海外公路工程項目的碎石料源勘察及加工場選址淺述

［摘要］公路工程碎石場生產的機軋碎石，一般主要作為公路級配碎石基層施工集料，水泥混凝土以及瀝青混凝土骨料等。海外公路施工項目往往需要項目自己建設碎石生產線來生產碎石保證全項目的碎石原料供應，可以說是項目成功與否的關鍵命脈，因此，準確合理地進行碎石場選址是項目籌備階段工作的重中之重。文章以海外某高速公路項目為例，係統地闡述了關於各類碎石場選址的經驗與方法，旨在為其它海外工程項目碎石場選址提供借鑒。

碎石場作為公路工程項目的後勤保障基地，在施工過程中為整個項目供應碎石原料。合理地對碎石場進行選址將對項目的施工質量、成本控製等方麵起到積極作用。筆者總結多年實踐經驗，以海外某高速公路為例，充分結合岩石質量、原石儲量、調配經濟性等因素對碎石場選址方法進行探討。

1 項目概況

1.1 工程概況

該高速公路項目路線總體呈由東北向西南走向，基本平行於該國6號公路布設，與另一條高速公路銜接，設置Modjo互通立交，終點位於Hawassa的東側。項目沿線途經多個重要城鎮，業主概念設計路線全長201.68km。

全線業主共劃分為4個合同段，該項目是第4合同段 ， 合同 起 訖 樁 號 為
MRK150+000―MRK201+680,路線長度為51.68km。

充分了解公路項目線路位置與長度在公路工程項目中是尋找碎石場的基礎，碎石場選址最好要依附於擬建項目線路周邊，同時還要考慮運輸距離等碎石調配經濟性問題（見圖1）。

1.2 沿線地質條件

項目基本沿東非大裂穀穀底展線，沿線地質構造主要與斷裂和火山活動有關，地表覆蓋層主要為第四紀粉土0.5～2m，部分區域下伏輕質火山灰，厚度3～15m不等。部分地段基岩出露，主要為第三紀火山岩，包括火山碎屑岩及部分噴出岩，局部路段可見砂岩、泥岩等沉積岩類。部分地段基岩出露地表或可見地質露頭，主要為火山碎屑岩和
噴出岩，包括流紋岩、凝灰岩、粗麵岩以及少量玄武岩等。基岩含大量氣孔，顏色較深，為黑褐、褐紅色，表層基岩風化較為嚴重。湖岸邊緣存在少量砂、泥岩，風化嚴重。

對於沿線地質條件的詳細調查，將為碎石場選址提供基礎性依據。常見的凝灰岩、玄武岩均可作為公路項目所需的各類碎石資源。

1.3 碎石工程量

對於項目整體碎石工程量的統計，主要是用於計算碎石場儲量是否滿足供應需求，作為選址的1項重要衡量標準（見表1）。

2 碎石質量技術要求

碎石質量是碎石場選址過程中的第1硬性指標。在尋找到料源後的第1要務是取樣進行標準試驗，質量達到規範要求再進行下一步判斷。

（1）基層碎石質量技術要求。碎石中不含有黏土塊、植物等有害物質。基層碎石質量技術要求如表2所示。

（2）水泥混凝土碎石質量技術要求。碎石應質地堅硬、耐久、潔淨。岩石的抗壓強度一般不應小於所配混凝土的1.3倍。水泥混凝土碎石質量技術要求如表3所示。

（3）瀝青混凝土碎石質量要求。選用堅硬、耐磨、抗衝擊性好的碎石。同時還要求潔淨、無風化、無雜質，具有足夠的強度。瀝青混凝土碎石質量技術要求如表4所示。

3 選址方法

3.1 常規踏勘方法

常規踏勘主要是技術人員在項目沿線15km範圍之內現場踏勘尋找可見的料源，普遍采用以下5種調查手段：

（1）利用Google Earth或奧維互動地圖下載該項目線路周邊地圖，對疑似料場進行標注，含已開采料場、明顯山峰、斷崖、明顯河流，然後由技術人員驅車去現場進行核實。

