1、引言

小浪底大壩為壤土斜心墻土石壩，其壩高154m，壩頂長1666.3m，壩體總填筑量5184.7萬m3，其中反濾料有261萬m3，過渡料320萬m3。小浪底土石壩的砂石料加工系統(tǒng)主要就是用來生產(chǎn)大壩的反濾料和過渡料。反濾料在土石壩中起保護防滲土料不被滲透水流帶走的重要作用，過渡料在土石壩中起保護反濾料并向堆石區(qū)過渡的作用，而且在大壩的填筑施工過程中要求反濾料和過渡料隨壩體平起填筑，因此反濾料和過渡料的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量對土石壩填筑施工的質(zhì)量和進度具有直接影響。小浪底大壩是由以國際知名的意大利英波吉洛公司為責任方的黃河承包商承建，大壩的砂石料加工系統(tǒng)也是由他們自行設(shè)計修建的。系統(tǒng)除了主要生產(chǎn)反濾料、過渡料外，還擔負了大壩所需的砼骨料、5區(qū)摻和料骨料、路基料等多種料的生產(chǎn)，整個系統(tǒng)的流程和布置比單純的砼骨料加工系統(tǒng)要復雜得多，這些要求系統(tǒng)的設(shè)計和布置有很高的兼容性、開放性，要求對系統(tǒng)的運行管理水平要很高以保證其正常穩(wěn)定的運行。該加工系統(tǒng)于95年10月投產(chǎn)，經(jīng)過歷時五年的高強度施工，大壩于2000年6月底提前計劃13個月勝利填筑到頂，大壩的砂石料加工系統(tǒng)按質(zhì)按量生產(chǎn)的反濾料和過渡料為這一勝利的取得發(fā)揮了重要作用。并且，利用河灘沖積砂卵石料在同一系統(tǒng)生產(chǎn)土石壩的反濾料、過渡料，且設(shè)計生產(chǎn)率高達1600th的砂石料加工系統(tǒng)在國內(nèi)是第一次，積累了寶貴的經(jīng)驗。2、料源及成品料級配2.1料源反濾料、過渡料毛料取自壩址下游6～7.5Km處的馬糞灘料場，勘探儲量約766萬m3，天然級配如表一所示，由表可見粒徑80mm以上約占一半，粗砂（1.2~5mm）、小石（5~20mm）含量較少，細砂（1.2mm以下）含量很大。

2.2反濾料級配要求合同文件中要求生產(chǎn)的2A、2B、2C三種反濾料由滿足合適級配的砂和礫石組成，并提出了三條級配曲線，承包商為了能精確配取反濾料，也為了能同時利用本系統(tǒng)生產(chǎn)大壩基礎(chǔ)所需的砼骨料的方便，根據(jù)級配曲線計算出各種骨料所占的理論重量百分數(shù)如表二示：

由上表可看出，反濾料粒徑都在80mm以下，其中20~5mm，5~1.2mm用量較大。加工系統(tǒng)按上表粒徑范圍生產(chǎn)出不同粒徑的成品砂石骨料，利用準確的稱量系統(tǒng)，按表二的百分數(shù)調(diào)配后充分混和，以達到合同文件中對反濾料的級配要求。2.3過渡料級配要求按照合同文件要求和工程師的批準，過渡料級配曲線見曲線一。

可見過渡料最大粒徑為250mm，粒徑80mm以上超過50%，5mm以下只占10%左右，顆粒較粗，細料要求較少。3、工藝流程和系統(tǒng)布置分析該系統(tǒng)按生產(chǎn)的主要成品料的不同分成兩大部分：過渡料生產(chǎn)部分和反濾料生產(chǎn)部分，根據(jù)料源的天然級配以及反濾料、過渡料的不同級配要求，系統(tǒng)的過渡料部分和反濾料部分生產(chǎn)流程設(shè)計各有特點。實際生產(chǎn)情況表明，系統(tǒng)最初的流程設(shè)計和布置是基本合理成功的，但也出現(xiàn)過一些問題，承包商根據(jù)實際生產(chǎn)的具體情況和需要作了一些改善，生產(chǎn)系統(tǒng)最終的流程和布置情況如下。3.1工藝流程

