2.3　人工骨料料源选择

人工骨料料源选择一般应从工程需要、岩石性质、开采运输条件、地形地质情况等方面进行综合研究，进行全面的技术经济比较。

2.3.1　料源选择原则和方法

人工骨料料源选择与工程规模、工程施工总布置以及地质地形条件等因素密切相关。料源规划勘探的原则总结起来有以下三条：

第一，优质原则。料源岩石质量应满足混凝土质量设计要求，储量满足供应规划要求；料场覆盖层薄、剥离量少、岩性均一、开采获得率高，料源级配易于控制；料场开采条件良好，可满足开采强度的要求。

第二，经济原则。在主体工程附近无足够的符合质量要求的天然骨料时，应研究开采及加工人工骨料的可行性和合理性；主体及洞室开挖料数量较多、质量符合要求时，应充分利用，不足部分可采取料场开挖料进行补充；不占或少占耕地、林地，确需占用时宜保留还田土层。

第三，就近原则。料场应尽量接近骨料加工厂和混凝土工厂，减小运输距离，且应不影响建筑物布置及安全，避免或减少与其他工程施工的干扰。

（1）水电工程常用岩石类型。一般来说符合水工混凝土骨料加工质量要求的岩石，均可以作为人工骨料加工的料源。如有多种料源可供选择，应优选加工性能好的岩石作为料源。料源选择参考原则：有条件的地方，宜优先采用石灰岩料场；有其他料源可供选择的前提下，宜避免采用高硬度、高二氧化硅含量的岩石作为砂石料料源。国内水电工程人工骨料料源岩石情况见表2-3。

（2）料场选址案例。

1）官地水电站竹子坝料场。官地水电站位于雅砻江下游，为雅砻江梯级开发的第三级，其下游水电站为二滩水电站。竹子坝料场则位于水电站大坝上游右岸，距江边1km处。料场提供满足水电站400万m3混凝土所需砂石加工的原料石，岩性为玄武岩。月开采强度为26万m3，采用公路运输方式。官地水电站竹子坝料场布置见图2-1。

竹子坝料场沿山脊线布置，采区横跨山脊两侧。左侧为冲沟，右侧为坡地，砂石料加工系统就布置在右侧坡地上。料场长550m，宽270m，成狭长的簸箕形，边坡最大高度240m，开采储量为450万m3。开采时频繁掏槽作业，不利于料场的高强度开挖。

2）光照水电站基地料场。光照水电站基地料场位于大坝的左岸，高程在850.00m以上。料场长430m，宽210m，料场长向顺山脊走向布置，成围椅。最大边坡高度为110m，有用料总储量为300万m3。光照水电站基地料场布置见图2-2。

2.3.2　料源勘探

料场经过初步选址确定位置后，需要进行必要的地质勘探。按《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL　251—2000），料场勘探的范围和深度应符合下列规定：

（1）勘探网（点）间距应符合表2-4的规定。

（2）勘探方法应按料场特性和勘探级别确定，采用钻探、坑槽探、洞探和物探等。控制性钻孔应揭穿有用层或开采底板线以下3～5m。

（3）勘探点应描述地层、岩性、产状、无用夹层、断层、裂隙发育情况、风化程度、岩溶及充填物等，并记录地下水位、取样位置和编号、岩芯获得率等。

根据地形地质勘探勘查结果，将料场按地形地质条件分为三类：

Ⅰ类：地形完整，沟谷不发育，岩性单一，岩相稳定，断裂、岩溶不发育，风化层及剥离层较薄。

Ⅱ类：地形不完整，沟谷较发育，岩性岩相较稳定，没有或少有无用夹层，断裂、岩溶较发育，风化层及剥离层较厚。

Ⅲ类：地形不完整，沟谷发育，岩性岩相变化大，夹无用层，断裂、岩溶发育，风化层及剥离层厚。

地质勘探工作完成后，需提交地质勘探报告。勘探报告资料包括：有地形等高线与经纬度的综合平面图（比例尺1/1000～1/5000）和1/500～1/2000的产地剖面图及料场勘测试验报告；选定料场的储量、质量及开采条件的报告及详查中遗留问题的补充报告；必要时应取得料场的爆破试验资料，以确定爆破参数、爆落石料的块度大小、级配、休止角或抗剪强度等；必要时应取得岩石的破碎试验资料，以了解岩石的可碎性、可磨性和磨蚀性以及破碎产品的粒形、组成和产量。