（2）谘詢政府土地管理部門，對已開采或正開采料場進行逐個核實。

（3）徒步勘察現場，對項目走廊帶附近高地、山峰、河流進行排查，確認料場。

（4）拜訪附近已完工或在建公路項目的參建者，以從中獲得有價值信息。

（5）因一般城鎮都會進行土木施工（如：房屋建設、排水施工等），而進行建設就需要機軋碎石料，可逐一對城鎮施工點進行詢問，從而順藤摸瓜找到碎石來源。

通過以上5項常規調查手段，並綜合考慮儲量、運距等情況，項目明確了距離主線3.4km的K154碎石場、距離主線13km的Kosha料場作為項目級配碎石基層來源和部分低標號水泥混凝土料來源（見圖2、圖3）。

對於岩石儲量豐富的地區，通過以上5種常規手段基本上可以確定項目所有碎石場的初步位置；但對於地質較差、岩石資源匱乏的地區，常規調查手段往往難以滿足項目需求。以MH項目而言，由於項目所在地區的地質條件限製，項目瀝青、水泥混凝土碎石來源一直懸而未決，這就要求技術人員必須拓展其他手段來進行更深入的尋找。

3.2 取芯鑽探技術

取芯鑽探技術目前廣泛應用於野 外工程地質勘探等領域，因其鑽探進度 快、鑽探結果直觀等多種優點，在項目碎石場尋址時往往被采用。取芯鑽探的主要設備是汽油發動機半自動式鑽機，重量一般為500kg，可拆卸，鑽進深度可達100m。鑽杆為空心，可將芯樣提出。選定鑽探點位後操作人員將設備安裝後開始鑽探施工，方便快捷。

取芯鑽探技術在碎石場選址中主要有以下作用：（1）對於已選定的碎石場，可以通過鑽探探明石層深度、麵積，從而計算出岩石的儲量，同時也為碎石場征地麵積劃定範圍；（2）用以測算覆蓋層的厚度，從而為計算開采成本提供依據；（3）對於雖然地表岩石裸露但對地下情況難以判斷的情況，采用取芯鑽探可以得到直觀的結果；（4）對於地表沒有裸露岩石疑似地區勘探（見圖4、圖5）。

在常規手段探尋無果的情況下，項目引進取芯鑽探技術，開始了瀝青、水泥混凝土料源進一步的尋找工作。首先，從該國地質局獲得項目區域內的地質勘探圖，將圖中所示的圖例和英文標注進行解譯，然後通過對比地質地圖中的圖例標識，在圖中尋找符合使用條件的石材分布範圍。一般可用於瀝青、水泥混凝土碎石的實質多為玄武岩，因此在地質圖中找到玄武岩的區域做好標記。

其次，因為地質地圖中沒有顯示出任何現有的城市或道路，因此隻能把標記的點根據地質地圖中的比例尺轉換到奧威互通地圖中，然後再根據奧維地圖中標記的點去往現場一一核實。最後，再對各處現場核實後的區域縮小範圍選定，全方位考慮周邊環境、運輸便道、爆破影響等因素，對於沒有鑽探必要的區域進行排除，在剩餘區域內進行取芯鑽探。

在上述區域選址過程中，發現在主線K181正北方向約17km的某鎮邊有一片區域，地質圖中顯示為多孔玄武岩，後經實地考察，地表有部分裸露岩石確為孔隙較多的玄武岩，且周邊較為空曠，距離現有道路較近，最終決定在此區域內進行取芯鑽探。取芯結果較為滿意，可以用做瀝青、水泥混凝土料（見圖6、圖7）。

在確定石料質量滿足技術要求後，下一步進行的便是研究地下基岩的發育狀況，探測基岩厚度與延伸區域，從而判斷石料儲量是否滿足項目設計工程量。在山區地帶，地質情況相對比較複雜，地層的變化大而且坡度相對較大，單用鑽探1種勘察手段很難正確反
映真實的地質情況，甚至得出錯誤的結果。如果為提高勘探精度而加密鑽探點，勢必會延長外業施工工期，增加勘察費用。如果配以其他物探方法的勘察資料，不但可以減少外業施工時間和施工成本，而且可以大大提高勘察成果精度。由此，項目決定引入工程地球物理勘探技術來更加科學、合理地確定該碎石場是否可用。

