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摘要：卡洛特水电站工程是“一带一路”首个大型水电投资建设项目，对混凝土骨料的质量、性能等有严格要求。为比选出适合的砂石料场，找到一种合理的开采及运输方案，重点从料源质量、储量、运距等方面， 综合分析比较了比珥（Beor）和那拉（Nara）两座然砂石料场，并结合设计要求及现场实际开采条件，确定了天然砂石主料场以及一种便捷的河滩料场开采及运输方案。实践表明，该方案可满足工程生产需要，且便于控制、易于管理，可为其他类似工程提供借鉴。
关键词：天然砂石料场;料源选择;开采及运输方案;比选;卡洛特水电站;巴基斯坦
中图法分类号：TV422 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.03.015
1 概 述
卡洛特（Karot）水电站是巴基斯坦境内吉拉姆河（Jhelum）规划的5个梯级电站的第四级，坝址位于巴基斯坦旁遮普省境内卡洛特桥上游1 km处，下距曼格拉大坝74 km，西距伊斯兰堡直线距离约55 km。工程开发任务为发电，电站装机容量720 MW。枢纽工程由挡水、泄水、冲沙及引水发电系统等主体建筑物组成，拦河大坝为沥青混凝土心墙土石坝，最大坝高95.5m，混凝土骨料采用天然砂石开挖料。
2 天然砂石料场概况
比珥（Beor）和那拉（Nara）天然砂石料场是距离坝址较近的两座天然砂砾料场。料场各区的料源情况见表1。这两座料场的地理位置、分布范围及分区见图1。
（1）比珥天然砂石料场。该料场位于坝址右岸下游的吉拉姆河支流，距坝址12～20 km。主要分布于支流中上游河床及两岸漫滩，该段支流宽30～100 m，两岸均为基岩，长约20km，呈弯曲条带状。
根据河床部位砂砾（卵）石含泥量的不同，将比珥料场的砂砾料分为A、B两类，其中A类料平均含泥量4.2%，B类料平均含泥量8.4%。比珥料场Ⅰ区和Ⅱ区砂砾混合总储量为295.1万m3。
（2）那拉天然砂石料场。该料场位于坝址下游约20km的右岸支流冲沟中，距坝址运距约30 km。有用料主要分布于支流中、上游河段河床，该段支流宽30～150 m，长约15 km，呈弯曲条件状。
那拉料场Ⅰ区有用层计算厚度为3.1 m，面积为16.5万m2，储量为51.2万m3;Ⅱ区有用层计算厚度为1.2 m，面积为74.0万m2，储量为88.8万m3。那拉料场总面积为90.5万m2，砂砾混合料总储量为140.0万m3。
3 料源选择及关键因素分析
3.1 基本原则
料源选择原则如下：①料场储量满足全工程所需砂石料总量需求;②料源性质、质量、储量、开采及运输条件等综合指标最优;③具备陆上开采条件;④不占或少占耕地、保护环境，尽可能减少料场开采对周边地理及生态环境的影响。
3.2 关键因素分析
（1）工程需要量及料场储量。根据工程设计，全工程所需生产的113.32万m3普通混凝土、4.49万m3喷混凝土以及12.56万m3大坝填筑用料所需的加工骨料均从天然砂石料场中开采，并由砂石加工厂加工生产。经计算，骨料总需求量为158.75万m3。考虑到砂石料开采、运输及加工损耗和开采备用系数，料场开采总量为224.6万m3。
比珥料场I区储量195.7万m3、II区储量99.4万m3，总计储量295.1万m3，满足上述224.6万m3料场开采总量要求。那拉料场I、II区储量总计140万m3，不能单独满足该工程开采总量需求，部分须从比珥料场开采。
（2）料源质量。两座料场取样试验数据见表2。比珥和那拉料场的砂石料均属于级配不良砾（级配良好砾Cu≥5，1<Cc<3），需对开采的毛料进行分级加工处理;砂砾（卵）石中粗、细骨料含泥量均偏大（粗骨料含泥量≤1%、细骨料泥量≤3%为宜），开采后需清洗，祛除污泥;细骨料细度模数均偏小（细度模数2～3为宜），需配合人工制砂工艺调节，以满足混凝土配合比要求;砂石存在潜在碱骨料活性，对砂石采取冲洗、破碎、筛分等工艺加工，并在混凝土胶凝材料中掺和一定量的矿渣，即可消除碱骨料反应的危害。综上所述，比珥和那拉料场开采的天然砂石均须经过砂石加工系统的分级加工，才能满足实际生产需要。
（3）运距。比珥料场距坝址平均距离12～20 km，那拉料场距坝址平均距离约30km，故比珥料场运距更短。
（4）开采及运输条件。比珥和那拉料场均属河滩料场，且河床宽度大，两岸基岩出露，具備水上开采条件，方便集中开采。料场至坝址区的运输通道可利用比珥桥以及周边的乡村道路、普通公路等，运输方便。
综上所述，选择储量丰富、运距更短的比珥料场作为主料场，那拉料场作为备用料场。
4 比珥料场开采及运输方案分析
4.1 料场开采及设备配置方案分析
比珥料场沿河道分布，呈长条状，Ⅰ区、Ⅱ区均长约10余公里，料层薄，分布面积大。
常用的河滩料场开采机械包括采砂船和反铲等。采砂船开采能力较高，设备选择主要考虑吃水深度、流速、有用料开挖深度及配套驳砂能力等因素的影响。反铲的单台设备能力较采砂船低，且施工受水位影响较大，但设备调度灵活、适用性高[1-2]。