　　系統(tǒng)工藝流程如圖一示。

從圖中可看出，該系統(tǒng)除了毛料預篩分時將500mm以上超徑料棄掉外，加工工藝為全閉路流程，棄料少，毛料利用率高，減少了重復運輸。根據(jù)反濾料和過渡料的不同級配要求和壩上需要量高峰期不重疊的特點，系統(tǒng)設(shè)計具有很強的調(diào)節(jié)能力。系統(tǒng)將80mm以下的料主要作為反濾料的原料，大于80mm的料主要作為過渡料原料，過渡料與反濾料兩生產(chǎn)系統(tǒng)既相互獨立，又能互相調(diào)劑。過渡料料堆和反濾料的毛料堆緊挨在一起，當反濾料原料不夠時，過渡料可自動補充。在過渡料部分98年5月改造以前，還利用C28皮帶機從反濾料系統(tǒng)將人工碎石輸送給過渡料，用以增加過渡料碎石含量，改善過渡料級配，同時增加過渡料生產(chǎn)能力。這樣設(shè)計能充分發(fā)揮兩部分的生產(chǎn)潛力，平衡生產(chǎn)，節(jié)約生產(chǎn)資源。根據(jù)反濾料部分擔負多種生產(chǎn)任務(wù)的特點，其篩分、破碎和制砂系統(tǒng)設(shè)計為兩路并行，可提高系統(tǒng)的利用率，一路出故障，另一路可照樣正常運行，減少停產(chǎn)對工程進度的影響。反濾料生產(chǎn)部分由于天然料級配與成品料級配很不平衡，系統(tǒng)設(shè)計了多達7臺的中細碎破碎機（其中有兩臺用來制備粗砂），來調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡生產(chǎn)。由于天然料中粗砂含量少，細砂含量多，而成品料需要粗砂、小石量卻較大，細砂需要量卻不是很大，因而將砂子分粗、細砂兩級制備，以方便重點人工制粗砂和遺棄多余的細砂。這些都同時增加了制砂系統(tǒng)的設(shè)計制備難度。系統(tǒng)最初設(shè)計用小石通過棒磨機制砂，隨著需要量的加大增加了兩臺圓錐破碎機，同時發(fā)現(xiàn)小石不夠，且圓錐破碎機采用小石破碎制砂效率不高，且易堵塞，因而改用中石利用棒磨機和圓錐破碎機同時制備。解決了小石不夠的矛盾，但同時發(fā)現(xiàn)棒磨機利用中石制砂，出來的料中含有少量小石，而棒磨機后沒有設(shè)計5mm孔徑的篩網(wǎng)，使得粗砂中出現(xiàn)少量超徑的小石，且含量不穩(wěn)定，給反濾料的精確配制帶來麻煩，對粗砂質(zhì)量和工程進度有一定影響。3.2系統(tǒng)布置系統(tǒng)平面布置如圖二示，按照從過渡料部分到反濾料部分，從篩分到破碎到制砂順流程布置。進料口在料場一側(cè)，成品料出料在上壩方向一側(cè)，自卸車在出料倉下接料直接運送上壩，無需倒運。

