2.3　人工骨料料源選擇

人工骨料料源選擇一般應從工程需要、巖石性質、開采運輸條件、地形地質情況等方面進行綜合研究，進行全面的技術經濟比較。

2.3.1　料源選擇原則和方法

人工骨料料源選擇與工程規模、工程施工總布置以及地質地形條件等因素密切相關。料源規劃勘探的原則總結起來有以下三條：

第一，優質原則。料源巖石質量應滿足混凝土質量設計要求，儲量滿足供應規劃要求；料場覆蓋層薄、剝離量少、巖性均一、開采獲得率高，料源級配易于控制；料場開采條件良好，可滿足開采強度的要求。

第二，經濟原則。在主體工程附近無足夠的符合質量要求的天然骨料時，應研究開采及加工人工骨料的可行性和合理性；主體及洞室開挖料數量較多、質量符合要求時，應充分利用，不足部分可采取料場開挖料進行補充；不占或少占耕地、林地，確需占用時宜保留還田土層。

第三，就近原則。料場應盡量接近骨料加工廠和混凝土工廠，減小運輸距離，且應不影響建筑物布置及安全，避免或減少與其他工程施工的干擾。

（1）水電工程常用巖石類型。一般來說符合水工混凝土骨料加工質量要求的巖石，均可以作為人工骨料加工的料源。如有多種料源可供選擇，應優選加工性能好的巖石作為料源。料源選擇參考原則：有條件的地方，宜優先采用石灰巖料場；有其他料源可供選擇的前提下，宜避免采用高硬度、高二氧化硅含量的巖石作為砂石料料源。國內水電工程人工骨料料源巖石情況見表2-3。

（2）料場選址案例。

1）官地水電站竹子壩料場。官地水電站位于雅礱江下游，為雅礱江梯級開發的第三級，其下游水電站為二灘水電站。竹子壩料場則位于水電站大壩上游右岸，距江邊1km處。料場提供滿足水電站400萬m3混凝土所需砂石加工的原料石，巖性為玄武巖。月開采強度為26萬m3，采用公路運輸方式。官地水電站竹子壩料場布置見圖2-1。

竹子壩料場沿山脊線布置，采區橫跨山脊兩側。左側為沖溝，右側為坡地，砂石料加工系統就布置在右側坡地上。料場長550m，寬270m，成狹長的簸箕形，邊坡最大高度240m，開采儲量為450萬m3。開采時頻繁掏槽作業，不利于料場的高強度開挖。

2）光照水電站基地料場。光照水電站基地料場位于大壩的左岸，高程在850.00m以上。料場長430m，寬210m，料場長向順山脊走向布置，成圍椅。最大邊坡高度為110m，有用料總儲量為300萬m3。光照水電站基地料場布置見圖2-2。

2.3.2　料源勘探

料場經過初步選址確定位置后，需要進行必要的地質勘探。按《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》（SL　251—2000），料場勘探的范圍和深度應符合下列規定：

（1）勘探網（點）間距應符合表2-4的規定。

（2）勘探方法應按料場特性和勘探級別確定，采用鉆探、坑槽探、洞探和物探等?？刂菩糟@孔應揭穿有用層或開采底板線以下3～5m。

（3）勘探點應描述地層、巖性、產狀、無用夾層、斷層、裂隙發育情況、風化程度、巖溶及充填物等，并記錄地下水位、取樣位置和編號、巖芯獲得率等。

根據地形地質勘探勘查結果，將料場按地形地質條件分為三類：

Ⅰ類：地形完整，溝谷不發育，巖性單一，巖相穩定，斷裂、巖溶不發育，風化層及剝離層較薄。

Ⅱ類：地形不完整，溝谷較發育，巖性巖相較穩定，沒有或少有無用夾層，斷裂、巖溶較發育，風化層及剝離層較厚。

Ⅲ類：地形不完整，溝谷發育，巖性巖相變化大，夾無用層，斷裂、巖溶發育，風化層及剝離層厚。

地質勘探工作完成后，需提交地質勘探報告?？碧綀蟾尜Y料包括：有地形等高線與經緯度的綜合平面圖（比例尺1/1000～1/5000）和1/500～1/2000的產地剖面圖及料場勘測試驗報告；選定料場的儲量、質量及開采條件的報告及詳查中遺留問題的補充報告；必要時應取得料場的爆破試驗資料，以確定爆破參數、爆落石料的塊度大小、級配、休止角或抗剪強度等；必要時應取得巖石的破碎試驗資料，以了解巖石的可碎性、可磨性和磨蝕性以及破碎產品的粒形、組成和產量。