根据实际资料，比珥料场受非汛期或雨水较少时的水位影响，不能使用采砂船开采。考虑到比珥料场具备陆上开采条件，且有用层的堆积厚度有限，反铲的最大开挖深度满足料场开采的实际需求;而料场分布呈条带状且范围较广，反铲可根据实际需求加大设备投入、增加工作面，短期内可达到有效的开采规模，以避免在汛期高水位时开采作业。相应地，在砂石加工系统及料场周边可分别设置毛料堆场，作为汛期备料，以满足汛期停采时毛料的供应需求。综上所述，该工程可采用反铲作为料场的开采设备。 （1）開挖设备选型。该工程使用的长臂反铲和普通反铲的主要技术参数见表3。
为满足高峰期月开采10万m3的设计开采强度要求，开挖机械采用长臂反铲加普通反铲组合的方案。工作时间按每天12 h、每月25 d计算，则1台EC460B型长臂反铲开采能力为2.4万m3/月，考虑到长臂反铲施工可能受到水位影响，1台长臂反铲开采能力按2万m3/月计算，1台CAT330C普通反铲开采能力按3万m3/月计算，故投入1台长臂反铲、3台普通反铲月开采能力为11万m3/月，以满足高峰期开采强度要求。
（2）开采方案。料场开采采用“由近到远、先开采河道、后两岸退挖”的原则进行毛料开采。根据各料场水上、水下储量，结合设备的开采特征，将比珥料场I区划分为3个开采区，分别是I1区、I2区及I3区。区域划分见图1，各料场开采方式见表4。
I1区在进场后砂石料场前期施工时开采，同时备料，主要安排在系统运行前期进行施工，已于2016年4月实施开采。I2区主要在开采高峰期开采时使用。I3区对I2区起到补充与调节的作用。II区为后期开采时使用。
4.2 毛料运输及设备配置方案
常用运输方式包括水路运输及陆路运输[2]。水路运输成本较低，但比珥料场不具备水路运输条件。料场至砂石加工系统间可以利用现有的比珥桥、乡村道路和普通公路作为主要运输道路，交通便利，故采用自卸车进行公路运输。
料场开采高峰期施工强度为7.7万m3/月（不含备用料），工作时间以每天2班、每月工作25d计。考虑到自卸车的行驶速度、装卸时间、车辆维修、出勤率等因素影响，经计算，料场开采高峰期投入45台自卸车以满足生产需要。
在实际生产过程中，采用了上述设计的料场开采及毛料运输方案。针对工程不同施工期，投入相应数量的反铲及自卸车，保障开采及运输强度满足工程需求，其现场作业见图2。
5 结 语
卡洛特水电站工程混凝土所需的骨料以及大坝填筑用料均选自比珥料场。以“长臂反铲+普通反铲”作为开挖机械、以“自卸车作为运输工具”的开采及运输方案在实施过程中是可行的。目前已完成料场开采工作。该方案既满足了工程生产需要，又充分体现了其调控方便、易于管理的特点，可为其他类似工程提供借鉴。
参考文献：
[1] 纪云生， 康世荣， 陈东山. 水利水电工程施工组织设计手册[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2009.
[2] 刘百兴， 倪锦初， 朱卫军. 水利水电工程施工组织设计指南（第四卷 辅助企业）[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2015.
（编辑：唐湘茜）
Research on natural gravel yard comparison， mining and transportation scheme of Karot Hydropower Station in Pakistan
SHI Zhiguang，LIU Xi，CHEN Qian
（Changjiang Survey， Planning， Design And Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）
Abstract： Karot hydropower station， the first large-scale hydropower program of One Belt One Road， has strict requirements on the quality and performance for concrete aggregate. In order to select a reasonable gravel yard and design a reasonable mining and transportation scheme， Beor natural gravel yard and Nara natural gravel yard were compared from the aspects of gravel quality， storage and transport distance. Based on the comparison results， the main gravel yard was determined and a convenient mining and transportation scheme for river shoal natural gravel yard was designed. The practice showed that the scheme can provide a good reference for other similar projects.