過渡料部分包括進料預篩分樓，篩分、粗碎樓，成品料堆及其卸料倉。反濾料部分包括毛料堆，篩分樓，中、細碎樓，制砂系統(tǒng)，成品骨料料堆，配料系統(tǒng)和卸料倉。系統(tǒng)布置相當緊湊，便于集中運行管理。整個系統(tǒng)的運行由3個中央控制室用計算機全自動控制，其中H1室控制過渡料生產(chǎn)，H2室控制反濾料生產(chǎn)，H3室控制反濾料的配置。這三部分的運行相互獨立，互不干擾，根據(jù)需要可單獨運行其中任一部分，這使系統(tǒng)生產(chǎn)具有較大的靈活性，同時也使系統(tǒng)能分部檢修維護，系統(tǒng)在一部分出現(xiàn)故障時別的部分可照樣運行，不會使整個系統(tǒng)全部癱瘓，可減小部分故障對整個工程進度的影響。4、生產(chǎn)能力分析系統(tǒng)的生產(chǎn)能力直接影響工程進度，生產(chǎn)能力設(shè)計過小將使大壩填筑進度拖后，但設(shè)計過大會造成不必要的浪費。根據(jù)施工總進度計劃，過渡料高峰填筑強度為19.8萬m3月，反濾料填筑高峰強度為7.1萬m3月（包括其它用料0.5萬m3），考慮高峰系數(shù)，過渡料取1.05，反濾料取1.25，生產(chǎn)效率85％，按每月工作24天，每天工作20小時計算，過渡料設(shè)計生產(chǎn)能力1100th，反濾料設(shè)計生產(chǎn)能力750th，總設(shè)計生產(chǎn)能力為1600th（過渡料和反濾料的高峰期不重疊，二者間生產(chǎn)能力可相互調(diào)劑，故總生產(chǎn)能力小于二者之和）就可滿足要求，并有所富余。然而，在實際運行中，一度出現(xiàn)了過渡料偏粗、分離嚴重的問題，為確保過渡料的質(zhì)量，對系統(tǒng)進行了兩次大的改造。第一次在1997年元月，主要解決過渡料偏粗的問題，起用反濾料向過渡料供應(yīng)細碎料的C28皮帶機，減小粗碎鍔式破碎機的開口尺寸；第二次改造在1998年上半年，新增一臺圓錐破碎機替代C28皮帶機供應(yīng)的細碎料，并使組成過渡料的各部分經(jīng)由同一條皮帶機輸入成品料堆以減少分離。經(jīng)過兩次改造，較成功的解決了過渡料偏粗、分離的問題，但由于減小了對整體生產(chǎn)能力起控制作用的鍔式破碎機的開口尺寸，停止了由反濾料生產(chǎn)部分向過渡料輸料的C28皮帶機的運行，使得該加工系統(tǒng)總生產(chǎn)能力和過渡料部分生產(chǎn)能力下降。實際運行中高峰期總的最高生產(chǎn)率只達到1335th，過渡料部分生產(chǎn)率最高只達到約900th，反濾料部分生產(chǎn)率最高達到732th。可見改造后對過渡料生產(chǎn)率影響較大，對反濾料生產(chǎn)率基本無影響。另外，從1998年下半年到1999年汛前，應(yīng)承包商的要求和出于對黃河防汛形勢的需要，大壩填筑需要加速施工，使得過渡料、反濾料填筑質(zhì)量與進度的矛盾進一步加劇。小浪底工程是千年大計，質(zhì)量第一，不能犧牲質(zhì)量保進度。最后通過在別的料場鉆爆開挖，利用已有的護坡料加工廠篩分過渡料；根據(jù)反濾料填筑高峰相對滯后的特點，通過開辟中間堆料場，提前反濾料的生產(chǎn)高峰期，堆存富余用于填筑高峰期，成功地在不影響填筑質(zhì)量的同時滿足了加速施工的要求。5、設(shè)備選型及其運行管理再好的設(shè)計最終要通過設(shè)備及其運行來實現(xiàn)成品料的生產(chǎn)，較好的選取設(shè)備和科學的管理運行才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量和工程進度。5.1設(shè)備選型該加工系統(tǒng)除鋼結(jié)構(gòu)和非標準設(shè)備在國內(nèi)采購外，全部設(shè)備都從國外（主要是意大利、法國）進口。根據(jù)流程設(shè)計要求，該加工系統(tǒng)很龐大，設(shè)備較多，計117臺（套），主要設(shè)備如破碎機就有鍔破機、不同型號的圓錐破碎機和旋回破碎機9臺；不同型號的振動篩、靜力篩、脫水篩達16臺；皮帶機37條，總長約1700m，有寬1200mm、1000mm、800mm、650mm四種類型。近五年的生產(chǎn)情況表明，系統(tǒng)設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，設(shè)備利用率達到85%左右，主要設(shè)備完好率100％。與國內(nèi)同類型加工系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的洗砂脫水設(shè)備、計算機自動控制運行和反濾料計算機稱量配料系統(tǒng)設(shè)備尤為先進。洗砂脫水設(shè)備改變了過去國內(nèi)單一使用螺旋洗沙機洗砂脫水，采用了包括洗砂槽、靜力篩、振動篩、旋流器和振動脫水篩在內(nèi)的多種設(shè)備。洗砂脫水設(shè)備達到了很好的效果，砂子含泥量在2.5%左右，粗砂含水量7%，細砂含水量18%左右，經(jīng)堆存排水后完全滿足其作為反濾料和混凝土骨料的質(zhì)量要求。計算機自動控制運行和反濾料計算機稱量配料系統(tǒng)設(shè)備采用德國西門子自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了所有設(shè)備運行的自動控制和反濾料的計算機稱量配料，使系統(tǒng)的運行和反濾料配料快速準確，對保證工程進度和質(zhì)量起了重要作用。5.2運行管理該加工系統(tǒng)的管理由一名外籍主管負總責，下有4名機電和質(zhì)量檢測工程師，生產(chǎn)工人40人，維修工人30人。管理的主要內(nèi)容有，根據(jù)大壩的填筑進度生產(chǎn)合格的過渡料反濾料，對系統(tǒng)進行維護保障其持久正常運行，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗提前申購零配件等等。系統(tǒng)每天生產(chǎn)20小時，設(shè)備維護3小時，維護時間不管有無問題都得保障。維護內(nèi)容主要有，每天檢查各水路、電路、油路、自動控制系統(tǒng)是否正常，檢查破碎機開口尺寸是否合理，檢查篩網(wǎng)有無損壞堵塞，對棒磨機鋼棒進行補充調(diào)整，各磨損件的更換等等。設(shè)備維護是該系統(tǒng)管理的重要方面，對保障系統(tǒng)持久正常運行是必不可少的。有些維護措施很瑣碎，但對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率影響很大。比如，篩洗脫水砂子的靜力篩、振動篩和脫水篩由于孔徑小，容易堵塞，維護時就得用敲打沖洗篩網(wǎng)的辦法來清除堵塞物，否則會引起篩分效率下降，篩分不完全，粗砂中含細砂，影響粗砂質(zhì)量，進而影響反濾料的配料質(zhì)量。各破碎機的開口尺寸每天進行檢查，根據(jù)破碎機的破碎特性、原料性質(zhì)和系統(tǒng)骨料平衡要求調(diào)整其到合理的開度，也對保證產(chǎn)品質(zhì)量相當重要。圖三為曾出現(xiàn)過的一次2B區(qū)反濾料的典型質(zhì)量改進前后的級配曲線。2B區(qū)反濾料是由小石（5mm~20mm）、中石（20mm~40mm）、大石（40mm~80mm）三種骨料按一定比例調(diào)配而成，曲線一是調(diào)配后加工廠控制性試驗結(jié)果，質(zhì)量不合格，超出了包絡(luò)線的下包線，原因是細料含量不夠；曲線二是增加小石含量后的調(diào)配結(jié)果，曲線向上抬起，沒有超出下包線，可卻超出了上包線，原因是小石中10mm以下含量太少，真正缺少的是10mm以下的骨料，單純增加小石（5mm~20mm）含量，其中10mm~20mm粒徑的骨料同時也增加，致使曲線超出上包線。所以，靠單純增加小石含量不能解決該料偏細的問題，要想辦法增加小石內(nèi)部10mm以下含量。最后，根據(jù)骨料性質(zhì)，同時查破碎機的破碎特性曲線，通過多次實驗，調(diào)節(jié)中細碎破碎機的開口到一合理尺寸，使其破碎出的10mm以下含量最大。然后利用破碎機調(diào)節(jié)開口后生產(chǎn)的小石，仍用曲線一時的三種骨料配比，配出了質(zhì)量合格的2B區(qū)反濾料，見圖三。