2.3.3　原料试验

对于选定料场的岩石必须完成相应的理化试验。料场岩石的取样应满足规定：①详查取样组数应按岩性、风化程度分别取样。同一岩性不少于5组、同一风化层取样数量不少于3组，初查时可适当减少；②取样应在钻孔岩芯中选取和坑槽、探洞壁凿取；③每组试验样品数量和规格，应满足试验要求；④人工骨料原料试验项目应符合表2-5的规定。

重要的大型工程，必要时应做人工骨料轧制试验，试验项目应符合表2-6的规定。

岩石的破碎和制砂试验，目的在于了解岩石的可碎性、可磨性和磨蚀性，制品的颗粒形状及其粒度分布，制品的有害成分（如云母）含量，破碎、制砂机械的处理能力及其所需的功率。岩石的可碎（磨）性主要取决于它的冲击强度，岩石对设备的磨蚀性则主要取决于它的石英含量。例如花岗岩的可碎性指数较玄武岩低，而其磨蚀性则较玄武岩强得多。

岩石的破碎和制砂试验，一般不用原型机。如国内有类似的生产经验，可类比参考；如无类似资料，可用小型设备进行试验测定。

（1）可碎性指数。国外一般采用冲击试验机测定，其方法是将10个粒径为50～75mm的试样，逐个用铁锤冲击，起初落差小一些，逐渐加大直至岩样破碎，测得破碎时的平均冲击功除以试样的粒径，即为其冲击强度，然后按经验公式换算成可碎性指数；亦可采用小型破碎机测定可碎性指数。常用岩石的可碎性指数见表2-7。

（2）可磨性指数。可磨性指数在小型棒磨机内试验测定。美国典型的试验棒磨机是200mm×380mm，用不锈钢制成。方法有连续和定量两种。连续法与实际生产条件类似，要用较多的试验料。定量法是把定量的碎石装入小型棒磨机磨碎，当制品粒径大体上符合要求时，测定其运转时间、功耗和处理量，然后按式（2-1）计算其可磨性指数Wi。

（3）平均磨蚀性指数Ai。一般采用指数测定仪。装有标准钢叶轮的旋转鼓筒（叶轮转速为632r/min，鼓筒转速为70r/min），试样的粒径为12～19mm，重400g，放入鼓筒进行60min磨蚀试验，最后测定叶轮的磨损量，以1/10000g为单位表示，即Ai。常用岩石平均磨蚀指数见表2-8。

人工骨料采用石灰岩、花岗岩较多，其可碎（磨）性和粒形较好；玄武岩、辉绿岩等暗色岩石制品的针片状颗粒较多；砂岩的岩性变化大，一般需做破碎试验。

2.3.4　料场评价

人工骨料料场评价主要从储量、质量、剥采比、有用层厚度、开采运输条件、环境条件、边坡稳定性评价及设计加工厂的场地条件等几个方面进行综合分析评价。

（1）储量。料场的储量有勘探储量、可采储量，选定料场需要确定料场的可采储量和需要储量。

1）勘探储量。按《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL　251—2000）的规定，勘探储量为圈定范围内有用层的埋藏量，即已扣除无用层、有害夹层、风化层、上覆无用层以及边缘带厚度为0.2～0.3m的有用层储量。对于料层很薄、覆盖层很厚以及零星夹层和边角地带的料场，均不应计入勘探储量。

2）可采储量。指按料场开采条件和设备的技术性能可能采得的储量。根据地形图和现场查勘估算时，其可采储量可按式（2-2）计算：

γn——天然密度，无实测资料时，岩石取2.5～2.7t/m3，砂砾料为1.9～2.0t/m3，纯砂取1.4～1.45t/m3；

P——可采率，采石场和陆上砂砾料场取0.75～0.85，河滩和水下料场取0.6～0.7。

根据用料保证安全度要求，在预可行性研究阶段，料场可采储量应不少于需要量的3倍；在初步设计阶段应不少于2倍。如果主料场的开采条件明显优越、质量好、可采储量为需要储量的60%以上，也可适当降低对可采储量的要求。