Key words： natural sandy gravel yard; selection of aggregate source; mining and transportation scheme; comparative selection; Karot Hydropower Station; Pakistan
关键词：天然砂石料场;料源选择;开采及运输方案;比选;卡洛特水电站;巴基斯坦
中图法分类号：TV422 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.03.015
1 概 述
卡洛特（Karot）水电站是巴基斯坦境内吉拉姆河（Jhelum）规划的5个梯级电站的第四级，坝址位于巴基斯坦旁遮普省境内卡洛特桥上游1 km处，下距曼格拉大坝74 km，西距伊斯兰堡直线距离约55 km。工程开发任务为发电，电站装机容量720 MW。枢纽工程由挡水、泄水、冲沙及引水发电系统等主体建筑物组成，拦河大坝为沥青混凝土心墙土石坝，最大坝高95.5m，混凝土骨料采用天然砂石开挖料。
2 天然砂石料场概况
比珥（Beor）和那拉（Nara）天然砂石料场是距离坝址较近的两座天然砂砾料场。料场各区的料源情况见表1。这两座料场的地理位置、分布范围及分区见图1。
（1）比珥天然砂石料场。该料场位于坝址右岸下游的吉拉姆河支流，距坝址12～20 km。主要分布于支流中上游河床及两岸漫滩，该段支流宽30～100 m，两岸均为基岩，长约20km，呈弯曲条带状。
根据河床部位砂砾（卵）石含泥量的不同，将比珥料场的砂砾料分为A、B两类，其中A类料平均含泥量4.2%，B类料平均含泥量8.4%。比珥料场Ⅰ区和Ⅱ区砂砾混合总储量为295.1万m3。
（2）那拉天然砂石料场。该料场位于坝址下游约20km的右岸支流冲沟中，距坝址运距约30 km。有用料主要分布于支流中、上游河段河床，该段支流宽30～150 m，长约15 km，呈弯曲条件状。
那拉料场Ⅰ区有用层计算厚度为3.1 m，面积为16.5万m2，储量为51.2万m3;Ⅱ区有用层计算厚度为1.2 m，面积为74.0万m2，储量为88.8万m3。那拉料场总面积为90.5万m2，砂砾混合料总储量为140.0万m3。
3 料源选择及关键因素分析
3.1 基本原则
料源选择原则如下：①料场储量满足全工程所需砂石料总量需求;②料源性质、质量、储量、开采及运输条件等综合指标最优;③具备陆上开采条件;④不占或少占耕地、保护环境，尽可能减少料场开采对周边地理及生态环境的影响。
3.2 关键因素分析
（1）工程需要量及料场储量。根据工程设计，全工程所需生产的113.32万m3普通混凝土、4.49万m3喷混凝土以及12.56万m3大坝填筑用料所需的加工骨料均从天然砂石料场中开采，并由砂石加工厂加工生产。经计算，骨料总需求量为158.75万m3。考虑到砂石料开采、运输及加工损耗和开采备用系数，料场开采总量为224.6万m3。
比珥料场I区储量195.7万m3、II区储量99.4万m3，总计储量295.1万m3，满足上述224.6万m3料场开采总量要求。那拉料场I、II区储量总计140万m3，不能单独满足该工程开采总量需求，部分须从比珥料场开采。
（2）料源质量。两座料场取样试验数据见表2。比珥和那拉料场的砂石料均属于级配不良砾（级配良好砾Cu≥5，1<Cc<3），需对开采的毛料进行分级加工处理;砂砾（卵）石中粗、细骨料含泥量均偏大（粗骨料含泥量≤1%、细骨料泥量≤3%为宜），开采后需清洗，祛除污泥;细骨料细度模数均偏小（细度模数2～3为宜），需配合人工制砂工艺调节，以满足混凝土配合比要求;砂石存在潜在碱骨料活性，对砂石采取冲洗、破碎、筛分等工艺加工，并在混凝土胶凝材料中掺和一定量的矿渣，即可消除碱骨料反应的危害。综上所述，比珥和那拉料场开采的天然砂石均须经过砂石加工系统的分级加工，才能满足实际生产需要。
（3）运距。比珥料场距坝址平均距离12～20 km，那拉料场距坝址平均距离约30km，故比珥料场运距更短。
（4）开采及运输条件。比珥和那拉料场均属河滩料场，且河床宽度大，两岸基岩出露，具備水上开采条件，方便集中开采。料场至坝址区的运输通道可利用比珥桥以及周边的乡村道路、普通公路等，运输方便。
综上所述，选择储量丰富、运距更短的比珥料场作为主料场，那拉料场作为备用料场。
4 比珥料场开采及运输方案分析
4.1 料场开采及设备配置方案分析
比珥料场沿河道分布，呈长条状，Ⅰ区、Ⅱ区均长约10余公里，料层薄，分布面积大。
常用的河滩料场开采机械包括采砂船和反铲等。采砂船开采能力较高，设备选择主要考虑吃水深度、流速、有用料开挖深度及配套驳砂能力等因素的影响。反铲的单台设备能力较采砂船低，且施工受水位影响较大，但设备调度灵活、适用性高[1-2]。
根据实际资料，比珥料场受非汛期或雨水较少时的水位影响，不能使用采砂船开采。考虑到比珥料场具备陆上开采条件，且有用层的堆积厚度有限，反铲的最大开挖深度满足料场开采的实际需求;而料场分布呈条带状且范围较广，反铲可根据实际需求加大设备投入、增加工作面，短期内可达到有效的开采规模，以避免在汛期高水位时开采作业。相应地，在砂石加工系统及料场周边可分别设置毛料堆场，作为汛期备料，以满足汛期停采时毛料的供应需求。综上所述，该工程可采用反铲作为料场的开采设备。 （1）開挖设备选型。该工程使用的长臂反铲和普通反铲的主要技术参数见表3。
