下载文档原格式
胶凝砂砾石筑坝技术特性分析摘要：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坝型，其特点是采用胶凝材料与砂砾石材料（包括砂、砾石、石等）拌合筑坝，使用高效率的土石方运输机械和压实机械施工。
由于水泥的胶凝作用增大了材料的抗剪强度，与面板坝相比可以缩小坝体断面；由于简化了材料的配比和骨料的制作，与碾压混凝土坝相比可以简化施工、缩短工期和减少费用。
胶凝砂砾石筑坝技术因施工快速、经济性和安全性好，以及环境友好，近年在日本、土耳其、希腊、法国、菲律宾等国的永久工程得到了应用，具有良好的发展前景。
该新型筑坝技术的引进研究及推广应用对我国面广量大的中小型水库大坝工程、围堰工程建设，以及众多的病险水库除险加固工程具有重大意义。
关键词：胶凝砂砾石坝技术特性发展误区1胶凝砂砾石坝技术特性和误区1.1筑坝材料──胶凝砂砾石胶凝砂砾石是将胶凝材料和水加入河床砂砾石或开挖废弃料等在坝址附近容易获得的岩石基材中，然后用简易的设备进行拌合而得到的一种筑坝材料。
与早期干贫碾压混凝土类似，胶凝砂砾石大多采用“土工法（‘Soil’Approach）”确定配合比，即通过试验得到材料的用水量、VC值和密度等指标之间的关系，确定单方最优用水量，然后通过试验得到胶凝砂砾石抗压强度与用水量、胶凝材料用量、龄期之间的关系，确定胶凝材料用量和设计龄期。
研究表明，VC值在10～20s之间时，胶凝砂砾石各方面的性能较好。
通常情况下，胶凝砂砾石胶凝材料用量在70～100kg/m3，其中水泥用量在40～60kg/m3，90d龄期抗压强度大于5MPa。
应力—应变关系可以近似为线性的范围被定义为“线性范围”，线性范围内的最大应力被定义为“线性极限强度（σL）”。
胶凝砂砾石的物理力学特性除了与单方用水量和胶凝材料用量有关外，与母材的颗粒级配分布，特别是砂率大小有较密切的关系。
研究表明，母材最大颗粒粒径150mm，砂率30%左右时胶凝砂砾石具有较高的强度和较高的密实度。
胶凝砂砾石坝结构设计研究胶凝砂砾石坝是一种体型介于土石坝和重力坝之间的新坝型。
相较于堆石坝其工程量显著减少，抗冲刷能力强；相较于碾压混凝土坝其水泥用量大大节省，显著降低造价，骨料、配合比、温控和地基要求大为降低。
本文根据胶凝砂砾石坝结构设计特点，基于摩尔-库伦准则研究胶凝砂砾石材料本构关系，采用规划求解计算三轴试验胶凝砂砾石材料强度指标。
运用大型有限元软件ADINA对胶凝砂砾石坝进行二维、三维计算分析，主要有静力计算、动力计算、考虑渗流作用的应力计算等；采用岩土软件Geo-studio 对不同防渗措施进行渗流计算分析。
采用应力水平标准评价胶凝砂砾石坝的抗剪能力，采用点安全系数法计算建基面抗滑稳定情况，基于可靠度理论对胶凝砂砾石坝的稳定性进行评价。
主要完成了以下工作：⑴对三峡大学胶凝砂砾石材料单轴试验结果进行分析，得到筑坝材料的主要力学指标。
结合三轴试验结果，推导了胶凝砂砾石材料的本构关系。
⑵选用试验中力学性能良好的材料作为筑坝材料进行结构设计，并结合等高程的重力坝对比分析了两种坝型在不同水位荷载作用时的应力分布情况。
分别采用应力水平、点安全系数法、可靠度理论分析了不同水荷载下等高程胶凝砂砾石坝和重力坝的抗剪、抗滑稳定情况。
设计空库、满库两种工况，研究了分层地基时胶凝砂砾石坝对不同地基弹性模量的适应性。
⑶分别采用钢筋混凝土面板、复合土工膜、高强度胶凝砂砾石材料做胶凝砂砾石坝上游防渗层，对比防渗效果，并根据考虑渗流作用的应力计算结果分析了采用不同防渗体的胶凝砂砾石坝应力水平。
⑷研究不同坡比设计时胶凝砂砾石坝的应力应变、应力水平情况，对胶凝砂砾石坝的体型进行研究。
