0. 引言
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•胶凝砂砾石筑坝技术简介
•胶凝砂砾石筑坝基本特征
•胶凝砂砾石坝与常规土石坝比较•胶凝砂砾石坝与混凝土重力坝比较•胶凝砂砾石坝的其他特点
0.1 胶凝砂砾石筑坝技术简介
•胶凝砂砾石坝，英文名Hardfill Dam，日本称CSG Dam （Cemented Sand & Gravel）
•J.M.Raphael(1970), P.Londe(1988)，1993年在希腊建成了世界第一座Hardfill坝—Marathia坝，坝高25m。
自20世纪90年代以来这项筑坝新技术在日本快速发展。
•这项技术的核心内容：在天然砂石料中加入适量水泥直接用于筑坝。
•这项筑坝技术带来的显著效果是：大幅度降低成本、环保、高效快速施工、建成高安全性大坝。
•胶凝砂砾石坝不同于常规的土石坝和重力坝。
0.2 胶凝砂砾石坝基本特征
•基本剖面是上下游坝坡对称的等腰梯形•上游坝面设置面板或其他防渗设施
•筑坝材料为价格低廉的低强度胶结砂石料•高安全性、优良抗震性能
•对地基条件要求低
•施工简便、快速，环境友好，造价低廉
0.3 胶凝砂砾石坝与常规土石坝比较
•可将泄水及引水建筑物布置在坝体上。
不必开凿岸边溢洪道及泄洪或引水隧洞，节省了泄水及引水建筑物的工程造价。
•坝体不再是易冲蚀的散离体材料，而是具有较强抗冲蚀能力的胶结体材料。
洪水漫顶不会使坝体溃决，坝体渗漏也不会危及大坝安全，大坝的安全性大大提高。
•施工期允许坝身过流。
大大简化了工程施工导流设计，降低了导流标准，节省施工导流工程费用。
0.4 胶凝砂砾石坝与常规混凝土重力坝比较•对坝基的适应能力增强。
坝基应力较低，使得该坝型对地基的要求远低于重力坝。
因而可以降低大坝基础处理的费用。
对坝址选择更具主动性。
•混凝土重力坝繁琐的温控措施可以取消；基本不需要设置横缝。
大大简化施工、提高效率。
•传统混凝土骨料制备、混凝土拌和设施可以省去，而以一种十分简单的材料混合系统取代之。
•采用大型土石方运输及碾压施工机械，可以实现坝体全断面快速施工。
大大提高施工效率，缩短工期，使工程提前产生效益。
0.5 胶凝砂砾石坝的其他特点
•适于在强震区建设。
坝体应力水平较低，大坝整体稳定安全性及抗震安全性较高。
•特别适合于中小型水利水电工程。
•对软弱岩石地基具有良好的适应性，甚至使在砂砾石地基上修建高安全性坝成为可能。
•胶凝砂砾石坝是介于传统土石坝和重力坝之间的一种新坝型，它兼备两种坝型的优点，并且具有一些自身独特的优势。
1. 胶凝砂砾石筑坝材料
•胶凝砂砾石的基本特点
•胶凝砂砾石的材料特性
•胶凝砂砾石的生产制备及筑坝施工
1.1胶凝砂砾石的基本特点
胶凝砂砾石(Cemented Sand and Gravel)是由
以下成份组成的混合体：
河床砂卵石
或：低强度岩石
或：其他岩石类材料
加：水泥和水
************************************************单位用水量：胶凝砂砾石压实过程中有适宜的稠度，以保证振动压实质量，获得较高的密实度。
水泥用量：胶凝砂砾石获得要求的强度。
胶凝砂砾石的特点
-不需要采料场或仅需要小规模料场。
对环境的负面影响小
-使用常规混凝土无法利用的低质量骨料。
当地材料的有效利用
-胶凝砂砾石仅仅需要简单的设备。
简化施工，节省造价
-胶凝砂砾石的上坝运输、摊铺和振动压实采用与RCD(RCC)相似的施工工艺。
节省施工费用、缩短施工周期
胶凝砂砾石的特点优点…
-对环境的负面影响较小
-对当地材料的有效利用
-节省造价、缩短工期
缺点…
-胶凝砂砾石材料性质离散性较大
-低抗渗性
1.3 胶凝砂砾石的生产制备及筑坝施工Nagashima 坝上游围堰
-河床砂卵石用作骨料
-用配特制铲斗（skeleton-type bucket）的反铲去除河床砂卵石中超径颗粒
-用配特制铲斗的反铲混合骨料和水泥
-水泥用量: 80 kg/m3
-未加水（河床砂卵石有较高的含水量）
-自卸汽车运输上坝
-摊铺: 用推土机，摊铺层厚17cm
-振动碾压实:每3层摊铺层碾压一次
Skeleton-type bucket
Mixing by backhoe with skeleton-type bucket
连续回转拌和罐
Continuous Rotary
Tube Mixer
Raw material classification : 2 grade
(0-20 mm & 20-150 mm)
Gathering of river bed gravel