为满足高峰期月开采10万m3的设计开采强度要求，开挖机械采用长臂反铲加普通反铲组合的方案。工作时间按每天12 h、每月25 d计算，则1台EC460B型长臂反铲开采能力为2.4万m3/月，考虑到长臂反铲施工可能受到水位影响，1台长臂反铲开采能力按2万m3/月计算，1台CAT330C普通反铲开采能力按3万m3/月计算，故投入1台长臂反铲、3台普通反铲月开采能力为11万m3/月，以满足高峰期开采强度要求。
（2）开采方案。料场开采采用“由近到远、先开采河道、后两岸退挖”的原则进行毛料开采。根据各料场水上、水下储量，结合设备的开采特征，将比珥料场I区划分为3个开采区，分别是I1区、I2区及I3区。区域划分见图1，各料场开采方式见表4。
I1区在进场后砂石料场前期施工时开采，同时备料，主要安排在系统运行前期进行施工，已于2016年4月实施开采。I2区主要在开采高峰期开采时使用。I3区对I2区起到补充与调节的作用。II区为后期开采时使用。
4.2 毛料运输及设备配置方案
常用运输方式包括水路运输及陆路运输[2]。水路运输成本较低，但比珥料场不具备水路运输条件。料场至砂石加工系统间可以利用现有的比珥桥、乡村道路和普通公路作为主要运输道路，交通便利，故采用自卸车进行公路运输。
料场开采高峰期施工强度为7.7万m3/月（不含备用料），工作时间以每天2班、每月工作25d计。考虑到自卸车的行驶速度、装卸时间、车辆维修、出勤率等因素影响，经计算，料场开采高峰期投入45台自卸车以满足生产需要。
在实际生产过程中，采用了上述设计的料场开采及毛料运输方案。针对工程不同施工期，投入相应数量的反铲及自卸车，保障开采及运输强度满足工程需求，其现场作业见图2。
5 结 语
卡洛特水电站工程混凝土所需的骨料以及大坝填筑用料均选自比珥料场。以“长臂反铲+普通反铲”作为开挖机械、以“自卸车作为运输工具”的开采及运输方案在实施过程中是可行的。目前已完成料场开采工作。该方案既满足了工程生产需要，又充分体现了其调控方便、易于管理的特点，可为其他类似工程提供借鉴。
参考文献：
[1] 纪云生， 康世荣， 陈东山. 水利水电工程施工组织设计手册[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2009.
[2] 刘百兴， 倪锦初， 朱卫军. 水利水电工程施工组织设计指南（第四卷 辅助企业）[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2015.
（编辑：唐湘茜）
Research on natural gravel yard comparison， mining and transportation scheme of Karot Hydropower Station in Pakistan
SHI Zhiguang，LIU Xi，CHEN Qian
（Changjiang Survey， Planning， Design And Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）
Abstract： Karot hydropower station， the first large-scale hydropower program of One Belt One Road， has strict requirements on the quality and performance for concrete aggregate. In order to select a reasonable gravel yard and design a reasonable mining and transportation scheme， Beor natural gravel yard and Nara natural gravel yard were compared from the aspects of gravel quality， storage and transport distance. Based on the comparison results， the main gravel yard was determined and a convenient mining and transportation scheme for river shoal natural gravel yard was designed. The practice showed that the scheme can provide a good reference for other similar projects.
Key words： natural sandy gravel yard; selection of aggregate source; mining and transportation scheme; comparative selection; Karot Hydropower Station; Pakistan