结合守口堡工程实例，通过三维建模计算分析了该胶凝砂砾石坝的渗流、应力应变、超载破坏等情况。
胶凝砂砾石坝坝坡比分析研究胶凝砂砾石坝坝坡比分析研究杨晋营，高超（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）摘要：胶凝砂砾石坝属于新型筑坝技术，坝坡比是胶凝砂砾石坝断面设计的重要参数，直接影响工程的安全性和经济性，应通过坝体抗滑稳定性和应力分析来确定最优坝坡比和坝体断面。
通过和面板堆石坝、碾压混凝土重力坝坝坡比的对比，结合胶凝砂砾石坝坝体受力特征分析，对胶凝砂砾石坝在基本荷载组合条件下的坝坡比进行了理论分析和研究。
胶凝砂砾石坝设计初期，类似Ⅳ类硬质岩的坝基地质条件，且材料设计抗压强度6.0 MPa、坝高小于70 m时，胶凝砂砾石坝综合坝坡比可在1.2～1.3之间初选；上游坝坡比宜大于1∶0.3、小于1∶1.0；下游坝坡比宜大于1∶0.5、小于1∶1.0。
在综合坡比一定时，将坝体设计为对称梯形断面对坝体抗滑稳定有利；将坝体设计为上游坝坡比小、下游坝坡比大的非对称梯形坝对降低坝体主应力水平有利。
关键词：胶凝砂砾石坝；坝坡比胶凝砂砾石坝属于新型筑坝技术，在国内永久工程中应用实例为数不多，山西守口堡水库胶凝砂砾石坝是我国应用此项技术的首例，坝高61.6 m［1］；四川顺江堰拦河滚水坝是我国第一座已建成的胶凝砂砾石坝永久性工程，坝高11.6 m［2］。
在临时围堰工程中应用较多［3－6］。
从材料性能和施工方法来看，胶凝砂砾石坝是介于面板堆石坝与碾压混凝土坝之间的一种新坝型，其特点就是加入少量的胶结材料，将不经筛分的天然砂砾料胶结起来，通过碾压的方式使之达到一定强度，来满足应力和稳定要求的。
胶凝砂砾石坝断面形状一般为梯形，断面比较大，当坝轴线较长，对断面进行优化设计，可有效减少胶凝砂砾石工程量。
坝坡比是胶凝砂砾石坝断面设计的重要参数，直接影响工程的安全性和经济性，应通过坝体抗滑稳定性和应力分析来确定最优坝坡比和坝体断面。
目前，国内有关永久性胶凝砂砾石坝坡比研究成果比较少，有关文献对守口堡胶凝砂砾石坝坝坡比进行了研究［7－9］。
施工方案1目录第1章工程概况 (4)1.1 工程背景及研究内容 (4)1.2 编制依据 (4)1.3 工作内容、布置地点及工期要求 (4)第2章施工布置 (6)2.1 施工风、水、电布置 (6)2.2 施工营地布置 (6)2.3 CSG拌和系统 (6)2.4 试验室布置 (6)2.5 其他 (6)第3章防渗墙施工 (7)3.1 工程概况 (7)3.2 施工工艺 (7)第4章胶凝砂砾石施工 (15)4.1 拌和 (15)4.2 运输及入仓 (15)4.3 卸料与摊铺 (15)4.4 碾压 (16)4.5 养护 (17)4.6 变态胶凝砂砾石施工 (18)4.7 施工缝处理 (19)4.8 埋件施工 (19)第5章胶凝砂砾石质量控制 (21)5.1 原材料质量控制 (21)5.2 拌和生产过程质量控制 (22)25.3 碾压施工质量控制 (22)5.4 养护质量控制 (23)5.5 缺陷处理 (23)5.6 质量评定 (23)5.7 雨季、夜间施工保证措施 (23)第6章其他工程施工 (26)6.1 砂卵砾石开挖 (26)6.2 抢险路面施工 (26)6.3 混凝土挤压边墙工程 (31)第7章质量保证体系 (34)7.1 组织机构 (34)7.2 规章制度 (35)第8章安全保证措施 (39)8.1 安全目标 (39)8.2 确保目标实现的配套措施 (39)8.3 安全生产组织机构 (39)第9章施工设备和仪器 (42)9.1 施工设备 (42)9.2 测量、监测设备 (43)3第1章工程概况1.1 工程背景及研究内容胶凝砂砾石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坝型，其特点是采用胶凝材料与砂砾石材料拌合筑坝，使用高效率的土石方运输机械和压实机械施工。