2.3.3　原料試驗

對于選定料場的巖石必須完成相應的理化試驗。料場巖石的取樣應滿足規定：①詳查取樣組數應按巖性、風化程度分別取樣。同一巖性不少于5組、同一風化層取樣數量不少于3組，初查時可適當減少；②取樣應在鉆孔巖芯中選取和坑槽、探洞壁鑿??；③每組試驗樣品數量和規格，應滿足試驗要求；④人工骨料原料試驗項目應符合表2-5的規定。

重要的大型工程，必要時應做人工骨料軋制試驗，試驗項目應符合表2-6的規定。

巖石的破碎和制砂試驗，目的在于了解巖石的可碎性、可磨性和磨蝕性，制品的顆粒形狀及其粒度分布，制品的有害成分（如云母）含量，破碎、制砂機械的處理能力及其所需的功率。巖石的可碎（磨）性主要取決于它的沖擊強度，巖石對設備的磨蝕性則主要取決于它的石英含量。例如花崗巖的可碎性指數較玄武巖低，而其磨蝕性則較玄武巖強得多。

巖石的破碎和制砂試驗，一般不用原型機。如國內有類似的生產經驗，可類比參考；如無類似資料，可用小型設備進行試驗測定。

（1）可碎性指數。國外一般采用沖擊試驗機測定，其方法是將10個粒徑為50～75mm的試樣，逐個用鐵錘沖擊，起初落差小一些，逐漸加大直至巖樣破碎，測得破碎時的平均沖擊功除以試樣的粒徑，即為其沖擊強度，然后按經驗公式換算成可碎性指數；亦可采用小型破碎機測定可碎性指數。常用巖石的可碎性指數見表2-7。

（2）可磨性指數?？赡バ灾笖翟谛⌒桶裟C內試驗測定。美國典型的試驗棒磨機是200mm×380mm，用不銹鋼制成。方法有連續和定量兩種。連續法與實際生產條件類似，要用較多的試驗料。定量法是把定量的碎石裝入小型棒磨機磨碎，當制品粒徑大體上符合要求時，測定其運轉時間、功耗和處理量，然后按式（2-1）計算其可磨性指數Wi。

（3）平均磨蝕性指數Ai。一般采用指數測定儀。裝有標準鋼葉輪的旋轉鼓筒（葉輪轉速為632r/min，鼓筒轉速為70r/min），試樣的粒徑為12～19mm，重400g，放入鼓筒進行60min磨蝕試驗，最后測定葉輪的磨損量，以1/10000g為單位表示，即Ai。常用巖石平均磨蝕指數見表2-8。

人工骨料采用石灰巖、花崗巖較多，其可碎（磨）性和粒形較好；玄武巖、輝綠巖等暗色巖石制品的針片狀顆粒較多；砂巖的巖性變化大，一般需做破碎試驗。

2.3.4　料場評價

人工骨料料場評價主要從儲量、質量、剝采比、有用層厚度、開采運輸條件、環境條件、邊坡穩定性評價及設計加工廠的場地條件等幾個方面進行綜合分析評價。

（1）儲量。料場的儲量有勘探儲量、可采儲量，選定料場需要確定料場的可采儲量和需要儲量。

1）勘探儲量。按《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》（SL　251—2000）的規定，勘探儲量為圈定范圍內有用層的埋藏量，即已扣除無用層、有害夾層、風化層、上覆無用層以及邊緣帶厚度為0.2～0.3m的有用層儲量。對于料層很薄、覆蓋層很厚以及零星夾層和邊角地帶的料場，均不應計入勘探儲量。

2）可采儲量。指按料場開采條件和設備的技術性能可能采得的儲量。根據地形圖和現場查勘估算時，其可采儲量可按式（2-2）計算：

γn——天然密度，無實測資料時，巖石取2.5～2.7t/m3，砂礫料為1.9～2.0t/m3，純砂取1.4～1.45t/m3；

P——可采率，采石場和陸上砂礫料場取0.75～0.85，河灘和水下料場取0.6～0.7。

根據用料保證安全度要求，在預可行性研究階段，料場可采儲量應不少于需要量的3倍；在初步設計階段應不少于2倍。如果主料場的開采條件明顯優越、質量好、可采儲量為需要儲量的60%以上，也可適當降低對可采儲量的要求。