选定料场的可采储量除满足工程需要储量外，还应留有一定的裕度备用，包括勘探的可能误差和需用量的增加。在可行性研究阶段，选定料场的可采储量应不小于需要储量的1.5倍，初设阶段则不小于1.25倍。

3）需要储量。需要储量按式（2-3）计算：

（2）质量。人工骨料料场料源的质量情况是料场评价的重要参数。主要应考虑原料的物理力学性能、化学稳定性、有害物质的含量等指标。

（3）剥采比。剥采比是指剥离量与可采储量的比值，是判断一个料场是否具有开采价值的重要指标。剥采比越小就越经济；剥采比大，无用层相对含量就高，开采价值则相对较低。国内已完建或在建水电工程砂石料场的剥采比均较小，一般天然骨料料场剥采比常在0.2以下，人工骨料一般不超过0.4。但是在东南亚由于植被较厚，有用料源埋藏较深，很难找到剥采比经济的料场，目前大多数大于0.5。

（4）有用层厚度。有用层厚度也是评价砂石料场开采价值的重要指标。好的料场一般有用层厚度大、相对占地少、剥采比小，开采设备的作业效率高。人工骨料料场的有用层厚度一般应在12m以上。对于有用层厚度较小的料场，需要在经过全面的技术经济论证后，方可考虑是否开采利用。

（5）开采运输条件。在混凝土骨料的生产成本中，开采运输的费用通常占相当大的比重。由于加工费用差别不大，运输条件往往成为料场选择的一个极为重要的因素。

对于石料场内部运输来说，在运距很短的采装工作面，以采装和运输相结合较为有利。根据一般经验：运距在50m以内宜采用推土机；50～150m宜采用装载机；运距在150m以上，宜考虑装运方式。

当使用人工骨料时，工地附近大多可找到合适的石料场，骨料加工厂接近混凝土工厂，此时场内运输主要是在石料场作业面和粗碎车间之间进行，一般采用自卸车。由于石料场内道路差、坡度大、行车速度慢，故运费较高。近年来国内外使用了两项新工艺：一是间断＋连续运输工艺；二是溜井（槽）运输。所谓间断＋连续运输工艺，即在作业面用汽车或装载机直接将块石运至设在作业面附近的移动式或半移动式粗碎装置，粗碎以后的半成品则用胶带机运往加工厂。毛料的主要运输任务由运输能力大、运费便宜的带式输送机承担，可取得较好的技术经济效果。当规模大、料层厚、位置高、岩层坚固稳定，用装载机或与自卸车配合的溜井、溜槽、平洞运输，或在洞内设破碎机室，目前也被广泛应用。

对位于河心的水下天然料场，宜与水下开采设备配合采用水运。当河心料场与河滩连成一片或不具备水运条件时，可用带式输送机运输。陆上和河滩料场的内部运输，宜用自卸汽车和带式输送机。小型料场也可用窄轨机车运输。当用斗轮式、链斗式等连续开采设备时，则以配置带式输送机运输为宜。

（6）设置加工厂的场地条件。加工厂的场地条件对料场的选择也有重大影响。如果料场和主要砂石用户的距离很近，场地条件又允许，混凝土骨料加工和混凝土生产工厂宜设在一起，可共用堆料场等生产设施，减少成品料的中间转运环节。大中型工程的天然骨料场通常距用户较远，为了提高采运设备的效率，减少弃料运输，加工系统一般宜设在主料场。当主料场的骨料级配好，弃料少，辅助料场至骨料用户的距离又较主料场近，且在同一运输线上时，也可考虑将骨料生产系统设在辅助料场。人工骨料一般只设一个加工厂。天然骨料的加工厂一般也宜集中设置，经过比较论证，也可考虑分散设置。骨料加工厂，一般要占用较大的场地，基建工程量也较大；生产时的粉尘和噪声对环境有较大影响；工程结束后，场地恢复也较困难；而且有时场地还有防洪要求。因此，选择厂址时，除应考虑加工厂的技术经济效果外，还须考虑场地（包括石料场）的征用条件。