摘要：根据反滤料设计技术要求确定反滤料各原料掺配比例，拟定反滤料掺配的各个流程环节，跟踪掺配的各个流程环节，采取定时检测的手段，复核掺配精度，调整掺配工艺，再次跟踪掺配的各个流程环节，采用定时检测的手段，复核掺配精度，直至找出最佳掺配工艺，为经后的反滤料掺配工艺提供可靠的研究成果。
关键词：反滤料、掺配、实时监控、精确性、流量比例法
1 多级反滤料掺配工艺的提出
随着（碎）砾石土直心墙堆石坝的高速发展，例如大渡河上堆石坝的最大高度从瀑布沟大坝的186m上升到长河坝大坝的240m直至今后的双江口大坝的312m，坝体对反滤料的质量要求越来越高。
长河坝大坝心墙上游采用一层宽8m的反滤3，心墙下游采用两层各6m宽的反滤1、2，其中反滤1贴近心墙。要求反滤1的渗透系数应大于1×10-3cm/s，压实后相对密度应不小于0.85，相应的干密度约为2.10g/cm3。反滤2的渗透系数应大于1.0×10-2cm/s，压实后相对密度应不小于0.85，相应的干密度约为2.10g/cm3。反滤3的渗透系数应大于2×10-3cm/s，压实后相对密度应不小于0.85，相应的干密度约为2.17/cm3。
长河坝大坝反滤料的骨料粒径偏细，要求的渗透系数更小，在碾压中采用相对密度和相应的干密度进行质量双控。因此，传统的平铺立采制备方式和分料斗制备方式将难以达到高质量的标准。面对（碎）砾石土直心墙坝的发展趋势，有必要研究一种高效、快速、高质量的反滤料生产方式。
2 多级反滤料掺配工艺研究方法
主要研究方法为根据反滤料设计技术要求确定反滤料各原料掺配比例，拟定反滤料掺配的各个流程环节，跟踪掺配的各个流程环节，采取定时检测的手段，复核掺配精度，调整掺配工艺，再次跟踪掺配的各个流程环节，采用定时检测的手段，复核掺配精度，直至找出最佳掺配工艺，为经后的反滤料掺配工艺提供可靠的研究成果。
3研究过程
3.1砂石系统多级反滤料掺配要求
（1）反滤料掺配过程的实时监控性
反滤料掺配流量比例法，通过PCL系统控制在安装在成品料仓下部地弄廊道内的振动给料机和电动弧门传感器，指定振动给料机振动频率和电动弧门的开口尺寸，精确控制各种原料的下料流量比例，避免人为控制的偏差。
同时通过自动接料胶带机下部各级原料的固定皮带机秤称重复核，实时将各种原料的实际下料重量数据反馈至PCL计算机控制系统，便于操作人员查看是否存在偏差，及时采取措施，从而确保多级反滤料掺配工艺的精确性。
（2）反滤料掺配比例适用变化的灵活性
流量比例法将反滤料（混凝土骨料）生产系统与反滤料掺配系统通过原料成品料场分隔开来，为反滤料掺配比例适应变化的灵活性创造了条件。掺配系统可以利用系统检修时间，按调整后的流量比例，以少量料的代价进行掺配比例的调节，将调节合适的振动给料频率和电动弧门开口尺寸数据输入PLC系统中，并通过计算机自动绘制振动给料机频率以及电动弧门开口尺寸与下料速度之间的关系曲线。从而达到直接以流量控制频率的自动化作业方式，并以皮带秤复核成果，及时调整参数，确保掺配精度，便捷操作。
（3）反滤料大规模生产的可能性
流量比例法将反滤料（混凝土骨料）生产系统与反滤料掺配系统通过原料成品料场分隔开来，充分利用混凝土骨料生产的成熟性工艺，大大简化了反滤料原料大规模生产的程序，克服了因大坝填筑反滤料种类多而加大生产系统工艺设计的复杂性，调试生产困难等缺陷。