胶凝砂砾石筑坝具有施工速度快，成本较低，安全可靠性高，坝顶可过水等优点。
1.2 编制依据2、《水工碾压混凝土施工规范》DL/T5112-2009；3、《碾压式土石坝施工规范》DL/T5129-2001；4、《混凝土面板堆石坝施工规范》DL/T5128-2001；5、《胶结颗粒料筑坝技术导则》SL678-2014；6、《水工混凝土试验规程》SL352-2006；7、《梯形胶凝砂砾石坝施工与质量控制工程手册》；8、《混凝土面板堆石坝挤压边墙技术规范》DL/T5297-2013；9、其他与工程相关的规程、规范和相关文件。
胶凝砂砾石配合比设计研究与工程应用作者：闫林何建新杨海华来源：《人民黄河》2020年第02期摘要：針对某实际胶凝砂砾石永久性水利工程特性进行配合比设计，采用丁朴荣理论公式法和最大密度试验法进行三种砂砾石料混合级配设计，并结合配合比试验研究优选胶凝材料用量和水胶比。
胶凝砂砾石材料的抗压强度随着胶凝材料用量的增大而增大，且在胶凝材料用量大于100 kg/m3时，胶凝砂砾石材料力学性能趋向于混凝土。
此外，在同一胶凝材料用量下，试件抗压强度随水胶比的增大呈现先增大后减小的趋势，即存在最优水胶比。
综合实际施工技术、节约经济及抗压强度富余度等条件，最终为该工程推荐胶凝材料用量为100 kg/m3，水胶比为1.0。
关键词：胶凝砂砾石;配合比设计;级配;胶凝材料用量;最优水胶比中图分类号：TV41文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.02.018Abstract： This paper details the mixture ratio design of the Permanent Water Conservancy project of the actual cementing sand and gravel. The Ding Pu-rong theory formula method and the maximum compactness test method were used to carry out three kinds of sand and gravel mixture gradation design. And combining the mix ratio test to optimize the amount of cementitious materials and the ratio of water and rubber. The compressive strength of cementitious sand-gravel material increases with the increases of the dosage of cementitious materials. And when the dosage of cementitious material is greater than that of 100 kg/m3， the mechanical properties of cementitious sand-gravel materials tend to be concrete. In