《胶结颗粒料筑坝技术导则》之胶凝砂砾石筑坝技术要点解读

郑昌坝

(福建水利电力职业技术学院，福建　永安　366000)



《胶结颗粒料筑坝技术导则》之胶凝砂砾石筑坝技术要点解读

郑昌坝

(福建水利电力职业技术学院，福建永安366000)

2014年3月28日由水利部颁布的SL678—2014《胶结颗粒料筑坝技术导则》(简称《导则》)，对我国目前正积极发展的胶凝砂砾石筑坝(堰)的技术指导提供规范性文件，必将对我国新型筑坝技术的发展和推广提供助力。就《导则》中有关胶凝砂砾石筑坝(堰)的一些要点如内容概括及总则说明、相关术语、材料规定、胶凝砂砾石坝坝体设计、胶凝砂砾石坝施工、胶凝砂砾石坝质量控制等方面进行解读。

胶结颗粒料；胶凝砂砾石坝；导则；要点解读

1　问题的提出

胶凝砂砾石(CementSandandGravel，简称CSG)[1-6]与碾压混凝土同源，是J.M.拉斐尔(J.M.Raphael)于1970 年在美国加州召开的“混凝土快速施工会议”上首先提出的，他在“最优重力坝”的论文中建议使用胶凝的砂砾材料筑坝，用高效率的土石方运输机械和压实机械施工。近10a来，胶凝砂砾石筑坝技术在国内外有了较大的发展，胶凝砂砾石也称贫胶渣砾料碾压混凝土，或称贫胶粗粒料、超贫胶结材料、硬填料等。胶凝砂砾石筑坝技术与堆石混凝土筑坝技术等在国内合称胶结颗粒料筑坝技术，并得到了国际坝工界相关人士的认可。

胶凝砂砾石筑坝技术是在碾压混凝土筑坝技术和面板堆石筑坝技术的基础上发展起来的一种新型筑坝技术，采用添加了少量胶凝材料的砂砾石料(包括砂、石碴、砾石等)筑坝，使用高效率的土石方运输机械和压实机械施工，使砂砾石料从散粒体变成连续刚性体[1]。胶凝砂砾石筑坝技术具有安全可靠、施工速度快、工艺简单、经济性好、减少环境破坏等优点，可以应用在中小型水库的大坝工程、堤防工程、围堰工程，以及中小型病险水库除险加固工程等领域，在我国有较广的推广意义。

2012年5月9日水利部印发办水总[2012]140号文件，即关于征求《胶结颗粒料筑坝技术导则(征求意见稿)》意见的函，同月23日，《胶结颗粒料技术导则(征求意见稿)》在中国水利水电勘测设计网(www.giwp.org.cn)上颁布。虽然胶凝砂砾石坝已在我国水利水电工程中得到了初步应用，并取得了一些实质性的工程进展，例如福建街面水电站下游围堰、福建洪口水电站上游围堰、山西守口堡水电站(在建)等，但由于缺乏该筑坝新技术的行业性技术标准，推广应用受到了限制，为此，特制定本《导则》[7]。下面就《导则》的要点做简要解读。

2　《导则》要点解读

2.1《导则》内容概括及总则说明

《导则》规定了胶结颗粒料筑坝的材料选择、结构设计、安全监测、施工方式以及质量控制等内容，共有 7 章和 3 个 附录。主要包括原材料、坝体材料性能、大坝设计、大坝施工、大坝质量控制与检测几个方面内容。本导则适用于中小型水利水电工程，坝高超过50m的坝应进行专题研究论证。

2.2《导则》中相关术语

胶凝砂砾石CSG是指利用胶凝材料和砂砾石料，经拌和、摊铺、振动碾压形成的具有一定强度的材料。CSG的概念首先在1970年由美国拉斐尔提出，后经法国、日本等国的学者进一步完善而得。

2.3《导则》中材料规定

2.3.1颗粒粒径规定

砂砾石准备中仅需剔除或破碎超径骨料，原则上不需分级筛分或水洗。砂砾石的最大粒径应按拌和工艺及碾压工艺确定，一般不宜超过150mm。

国内外已建工程经验表明，颗粒粒径过大容易导致胶凝砂砾石产生严重的分离，因此，为保证施工质量，特别是永久工程的安全保障，最大骨料粒径一般不宜超过150mm，临时工程可适当放宽。国内外已建CSG工程颗粒料粒径见表1[5]。

