设施，冲洗水回收循环使用。设备选型
4.1 破碎设备
破碎机的类型，应与所处理石料的物理性质、要求的破碎能力、破碎产品的粒径及设备的配置要求相适应。
粗碎是人工骨料生产中设备最重、土建工程量最大、投资最多的工序。考虑水利水电工程使用期限短、维修条件差，粗碎一般不宜采用过于大型的设备。但为保证粗碎作业的正常进行，粗碎机的进口尺寸，应与采装机械的斗容相适应，给料粒径不应大于破碎机进口宽度的0.85倍。
根据试验表明，破碎产品中的针片状含量：①难碎岩石较中等可碎岩石多；②鄂式破碎机最多，旋回式破碎机次之，冲击式破碎机、锤式破碎机和反击式破碎机粒形较好；③粗碎较中碎多，中碎较细碎为多；④粒径小，针片状含量多。
4.2 制砂设备
4.2.1 棒磨机
用棒磨机生产人工砂具有结构简单、操作方便、设备可靠、产品粒性好，粒度分布均匀、级配有规律性、质量稳定等优点，适用于磨碎各种软硬石料。
4.2.2 锤式和反击式破碎机
适用于中硬岩石的破碎（如石灰石、白云石等），破碎特点为：破碎比大，扬尘大，制砂的级配不稳定，粒径偏粗。
4.2.3 超细碎圆锥破碎机
用于制砂的给料粒径一般小于25mm，单位电耗仅3～5kw.h t，钢耗低，产量高，但制品中的粗粒较多。
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