addition， under the same cementitious material dosage， the tendency of the compressive strength of specimen was increased first and then decreased with the increase of the ratio of water to rubber. And the optimal water glue ratio was found in the test results. Combined with the actual construction technology， economical and the surplus degrees of compressive strength， the recommended cementitious materials dosage and water glue ratio for the project is 100 kg/m3 and 1.0， respectively.Key words： cementitious sand gravel; proportioning design; gradation; gel material dosage; optimal water glue ratio胶凝砂砾石坝是介于土石坝和混凝土坝之间的一种过渡坝型，其使用材料胶凝砂砾石（简称CSG）是用少量的胶凝材料（如水泥、粉煤灰）及原则上不经过筛分和水洗的坝址区河床砂砾石料，通过简易拌和、摊铺、振动碾压而形成的具有一定抗压、抗剪强度的新型筑坝材料[1-4]。
守口堡水库胶凝砂砾石筑坝材料强度试验研究武晓菲【摘要】为确保守口堡水库大坝运行安全、验证胶凝砂砾石材料的可靠性,本文通过试验对其强度进行研究.采取大坝拟定的配合比,制取胶凝砂砾石及富浆胶凝砂砾石大小试件,进行抗压强度检测,试验结果满足设计要求.并对胶凝砂砾石大试件进行抗拉强度劈裂试验,其检测结果合格,可满足大坝强度的要求.【期刊名称】《水利建设与管理》【年(卷),期】2018(038)008【总页数】4页(P26-28,5)【关键词】守口堡大坝;胶凝砂砾石;抗压强度【作者】武晓菲【作者单位】山西省水利水电科学研究院,山西太原 030002【正文语种】中文【中图分类】TV541胶凝砂砾石坝是在碾压混凝土坝和面板堆石坝的基础上发展而来的一种新坝型。
它的施工方法与碾压混凝土坝相似，其特点是将少量胶凝材料和水掺入天然砂砾石材料中，采用经拌合设备拌和而成的一种低强度的材料来筑坝。
胶凝砂砾石坝具备面板坝和碾压混凝土坝两者的优点，除此之外还具有缩小坝体断面、简化施工、缩短工期、减少费用等特点。
由于胶凝砂砾石坝安全性高，抗震性强，对施工工艺及地基条件要求低，而且可就地取材，造价低廉，基本实现零弃料，对环境的负面影响小，在国际坝工界已经得到了普遍的重视[1]。
目前，中国胶凝砂砾石坝的应用仅为围堰工程等一些临时工程的试验性应用，在永久性工程中没有应用先例[2]。
山西省守口堡水库枢纽工程是中国第一座将胶凝砂砾石坝运用在永久工程中的水利工程，目前大坝尚在建设中，对其进行筑坝材料强度试验研究对于胶凝砂砾石坝的推广应用意义重大。
1 工程概况守口堡水库位于山西省大同市阳高县，坝址位于黑水河上游段，坝控面积291km2，是一座小(1)型水库，水库总库容为980万m3，主要用于工业供水、农业灌溉及防洪等。
大坝的主体为胶凝砂砾石，采用150mm×150mm×150mm 的立方体试件180天龄期的极限抗压强度，设计强度为C6。