表1　国内外已建CSG工程颗粒粒径表

注：表中上标①表示50kg/m3水泥+20kg/m3粉煤灰。

2.3.2胶凝材料规定

凡符合国家标准的GB175—2007《通用硅酸盐水泥》、GB200—2003《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》均可以用于胶结颗粒料筑坝，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥，以及中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥。已建工程表明胶凝材料用量不宜低于80kg/m3(折算为：普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥P.S.A型、矿渣硅酸盐水泥P.S.B型最低水泥用量分别为40，55，65，65，80～100kg/m3)，其中水泥熟料用量不宜低于32kg/m3。表1所示国内外已建CSG工程的水泥最低含量均符合《导则》规定要求。

2.3.3配合比有关规定

确定配合比控制范围。配合比控制范围中平均级配胶凝砂砾石强度最小值应满足配制强度要求。由于实际CSG工程施工中，砂砾石料不清洗，级配不筛分，骨料的含水率和级配分布广，因此无法固定用水量。从而无法体现了级配、用水量和强度的点对应关系，即无法获得“固定”的最大的混凝土强度。工程实际所采用的配合比必须经过现场勘探和取样试验，并经试验结果得到配合比关系。4个国内相关胶凝砂砾石工程配合比汇总见表2[6]。

表2　4个国内相关胶凝砂砾石工程配合比表　kg

2.3.4胶凝砂砾石强度规定

胶凝砂砾石抗压强度标号应按180d龄期150mm立方体极限抗压强度标准值确定，共分为4 级，即C1804、C1806、C1808、C18010。为消除超粒径和湿筛的影响，实际测定可以采用边长450mm×300mm×200mm的立方体试件，测定结果换算成150mm的试件。抗压强度可以用C4，C6，C8，C10等符号来表示。日本长岛水库上游的拦沙坝CSG的抗压强度在2～10MPa，福建街面水电站下游量水堰CSG的抗压强度为C1807.5。

2.4胶凝砂砾石坝坝体设计

胶结颗粒料是具有一定强度的胶结材料，坝体溢流段可布置在河床坝段。由于胶凝材料的胶结作用，胶凝砂砾石具有一定的抗冲刷能力，坝顶过水也不至于溃坝，所以允许在坝身设置溢洪道等泄水建筑物。福建洪口水电站上游主围堰建成2个月后，遭遇近50a一遇洪水，洪峰流量约5 500m3/s，堰顶过水最高达8m，过水历时约2d，围堰主体安然无恙，表明胶凝砂砾石筑坝技术在质量上是可控的。

胶结颗粒料坝非溢流坝段基本断面呈梯形。其中，胶凝砂砾石坝上游坝坡宜缓于1∶0.3，下游坝坡宜缓于1∶0.5。已建胶凝砂砾石围堰工程上游坡采1∶0.3～1∶1.2，下游坝坡采用1∶0.4～1∶1.2，综合坡比大于0.8。已建胶凝砂砾石坝工程一般采用上下游等坡比的对称梯形断面，坡比为1∶0.5～1∶0.8，综合坡比大于1.0。梯形断面，可充分利用上游水重，大大增加了坝体稳定性，改善了坝体应力分布状态，其应力分布比混凝土重力坝优越很多，没有拉应力产生，并且压应力在各种水位作用下分布比较均匀。

胶凝砂砾石坝不宜设置纵缝，一般不设横缝或根据需要设置。由于胶凝砂砾石水泥用量少，绝热温升低，一般不需进行温控。胶凝砂砾石采用大面积摊铺碾压的施工方式，一般不设纵缝。横缝在条件允许时可不设或尽量减少设横缝，以满足快速施工的要求。

胶凝砂砾石坝上下游面水下部分宜设置防渗层，防渗应注意以下几个要求：①防渗层材料抗渗等级：H<30m时，≥W4；30m≤H<70m时，≥W6；②混凝土防渗面板，顶部最小厚度不小于0.3m，宜配置温度钢筋，并做好分缝处理；③坝面保护层可依据工程实际、施工条件等采用常态混凝土、碾压混凝土、加浆振捣胶凝砂砾石或富浆胶凝砂砾石等；④坝面保护层应设置横缝，横缝间距一般为15～20m。

2.5胶凝砂砾石坝施工

2.5.1拌和设备和拌合工艺

胶凝砂砾石拌和是胶凝砂砾石施工技术的重点研究内容。胶凝砂砾石材料拌合的质量和强度是保障胶凝砂砾石性能稳定、保障施工速度的控制性因素之一。

目前主要有间歇式拌和站、MYBOX拌和站、挖装机械拌和、双卧轴强制连续式搅拌机等方式。间歇式拌和站和MYBOX拌和站一般用于拌合粒径小于150mm的颗粒料，临时工程多采用装载机、反铲挖掘机等设备进行拌合。在洪口上游围堰、沙沱左岸下游围堰中，均采用了PC300 反铲挖掘机进行胶凝砂砾料拌和。