3.3 工程地球物理勘探技術

地球物理勘探是以地下岩體的物理性質的差異為基礎，通過探測地表或地下物理場、分析其變化規律，來確定被探測地質體在地下賦存的空間範圍（大小、形狀、埋深等）和物理性質，達到尋找礦產資源或解決水文、工程、環境問題為目的的一類探測方法。根據所探測對象物理性質的不同，可將地球物理勘探分為重力勘探、磁法勘探、電法勘探等多種方法。其中，電法勘探是以岩石、礦物等介質的電學性質為基礎，研究天然或人工形成的電場、磁場的分布規律，也是物探方法中分類最多的1大類探測方法。而在電法勘探中又以電測深法最為常用，它的原理是用改變電極距的方法探測同測點在不同深度視電阻率的變化，以研究和確定不同電性岩層的電阻率值和埋藏深度。

為了更準確、合理地確定地下岩石的材質、範圍，項目引入工程地球物理勘探中的電測深法來進一步對上述區域進行勘探（見圖8）。

（1）結合之前取芯鑽探結果布置工程物探測線。本次現場沿南北走向共布置南北、東西走向7條測線，每條測線工作參數均為：有效電極數60、最小隔離係數1、最大隔離係數9、溫施隔離係數5、電極距5m、最大探測深度45m、測線長400m，4條測線總探測長度為2800m，總測點數為4560點。測量方式選擇為溫納-施倫貝爾裝置，現場測線布置情況如圖9所示，其中黃色線為所選取孔位範圍線，紅色線和藍色線為工程物探測線，所選取的紅色測線用於驗證地質鑽探的結果，一條藍色測線則為擴大範圍的測線，最終會結合每條測線的解譯結果來判定石料可使用範圍。

（2）進行現場跑級測試工作。操作人員手中持兩個電極（定義為A和B）向地下供入電流，並通過數字直流激電儀上（采用DUK-2A高密度測量係統）的兩個電極（定義為M和N）測量供電所形成的電位差（△UMN）。代入式ρ＝K˙△UMN/IAB，便可計算出電阻率ρ。式中K為裝置係數，由各電極間的相互距離確定。一般地下並非單一均勻地層，由上式計算的電阻率並不代表某一地層的真電阻率，故視為視電阻率ρs。電極排列方式（裝置）不同，其探測效果亦異。本次物探采用溫納-施倫貝爾裝置，固定測點，不短擴大供電電極A、B的距離，使電流在地下分布空間不斷擴大，相應的勘探深度則越來越深。其相應於不斷增加的電極距（AB/2）的視電阻率曲線（電測深線），反映了電阻率隨深度變化的情況。

（3）資料處理。把現場各測點所測得的視電阻率經數據格式轉換、預處理、地形校正、正演和反演計算，最後得到視電阻成像色譜圖。把格式轉換好的視電阻率。經預處理消除壞點，保留數據較一致的數據點。並采用最佳擬合法，給定1個初始地電斷麵，在初始斷麵上計算視電阻率的理論曲線，將理論曲線與實測曲線作對比擬合，通過修改
參數獲得最佳擬合效果，即高密度電法反演成像色譜圖（見圖10）。

由於自然界中各種岩石的導電性能不同，因此其電阻率也有較大差異。一般情況下，粉質粘土電阻率為18～3 0 Ω ˙ m ； 雜 填 土 電 阻 率 為 4 0 ～55Ω˙m；而像玄武岩、石灰岩、花崗岩等石質較硬的岩石其電阻率數級一般在100～10000Ω˙m之間。如圖10中反應出的黃色區域是電阻率顯示較大的區域，即為可用範圍。

最後，綜合所有測線的電阻率數據，最終確定出勘測區域內岩石的可用範圍，如圖11所示。在圖中，綠色區域為可用範圍，麵積約83000m²，經計算，地下基岩儲量可以達到項目碎石工程量。至此可以確定，該片區域可以選用為瀝青、水泥混凝土碎石場。此次物探結果也可為後續項目征地邊界給定參考依據。