流量比例法的掺配系统相对独立，以胶带机的最大运输能力为基数，按照多级反滤料的设计要求，按比例分解到各种原料的下料速度，调节振动给料机的频率和电动弧门的开口尺寸以适应设计下料速度，联动各个振动给料机和电动弧门同时下料，生产反滤料，从而为多级配反滤料的大规模生创造了条件。
（4）系统运行管理要求
在系统运行中要具备实时监测各种反滤料掺配情况，根据PCL系统显示的胶带机下皮带秤称量出的结果复核放料系统的适配性，并根据情况进行微调。
定时检测反滤料原料堆各种粒径原料的超逊径情况，按照多级配反滤料各原料设计比例，并考虑超逊径的影响，实时调节振动给料机和电动弧门的放料流量，确保掺配系统的精确性。
3.2砂石系统多级反滤料掺配工艺
3.3 砂石系统多级反滤料掺配工艺过程研究
⑴ 人工砂石加工系统
流量比例法不用建立专门的反滤料生产系统，可以将混凝土骨料加工系统和反滤料加工系统合二为一，系统生产工艺与混凝土骨料生产工艺一致，属于成熟工艺。唯一不同就是在骨料级配平衡计算时要叠加考虑反滤料原料生产的需要。在叠加二者的骨料级配平衡时，有三种计算方法：按混凝土骨料和反滤料原料总需要量占比法计算、按叠加高峰月的强度占比法计算和按混凝土总量比例和反滤料高峰月占比法计算。
按照三种计算方法，长河坝磨子沟人工砂石骨料加工系统成品骨料需用比例如下：
级配平衡成品骨料需用比例计算表
长河坝磨子沟人工砂石骨料加工系统采用按混凝土总量比例和反滤料高峰月占比法计算的骨料级配平衡。根据长河坝磨子沟砂石骨料加工系统前期运行情况，砂料仓周转很快，其他粗骨料仓基本保持满仓状态，级配平衡计算过于激进，在实际运行中存在用其他的成品骨料来补给制砂原料的情况。建议在今后的混凝土骨料和反滤料原料统一加工系统的级配平衡计算时，采用按总量占比法计算成品骨料需用比例。
⑵ 多级配反滤料原料流量比例的计算
在进行多级配反滤料掺配前，先根据设计要求确定设计流量比例。一般按照上下包络线的中线考虑，这样即使掺配中存在一点设备偏差，也能达到设计要求；对于反滤料掺配的流量比例法，还要考虑反滤料原料超逊径对反滤料掺配精度的影响、由试验室定期对反滤料原料料仓各种原料进行检测，确定各粒径原料的超逊径比例，并根据超逊径比例调整设计流量比例，确保流量比例的精确性。
⑶ 下料设备性能及选型
采用振动给料方式，当料粒度太细时，最容易产生给料不稳定，这种现象是由细粒料间的范德华力引起絮团造成的，与振动频率无关。因此，在长河坝反滤料掺配系统中粗骨料下料设备选用GZG-1003型振动给料机，而细骨料（砂料）选用800×800的电动弧门，细骨料（砂料）利用调节电动弧门的开口尺寸，控制细料下料流量。
振动给料机给料量的控制因素有倾角、挡板高度、振幅与振动频率，目前可以自动控制的是频率和电的大小，与电磁铁的可控参数相同，但可能使用电机用变频器不一样，它的输出特性是根据电机进行编程的。
振动给料机的给料能力与振动频率和振幅成正比关系，而只有当给料机的自振频率与的激振频率相等而发生共振时，料槽的振幅最大，但此时电磁振动给料机下作的稳定性很差。为使给料机既能稳定工作，又有较高工作效率，一般应将电磁振动给料机调整在亚共振区工作，即两频率之比为：i=w/w0=0.85-0.95。
设备安装后，倾角固定，可以调节挡板高度、给料机振幅以及振动频率以适应下料流量。为避免多级反滤料掺配时，不同反滤料中，同种原料的下料流量不同导致振动频率超出电磁振动给料机稳定振动频率以外，每种反滤料的同种原料采用固定振动给料机下料。从而既能保证下料的精度，又能保证振动给料机运行良好，减少设备维护工作。