2.5.2碾压厚度及碾压遍数

碾压厚度及碾压遍数应经现场碾压生产性试验确定。碾压厚度应不小于最大石料粒径的2～3 倍。碾压层厚和碾压遍数需通过现场碾压施工工艺的试验确定。碾压采用振动碾，碾压工艺参数主要根据振动碾的激振力和振幅进行初选。

日本长岛拦砂坝在施工前进行了现场碾压试验，采用SD-451型振动碾，碾压层厚分别为50，75，100cm，分别振动碾压6，8，10遍，沉降量基本收敛。在长岛拦砂坝的实际施工中，采用的摊铺厚度为54cm(27cm×2)，碾压层厚为50cm，碾压采用静压2 遍、振动碾压6 遍和静压2 遍。日本Tobetsu坝采用用SD-451型振动碾机械，铺摊采用28t推土机，铺摊厚度为75cm(25cm×3)，碾压采用无振碾压2遍，有振碾压6遍。

2.5.3雨季施工和养护

小雨时，可采取措施继续施工；出现中雨时，应停止拌和，迅速完成尚在进行的卸料、平仓和碾压作业，并对仓面采取防雨保护和排水措施。施工过程中，仓面应保持湿润。光照强烈或大风干燥时，应进行喷洒细水雾进行表面水分补偿或蓬布覆盖，保持表面不发白。温度较低时，可用养护垫子覆盖，防止胶凝砂砾石冻结。

2.6胶凝砂砾石坝质量控制

胶凝颗粒料质量控制的过程是通过对胶凝颗粒料生产和施工各工序的质量检测，按要求进行有效的控制，以保证胶凝颗粒料的施工质量。胶凝砂砾石坝在施工过程中应由专职人员进行质量检测和质量控制，以保障原材料、配合比、施工各主要环节及施工后养护的质量。

3　结　语

胶凝砂砾石坝是一种新型重力坝,强调“宜材适构”,是随着日益重视的环保要求及现代坝工技术追求建设经济、施工高效率而发展起来的,具有安全性高、经济环保、施工快速等优点而出现的[6]。胶结颗粒料坝的代表胶凝砂砾石坝在我国水利水电工程中得到一定的应用，并取得一些实质性的工程进展，特别是砂砾石堰，但由于缺少该类筑坝新技术的行业性技术标准，新技术的推广缺乏动力。随着国内外已建工程实例的增多和研究的深入，胶凝砂砾石筑坝技术有了较为明确的设计理念和施工工艺。为此水利部主持制定了本《导则》，以期进一步推广此新型筑坝技术。

[1]柴启辉．胶凝砂砾石坝材料力学性能试验及施工工艺初步探讨[D].郑州：华北水利水电学院,2012.

[2]刘学章,李宪.胶凝砂砾石坝特点及国外已建工程简介[J].广西水利水电,2011(3):75-78.

[3]P.J.梅森,赵秋云.带面板的对称硬填料坝的设计与施工[J].水利水电快报,2009 (2):27-29.

[4]尹蕾.《胶结颗粒料筑坝技术导则》亮点解读与思考[J].水利水电技术,2012(7):5-9.

[5]陈振华,林胜柱,魏建忠,等.胶凝砂砾石筑坝技术新进展[J].水利科技,2011(4):29-32.

[6]李晶.胶凝砂砾石坝与常规重力坝最优断面的研究[D].北京：中国水利水电科学研究院,2013.

(责任编辑姚小槐)

InterpretingKeyPointsofCementSandGravelDamTechnologyin“TechnicalGuidelineforCementedGranularMaterialDams”

ZHENGChang-ba

(FujianCollegeofWaterConservancyandElectricPower,Yong’an366000,Fujian,China)

TheSL678—2014 “TechnicalGuidelineforCementedGranularMaterialDams” (the“Guideline”),issuedbytheMinistryofWaterResourcesonMarch28,2014,providesnormativedocumentsontechnicalguidanceforcementsandgravel(CSG)dam(weir)whicharenowactivelybeendevelopedinChina.Itwillsurelycontributetothedevelopmentandpromotionofnewdammingtechnologyinourcountry.Somekeypointsinthe“Guideline”fortheCSGdam(weir)wereinterpreted,suchasthecontentsummaryandgeneralinstructions,relatedterms,materialprovisions,damdesign,construction,andqualitycontrolofCSGdam,etc.

cementedgranularmaterial;cementsandgraveldam;guideline;keypointsinterpretation

2016-01-11

郑昌坝(1982-)，男，硕士研究生，讲师，主要从事水利工程结构、力学研究。E-mail：zcb77@126.com

TV52

A

1008-701X(2016)03-0058-03

10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.03.017