胶凝砂砾石质量控制方法摘要：胶凝砂砾石筑坝技术是国际上发展起来的新型筑坝技术，其特点是采用胶凝材料和工程现场的砂砾石材料(如，砂、石、砾石等)拌和筑坝，再使用高效率的土石方运输机械和压实机械进行施工。
与常规混凝土筑坝技术比，胶凝砂砾石筑坝的技术特点是：仅剔除现场砂砾石料中超大粒径的骨料，不需要筛分、水洗等处理；此外，胶凝材料的用量少；并且，施工速度快30%以上，节约成本近50%。
因此胶凝砂砾石筑坝技术具有经济、环保、施工快速等优点。
基于此，文章详细分析了胶凝砂砾石质量控制方法，以供参阅。
关键词：胶凝砂砾石；质量控制；有效策略前言：为达到“宜材适构”，“宜构适材”的筑坝目标，胶凝砂砾石坝设置了不同的功能分区，如上游防渗层、下游保护层，对于坝体中部，由于其主要承受压力荷载，且对耐久性要求不高，可分层填筑胶凝砂砾石拌和料。
为了适应施工期变形协调，上、下游的防渗层和保护层与坝体同步上升。
对于小坝工程，可碾压完毕坝体中部之后，再一次施工上、下游的防渗层和保护层。
在此基础上，文章对胶凝砂砾石质量控制方法进行了深入研究。
1胶凝砂砾石施工质量控制要求胶凝砂砾石原材料、配合比、施工各主要环节及施工后的质量均应进行控制和检查，当发现砂石料母材性质或级配发生明显改变时，需对“配合比控制范围”进行修正。
胶凝砂砾石坝施工过程中，应由专职人员进行质量检测和质量控制。
1.1胶凝砂砾石原材料现场检测项目和检测频次详情参看表1。
表1胶凝砂砾石原材料现场检测项目和检测频次1.2胶凝砂砾石拌和物质量的检测，应在搅拌机口随机取样进行，检测项目及频次按表2规定。
表2胶凝砂砾石拌和物的检测项目及频次胶凝砂砾石压实密度检测宜采用核子水份密度仪结合挖坑灌水进行分层检测，也可采用挖坑灌水法检测并分析确定。
核子水份密度仪检测宜在碾压完10min后进行，30min内完成。
胶凝砂砾石的相对密实度不得小于设计值。
质量控制体系是基于胶凝砂砾石试件强度变化趋势来确认的。
胶凝砂砾石与砂砾石联合坝强度分析
作者：高彦丛
来源：《学校教育研究》2015年第10期
一、前言
胶凝砂砾石材料因为不对骨料进行筛分和清洗，胶结材料用量少，施工速度快等优越性，已经在水利工程的建坝中得到了应用。
胶凝砂砾石坝的主导理念是“宜材适构”，在具备建造胶凝砂砾石坝的工程中，其砂砾石材料或开挖弃料应当是充分的，从这个理念出发，在这种工程条件下，不妨考虑一下胶凝砂砾石与砂砾石联合筑坝的问题。
所谓胶凝砂砾石材料（CSG）与砂砾石材料的联合坝，是指在坝体的横断面上一部分为胶凝砂砾石材料坝体；一部分为砂砾石材料坝体。
胶凝砂砾石材料坝体可置于砂砾石坝体的斜墙部位（参见图1的a），也可置于砂砾石坝体的心墙部位。
从坝体横断面的几何图形上看，狮子滩大坝的横断面是可以参照的（见图1的b），从力学分析上看，却不是一回事。
胶凝砂砾石材料与砂砾石材料联合筑坝的计算应当考虑的是：胶凝砂砾石材料是连续体，砂砾石是散粒体，前者按线性连续体力学分析，后者按非线性土力学分析。
图1 两种坝体的横断面（a）胶凝砂砾石材料与砂砾石材料的联合坝体；（b）狮子滩大坝
二、砂砾石材料的非线性性质
砂砾石材料是散粒体，属于土体，其非线性表现是，砂砾石土体和地基土体的切线模量Et 和体积模量B（或泊桑比t）是应力状态的函数：
（1）
——加载，非卸载（2）
（3）
破坏比；对于无粘性土，
由于一点的应力状态存在
（A）
而
（B）
所以（3）可以写为
（3‟）
（4）
（5）
Ei初始模量，Et任一点的切线模量，Pa大气压（单位与应力同）。
c、φ、Rf、K、Kb、n、m材料的试验常数。
在后边的算例中，参照天生桥垫料层的试验数据，取值如表1所列。