選定料場的可采儲量除滿足工程需要儲量外，還應留有一定的裕度備用，包括勘探的可能誤差和需用量的增加。在可行性研究階段，選定料場的可采儲量應不小于需要儲量的1.5倍，初設階段則不小于1.25倍。

3）需要儲量。需要儲量按式（2-3）計算：

（2）質量。人工骨料料場料源的質量情況是料場評價的重要參數。主要應考慮原料的物理力學性能、化學穩定性、有害物質的含量等指標。

（3）剝采比。剝采比是指剝離量與可采儲量的比值，是判斷一個料場是否具有開采價值的重要指標。剝采比越小就越經濟；剝采比大，無用層相對含量就高，開采價值則相對較低。國內已完建或在建水電工程砂石料場的剝采比均較小，一般天然骨料料場剝采比常在0.2以下，人工骨料一般不超過0.4。但是在東南亞由于植被較厚，有用料源埋藏較深，很難找到剝采比經濟的料場，目前大多數大于0.5。

（4）有用層厚度。有用層厚度也是評價砂石料場開采價值的重要指標。好的料場一般有用層厚度大、相對占地少、剝采比小，開采設備的作業效率高。人工骨料料場的有用層厚度一般應在12m以上。對于有用層厚度較小的料場，需要在經過全面的技術經濟論證后，方可考慮是否開采利用。

（5）開采運輸條件。在混凝土骨料的生產成本中，開采運輸的費用通常占相當大的比重。由于加工費用差別不大，運輸條件往往成為料場選擇的一個極為重要的因素。

對于石料場內部運輸來說，在運距很短的采裝工作面，以采裝和運輸相結合較為有利。根據一般經驗：運距在50m以內宜采用推土機；50～150m宜采用裝載機；運距在150m以上，宜考慮裝運方式。

當使用人工骨料時，工地附近大多可找到合適的石料場，骨料加工廠接近混凝土工廠，此時場內運輸主要是在石料場作業面和粗碎車間之間進行，一般采用自卸車。由于石料場內道路差、坡度大、行車速度慢，故運費較高。近年來國內外使用了兩項新工藝：一是間斷＋連續運輸工藝；二是溜井（槽）運輸。所謂間斷＋連續運輸工藝，即在作業面用汽車或裝載機直接將塊石運至設在作業面附近的移動式或半移動式粗碎裝置，粗碎以后的半成品則用膠帶機運往加工廠。毛料的主要運輸任務由運輸能力大、運費便宜的帶式輸送機承擔，可取得較好的技術經濟效果。當規模大、料層厚、位置高、巖層堅固穩定，用裝載機或與自卸車配合的溜井、溜槽、平洞運輸，或在洞內設破碎機室，目前也被廣泛應用。

對位于河心的水下天然料場，宜與水下開采設備配合采用水運。當河心料場與河灘連成一片或不具備水運條件時，可用帶式輸送機運輸。陸上和河灘料場的內部運輸，宜用自卸汽車和帶式輸送機。小型料場也可用窄軌機車運輸。當用斗輪式、鏈斗式等連續開采設備時，則以配置帶式輸送機運輸為宜。

（6）設置加工廠的場地條件。加工廠的場地條件對料場的選擇也有重大影響。如果料場和主要砂石用戶的距離很近，場地條件又允許，混凝土骨料加工和混凝土生產工廠宜設在一起，可共用堆料場等生產設施，減少成品料的中間轉運環節。大中型工程的天然骨料場通常距用戶較遠，為了提高采運設備的效率，減少棄料運輸，加工系統一般宜設在主料場。當主料場的骨料級配好，棄料少，輔助料場至骨料用戶的距離又較主料場近，且在同一運輸線上時，也可考慮將骨料生產系統設在輔助料場。人工骨料一般只設一個加工廠。天然骨料的加工廠一般也宜集中設置，經過比較論證，也可考慮分散設置。骨料加工廠，一般要占用較大的場地，基建工程量也較大；生產時的粉塵和噪聲對環境有較大影響；工程結束后，場地恢復也較困難；而且有時場地還有防洪要求。因此，選擇廠址時，除應考慮加工廠的技術經濟效果外，還須考慮場地（包括石料場）的征用條件。