6、結(jié)語砂石料加工系統(tǒng)生產(chǎn)用于土石壩填筑的反濾料和過渡料，它的生產(chǎn)直接影響土石壩的填筑質(zhì)量和進度，其影響因素是復雜的，多方面的，需要在實際生產(chǎn)中不斷深入研究，具體問題具體分析。就填筑質(zhì)量和進度來講，質(zhì)量是第一位的，任何時候都不能單純追求進度而忽視質(zhì)量。土石壩的反濾料和過渡料的填筑質(zhì)量應(yīng)從其成品料加工系統(tǒng)生產(chǎn)就開始重視檢測，并結(jié)合填筑現(xiàn)場最終反饋來的實際檢測情況對加工系統(tǒng)進行合理調(diào)節(jié)，直至符合技術(shù)規(guī)范要求。小浪底大壩的填筑經(jīng)過中外建設(shè)者五年的高強度施工，到目前蓄水運行結(jié)果表明施工質(zhì)量良好，取得了質(zhì)量和進度的雙豐收，其砂石料加工系統(tǒng)功不可沒。另外，砂石料加工系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、運行、管理是一個涉及到地質(zhì)、水利水電、機電、自動控制和管理等多方面知識的應(yīng)用性、經(jīng)驗性很強的復雜的工作，需要各專業(yè)人員的相互協(xié)作和努力工作，國外承包商吃苦耐勞的敬業(yè)精神和豐富的管理經(jīng)驗也非常值得學習?！?p style="line-height: 3em;">