Construction yard Compaction by vibrating roller
2.胶凝砂砾石坝设计
•胶凝砂砾石坝设计方法
•胶凝砂砾石坝结构特点
•胶凝砂砾石坝典型剖面设计
对称梯形剖面胶凝砂砾石坝（Trapezoid-shaped ）
对称梯形剖面合理的设计方法
合适的筑坝材料及合理的施工方法胶凝砂砾石
(Cemented Sand and Gravel)
2.1胶凝砂砾石坝设计方法
常规混凝土重力坝梯形剖面胶凝砂砾石坝2. 采用高质量的大坝混凝土以满足坝体设计剖面对混凝土强度的要求 2. 设计适宜于胶凝砂砾石材料的坝体剖面(采用有限元分析方
法)1. 考察易于在坝址附近获得的建筑骨料1. 坝体剖面设计
坝体剖面最小化基于胶凝砂砾石材料性质进
行设计
胶凝砂砾石坝设计程序
2.2 胶凝砂砾石坝结构特点
•坝体应力水平较低，即便是在强震作用下亦可保持较低的坝体应力水平。
这样，低强度材料用于筑坝成为可能。
•由于坝体重量大、坝底宽度大，大坝抗滑稳定安全性和抗倾覆安全性大大提高。
•材料强度
–100m高坝，最大压应力不超过1.5MPa，无拉应力
–抗剪安全裕度大，抗滑稳定不起控制作用。
层面，甚至冷缝不需处理
–要求抗压强度4.0-6.0MPa（安全系数3.0-4.0）；不要求有抗拉强度
•材料渗透性
–高渗透性无害
•材料刚度
–弹性模量不超过10GPa
–低弹模有利于坝体应力和坝体抗裂
•材料发热量
–低热绝热温升为普通RCC的1/2
–低弹模、温升小，温度应力小
–横缝可取消
•上游防渗面板
–面板变形为CFRD的1/10 -1/100
–面板工作条件好，周边缝处理简单
–面板失效，U=1.0，不会危及大坝安全
•材料耐久性
–抗溶滤性能差—坝体防渗和排水设施重要–耐久性差—保护层非常必要
胶凝砂砾石坝应力和稳定分析
•基本几何和力学参数
–100m高
–γ=23.0 kN/m3
–坝坡1:0.7
•Hardfill坝工作性态:
（1）坝踵压应力1.39MPa（0.84MPa）
不要求材料具有抗拉强度（0.16MPa）
（2）8度地震
坝踵无拉应力（1.0-2.0MPa）
（3）坝基面最大压应力1.41MPa（2.4MPa）
（4）抗剪安全性
坝基面平均剪应力0.36MPa（0.63MPa）
U=1.0ϕ=22.0（42.0）deg SFF=2.3（1.1）
U=0.4ϕ=18.0（32.0）deg SFF=2.8（1.4）
U=0ϕ=14.0（27.0）deg SFF=3.1（1.6）SFF—软弱岩基（c=0.3MPa，ϕ=30.0deg）对应的稳定安全系数
（5）坝基面应力分布
–均匀
–不同水位，变化不显著
•坝坡1:0.7剖面, U=1.0, ϕ不超过22.0deg –较差岩基，可安全修建FSHD
–层面不需严格处理
Deformation at the time when the sliding force to downstream is maximum Model A
Model B
Model C Model D
地震动位移变形形态Bending Shearing
3. 胶凝砂砾石筑坝技术发展状况
•土耳其Cindere坝
•日本CSG技术的发展历史
•日本胶凝砂砾石的第一次应用
•日本Tobetsu坝
•日本Okukubi坝
3.1土耳其Cindere坝
•世界最高胶凝砂砾石坝，2007年建成
•坝高107m，原河床以上78m，河床砂砾石覆盖层厚约20m
•胶凝砂砾石材料强度要求：抗压强度6.0MPa
•骨料最大粒径63mm
•胶凝材料用量70kg（50kg水泥+20kg粉煤灰）
•防渗结构：混凝土预制板内侧PVC防渗膜+1.0m厚常态混凝土防渗层
•坝址地震峰值加速度：OBE 0.2g，MCE 0.3g
3.2日本CSG技术的发展历史临时建筑
-Nagashima大坝围堰(1992)
-Tyubetsu大坝围堰(1994)
-Kubusugawa大坝围堰(1994) 等等.
永久建筑
-Nagashima水库拦砂坝(1999) 等
-Taiho Marsh control dam (2004)
-Kawai sub-dam(2005)
-Kasegawa sub-dam(2010)
-Tobetsu Main Dam(2012)
-Okukubi Main Dam(2013)
日本计划建造的梯形断面胶凝砂砾石坝•Sanru dam: 46.0m
•Honmyogawa dam: 64.0m •Mikasapombetsu dam: 53.0m
•Choukai dam: 81.0m
•Apporo dam: 47.2m。