⑷ 掺配及复核
①反滤料掺配重量计算
由于多级配反滤料掺配后成品料运输至成品骨料仓或备料场中，综合考虑填筑施工总进度计划确定的每种反滤料填筑方量和胶带机的运输能力，确定小时生产强度。长河坝磨子沟人工砂石骨料加工系统确定小时生产能力为300t/h。由小时生产能力为基数，按照上述流量比例计算各种反滤料原料的掺配重量，长河坝各种反滤料原料掺配重量如下：
②复核
通过自动接料胶带机下部各级原料的固定皮带机秤秤重复核，实时将各种原料的实际下料重量数据反馈至PCL计算机控制系统，便于操作人员查看是否存在偏差，及时采取措施，从而确保多级反滤料掺配工艺的精确性。由于砂料含水率的不稳定，含水率稍大则砂料的粘滞性强，通过电动弧门下料的速度减小；而砂料的含水率稍小则砂料的粘滞性弱，通过电动弧门下料的速度加大。因此，通过长期观测电动弧门开口尺寸和胶带机下部皮带秤以及砂料含水率三者之间的关系，找出常见几种含水率情况下的下料情况，绘制关系曲线，指导砂料的下料控制。
⑸ 掺配料的充分混合
长河坝反滤料混料流程：反滤料配料胶带机→反滤料转料胶带机→装车仓卸料胶带机和卸料小车→装车仓→装车仓电动弧门卸料→自卸汽车→自卸汽车备料场卸料→装载机备料场装料自卸汽车→自卸汽车运输上坝。反滤料经过七次转运充分混合，混合质量良好。
3.4砂石系统多级反滤料掺配中的自动化控制
长河坝反滤料掺配系统在“计算机数字化系统”控制反滤料掺配工艺中，根据下料部位的不同，反滤料1掺配有1种工况，反滤料2掺配有4种工况，反滤料3掺配有4种工况，反滤料4掺配有1种工况。
为使反滤料掺配能够自动化控制，项目部根据四种反滤料、共计10种工况的具体情况，通过现场采集各工况中各粒径骨料下料的时间间隔以及变频器的指定频率，同时结合目前骨料加工系统的自动化控制系统，分别进行了自动化控制系统数据编程。当电动弧门开至指定开口大小后，反滤料掺配可以直接通过2#配电室（中控室）PLC远程操作，达到自动化生产的目的。
3.5砂石系统多级反滤料掺配生产过程管理
⑴ 料源检测
针对人工砂石骨料加工系统不可避免出现超逊径现象，定期进行料源超逊径检测，确定本时段类各种原料超逊径率，调整各种反滤料原料的下料流量。
针对砂料含水率对下料流量的影响，定期进行砂料含水率的检测，及时调整电动弧门的开口尺寸，确保下料流量的精确性。
⑵ 下料流量复核
通过自动接料胶带机下部各级原料的固定皮带机秤秤重复核，实时将各种原料的实际下料重量数据反馈至PCL计算机控制系统，便于操作人员查看是否存在偏差，及时采取措施，确保多级反滤料掺配工艺的精确性。
⑶ 及时调整
根据料源检测和皮带秤的下料流量复核，及时进行流量比例调整、给料机频率或电动弧门开口尺寸的调整，确保掺配流量的精确性。
4研究成果分析
4.1 人工砂石骨料加工系统建设规模的优化
反滤料加工的流量比例法综合了平铺立采法和分料斗法的优点，和平铺立采法一样。建立一个混凝土骨料和反滤料原料共用加工系统，节约了系统建设规模；与分料斗法一样利用自动化系统直接进行反滤料的掺配，充分利用成品料堆进行反滤料的掺配，节约了专门的掺配场地。
因此，反滤料加工的流量比例法是在平铺立采法和分料斗法基础上发展起来的一种更为先进的反滤料加工方式。
4.2掺配系统调试的便捷化