三、砂砾石坝的非线性应力应变计算用到的几个式子
弹性矩阵：平面应变问题的应力应变增量关系
（6）
其中和
定义弹性矩阵
（6‟）
对于计算的第一步（平面应变）：上式中的切线弹模Et用初始弹模Ei式（1），上式中的B用式（4），由于是计算的第一步，（1）和（4）中的都用第一级荷载。
位移增量到应变增量的转换矩阵，对于平面三角形单元双线性型函数
（7）
应变增量
（8）
位移到应力的转换矩阵
（9）
应力增量
（10）
单元刚度矩阵
（11）
四、砂砾石土体单元的剪切破坏
用广义应力表达式，当时（拉子午线）
（12）
当时（压子午线）
（13）
式中
（14）
（15）
对于无粘性土，C0=0，拉伸剪切破坏的安全系数为
（16）
压缩剪切破坏的安全系数为
（17）
砂砾石土体单元的剪切破坏的安全系数可描述为：k=1是土体单元破坏的临界状态，k>1土体单元安全，k
五、胶凝砂砾石材料单元的强度破坏
胶凝砂砾石材料的单元按三轴强度分析【3】
当第二主应力满足，三轴强度破坏的安全系数则为
（18）
当第二主应力满足，三轴强度破坏的安全系数则为
（19）
式中
；
以上各式中、、为三向主应力，由大到小，t、c、0分别为坝体材料的抗拉、压、剪切强度，如此，判别式（18）和（19）可以描述为：kG=1是破坏的临界状态；0kG>1安全。
本文数值分析中取 c =6.7MPa，t =0.9MPa，t MPa。
六、胶凝砂砾石和砂砾石坝的非线性应力应变计算步骤
将计算步骤用以下框图展示。
图2 胶凝砂砾石和砂砾石联合坝的非线性应力应变计算框图
七、胶凝砂砾石材料与砂砾石材料联合坝算例
为了有个数值印象，做一个算例。
坝高10米，胶凝砂砾石坝体的上下游坡比1：0.5，砂砾石坝下游坡比1：2.5（见图2），胶凝砂砾石材料与砂砾石材料的填筑过程都分成10个增量计算步，每个计算步的荷载增量为1米厚的填筑材料自重，按平面应变分析。
砂砾石坝材料（包括地基河床）借用天生桥垫料层的物理指标：容重22.00KN/m3，砂砾石的第三主应力等于大气压时的摩擦角Φ0 为50.600，砂砾石土体的第三主应力增大10倍时摩擦角的减小值ΔΦ0为7.000，砂砾石土体的破坏比Rf 为0.706，砂砾石土体弹性模量数K为1050.00，砂砾石土体弹性模量指数n为0.354，砂砾石土体体积模量数Kb 为480.00，砂砾石土体体积模量指数m为0.236。
胶凝砂砾石材料：容重24.00 KN/m3，弹性模量17500MPa，布桑系数0.167，轴心抗压标准强度6.7 MPa，抗拉标准强度0.90 MPa，剪切强度t MPa。
分两个工况计算：一是按10个增量步进行填筑施工计算；二是填筑完毕之后施加上游齐坝顶水压（下游无水，参见图3）。
为了节省篇幅，部分结果（竣工和运行中的位移和一、二、三主应力的等值线图，代数极值点位置图等）略，下边只给出联合坝竣工和运行的剪应变等值线图（图4、5）以及联合坝竣工和运行的强度安全系数等值线图（图5、6）。
此外，将两种工况计算结果的代数极值列入表2。
图6、7及表2的数据表明：胶凝砂砾石坝体的强度安全系数没有落在0
八、几点认识
第一，砂砾石坝体和河床按非线性本构、胶凝砂砾石材料坝体按线性本构，按荷载增量法进行分析是成立的。
从算例的成果看是合理的。
第二，就10米坝高的算例而言，当胶凝砂砾石坝体用C10的指标时，胶凝砂砾石坝体的强度是安全的；就本算例而言，砂砾石坝体没有出现沿剪应变脊线的滑动问题，1：2.5的砂砾石边坡过缓。
第三，当工程条件具备，建造胶凝砂砾石与砂砾石的联合坝附和…宜材适构‟的理念，尤其是工程量巨大时，节省的胶结材料的数量会是相当可观的。