4 經濟性分析

項目前期碎石場選址階段，碎石質量與儲量無疑是選址的標準之一，但工程項目在把好質量進度的同時，必須要取得良好的經濟與社會效益。因此，選碎石場址要充分考察其經濟性。下麵將從以下3個方麵對擬選的K181Awala碎石場經濟性進行探討。

4.1 碎石調配運費成本

碎石場生產的瀝青混凝土碎石最終會全部轉運至瀝青拌合站，經拌和後發往施工現場進行攤鋪作業，因此，對於瀝青碎石場與瀝青混凝土拌合站位置的合理布局將會大大降低項目的運輸成本。下麵以擬選的K181Awala碎石場與前期發現的另一處K210碎石場與瀝青拌合站的不同布置所產生的運費進行比較，從而選擇最優方案。

（1）計算項目所需全部瀝青混凝

土碎石工程量壓實方按照比率折算為車載自然方為48.85萬m³。碎石場生產的瀝青混凝土碎石在公路工程中俗稱為白料，經瀝青拌合站拌和後的成品瀝青混凝土俗稱為黑料。

（2）參照當地運輸單價，計算從不同碎石場運往瀝青拌合的白料運費（以當地幣計，目前匯率約為1元人民幣＝5.7當地幣）（見表5）。

（3）計算瀝青拌合站設立在K181與K201處的黑料運費（見表6）。

（4）匯總黑料、白料運費為總運輸費用，對選用不同碎石場做直觀比較（見表7）。

由此可見，碎石場位置選在Awala要比選在K201處從運費方麵節省2066萬當地幣。

4.2 開采成本

K210碎石場表麵覆蓋層深度達10m，按照開采48.85萬m³碎石計算，宕口麵積約為4萬m²，按此得出需要移除廢石料為40萬m³，移除40萬m³廢石料費用最低為每方成本40當地幣，即1600萬當地幣。Awala碎石場表麵覆蓋層深度僅為3m，因其石層厚度比K210碎石場小，因此宕口麵積比K210碎石場要大，約為8萬m²，移除覆蓋層廢石料所用的成本為960萬當地幣，比K210碎石場降低開采成本640萬當地幣。

4.3 其他方麵

（1）K210碎石場場石料屬於流紋岩吸水率較大，Awala碎石場場石料為玄武岩吸水率較小，根據吸水率不同及石料質量推斷，Awala碎石場所生產的碎石在拌和瀝青混凝土時將比K210碎石場生產的碎石節省0.2%的瀝青用量，此部分瀝青重量計算為63萬t×
0.2%=1260t，按照項目訂購瀝青價格335美元/t，折合當地幣為11000比爾/t，由此節省的瀝青量折合當地幣為1386萬當地幣。

（2）K210碎石場周邊房屋密集，開采時無法使用爆破方式，隻能采用破碎設備進行開采，生產功效低，直接導致軋石分包單價提高。

（3）考慮場地合理居中原則。碎石場場地的選擇要根據路線實際，盡可能將碎石場選在標段的中段，降低機械運輸成本和成品材料的運輸損耗。特別是瀝青混合料成品要保持150℃的溫度，路途越近，運至施工場地時瀝青混合料溫度損失越小，以利於攤鋪機的路麵施工、碾壓，並能保證路麵密實度。

Awala碎石場處於主線K181處，距離主線中段K175樁號僅為6km，攤鋪施工可以有效保證。

5 結束語

綜上所述，公路工程項目在進行碎石場選址時首先要根據項目實際情況選定相應的選址方法，以碎石質量、岩石儲量為判斷標準，同時對調配運距、開采成本等方麵進行全麵經濟性分析，最終合理確定碎石場位置，真正做到技術可行，經濟合理。

［參考文獻］

[1] JTG D50-2006. 公路瀝青路麵設計規範[S]. 北京: 人民交通出版社, 2006.

[2] 汪藝平. 公路工程采石場選址探討[J]. 工程建設與設計, 2007(10):54-56.(本文來自中交一公局集團海外分公司李世傑，王曉龍)