反滤料加工的流量比例法利用系统的成品料仓将反滤料原料加工系统和反滤料掺配系统分割开来，在成品料仓的下部的地弄廊道中进行反滤料的掺配工作。通过PCL自动控制法，采用变频给料机和电动弧门精确控制制备好的各种原料流量比例，自动下料平铺至同一胶带机上，并通过胶带机下部各级原料的固定皮带机秤秤重复核后，经多条皮带机之间自动转料掺配均匀进入成品料堆。由于，流量比例法将原料生产系统和反滤料原料掺配系统通过系统成品料场分割开来，降低了原料生产系统的调试难度和掺配系统的调试难度。反滤料掺配工艺中需要调试设备只有给料机、电动弧门，调试过程中的联动设备大大较少，简化了掺配系统的调试工作。
4.3掺配系统掺配的精确化
反滤料加工的流量比例法利用成品骨料仓将反滤料原料加工系统和反滤料掺配系统分隔开来，简化了反滤料掺配工艺，减少了反滤料掺配工作的联动设备，设备自身误差叠加效应不明显。又由于流量比例法利用生产好的反滤料原料进行掺配，可以反滤料掺配前进行各粒径原料的检测工作，确定各粒径原料的平均超逊径含量，从而综合设计给定各粒径流量比例和原料的超逊径比例计算出实施中的流量比例，提高掺配的精确度。另外，流量比例法掺配工艺还通过PCL自动控制法，采用变频给料机和电动弧门精确控制制备好的各种原料流量比例，自动下料平铺至同一胶带机上，并通过胶带机下部各级原料的固定皮带机秤秤重复核后，经多条皮带机之间自动转料掺配均匀进入成品料堆。
根据《水工混凝土施工规范》（DLT5144-2001），混凝土粗骨料生产超径不大于5%，逊径不大于10%。分料斗无法解决骨料超逊径对反滤料掺配精度的影响，而流量比例法则可解决这一大难题。
按照长河坝反滤料包线的平均线流量比例：
由反滤料掺配精度提高值可以看出，反滤1＞反滤3＞反滤2，说明反滤料越偏细，反滤料原料超逊径对掺配精度的影响越大。
另外，由于分料斗法掺配联动的设备众多，各个设备的误差叠加也比较大；而流量比例法掺配的设备少，且各个设备间可以单独运行调试，叠加误差也小。
综上所述，反滤料的流量比例掺配法的掺配精度大大优于传统分料斗法。
5研究结论
反滤料的流量比例掺配法是在传统平铺立采掺配法和分料斗法基础上发展出来的一种反滤料掺配方法。反滤料的流量比例掺配法，汲取了传统平铺立采掺配法和分料斗法制备反滤料的优势，提升反滤料掺配的精度，简化了掺配流程，降低了设备配置和系统的建设规模，经过长河坝磨子沟加工系统的生产实践，具备推广的价值。
长河坝磨子沟人工砂石骨料加工厂经过2012年2月初至2月中旬的掺配调试后，于2012年3月正式进行反滤料生产，截止2013年1月20日，已经生产了反1：7424.39t、反2：74606.66t、反3：9639.36t、反4：104219t。反滤料质量良好。
6对经后同类生产工艺研究方向的建议
经过对分料斗法和流量比例法进行研究发现，掺配好的反滤料经胶带机直接卸料至成品料仓中，反滤料的原料分离严重，尤其是粗粒径原料，即使加设缓降器依然收效甚微。长河坝工程采用多次混料，并借助装载机、自卸汽车等才能解决反滤料原料分离的问题。
按照反滤料掺配的流量比例法思路，反滤料掺配精度主要取决于振动给料机和电动弧门的下料精确性。随着科学的发展，采用更高精度的给料机或其他下料设备将会进一步提高反滤料的掺配精度。
论文作者:高倩莹
论文发表刊物:《基层建设》2016年27期
论文发表时间:2017/1/6
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