梯形胶凝砂砾石坝发展史
２０１３年１月 水利水电快报 ＥＷＲＨＩ 第３４卷第１期 文章编号：１００６－００８１（２０１３）叭￣００２３－０３
梯形胶凝砂砾石坝发展史
［日本］藤泽忠彦 摘要：近年来日本为了合理利用建筑材料而研发了梯形胶凝砂砾石（ＣＳＧ）坝，该类坝还能有助于改进 设计，提高施工效率。它可以将坝址附近不适合于用作混凝土骨料的风化岩石料及其他材料利用起来，而 且其材料开采加工方法和设备简单。由于原料开挖区和施工设备区的大小可以受到限制，所以此类水坝 可以看成是环境友好型坝。介绍了梯形胶凝砂砾石坝的主要特点。 关键词：梯形胶凝砂砾石坝；筑坝材料；筑坝技术；日本 中图法分类号：ＴＶ６４９ 文献标志码：Ａ 梯形胶凝砂砾石（ＣＳＧ）坝与传统重力坝和土石 坝的不同之处在于：其坝体形状为梯形，用ＣＳＧ料建 造而成。 在日本，建造的第１座此类建筑物是长岛（Ｎａ— ｇａｓｈｉｍａ）坝的上游围堰。该围堰原来是一座不透水 的钢坝，但是在１９９１年９月发生的一次台风期间被 暴雨冲走。由于修复工作急，研发并采用了ＣＳＧ法。 具体来说，就是该围堰由ＣＳＧ料建造。ＣＳＧ料制备 起来很简单，即使用骨料反铲机将水、水泥与取自附 近河床上的砾石拌合而成，无需级配或冲洗。然后用 推土机摊铺ＣＳＧ，接着用振动碾将其压实。长岛坝钢 围堰失事之后马上就进行了包括ＣＳＧ材料试验和断 面设计在内的紧张工作，并在第２年汛期到来之前完 成了梯形ＣＳＧ围堰的建造工作。 随后，陆续采用ＣＳＧ料和ＣＳＧ法兴建了许多上 游围堰和其他临时建筑物，如道路压重填筑工程等， 其原因在于很容易获得材料，并且施工方法也很简 单。第一批工程证明了ＣＳＧ料及其相关的施工方法 是相当有效的，此后，该方法在像坝体这样的永久性 建筑物中的应用需求增加。为了满足这种需求，根据 已经获得的ＣＳＧ物理性能和施工法方面的知识，于 １９９９年开始采用梯形坝型和ＣＳＧ法进行坝设计。第 ２年完成了建议的设计方法。 将水泥、水与坝址附近获得的材料在无需级配和 冲洗的情况下拌合就可以很容易地制备ＣＳＧ料，其 强度当然没有混凝土那样高。为了克服这一缺陷，将 该种材料与不需要很高强度的梯形坝型结合使用。 收稿日期：２０１２—１０—２５ 研究时使用了有限元法和能够显示应力状态的地震 加速波的动态分析法，并在设计中用到了这两种方 法。 将新提出的梯形ＣＳＧ坝设计法用于设计大保 （Ｔａｉｈｏ）坝的渗控建筑物（体积３４ ０００ ｍ ，高３０ ｍ）和 灰埭（Ｈａｉｚｕｋａ）坝水库河川（Ｋａｗａｉ）副坝的渗控建筑 物（体积３２ ０００ １３。，高１４ ｍ），这两座建筑物均用ＣＳＧ 法进行施工。通过这两座建筑物的设计与施工，可以 获得以下实际性能数据： （１）ＣＳＧ的物理性能； （２）试验方法； （３）ＣＳＧ梯形坝设计并将其建成永久性建筑物 所需要的强度规范方法； （４）与设计、施工以及质量控制有关的其他许多 创新。 根据这些结果，于２００７年９月编制完成了《梯形 ＣＳＧ坝施工及质量控制工程手册》，为兴建全尺度水 坝奠定了基础。其结果是，梯形ＣＳＧ坝开始得以实 质性的建设。 作为首批兴建的全尺度梯形ＣＳＧ坝示范工程， 当别（Ｔｏｂｅｔｓｕ）坝（体积８１３ ０００ ｍ ，坝高３０ ｍ）和嘉 赖（Ｋａｓｅｇａｗａ）坝水库副坝（体积６８ ０００ ｍ ）的坝体施 工于２００９年开始，奥久（Ｏｋｕｋｕｂｉ）坝（体积３３９ ０００ Ｉｌｌ ，坝高３９ ｍ）也于２０１０年开工建设。所有这些坝 的ＣＳＧ填筑均在１ ａ之内完成。 图１、图２和表ｌ示出了当别坝和奥久坝的相关 信息。
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２０１３年１月 水利水电快报 ＥＷＲＨＩ 第３４卷第１期
富灰ＣＳＧ￣４ 图１当别坝剖面 坝轴线 溢洪道堰顶，４扇闸门 黼水麓 ｅｌ ２９．０００ ｅｌ ２１．ｏ００ 最低水位 ∥——十 ． ：ＱＱＱ 结构混蜂土 辅助帷幕灌浆 ‘３．０ ｍ ； ｉ 帷幕灌浆 基础排水孔，间隔５ ｍ， 有效长度￡＝３．０ ｍ 图２奥久坝剖面 表１ 当别坝和奥久坝的性能指标 富灰混合料
１梯形ＣＳＧ坝理念概述 坝工建设涉及设计、材料及施工。例如，为了使 施工更为合理，发明了ＲＣＤ法，在大坝的各个领域也 发展了其他许多新技术。如今，为了降低成本、保护 环境，需要研究新的技术。 尤其是在Ｈ本，获得坝体材料所需的料场条件 （如产料率及运输条件）面临极大的挑战。在近期所 建的混凝土坝中，混凝土骨料成本占总成本的比例达 到了４０％左右。因此，急需使材料的利用更加合理， 以降低成本，并减少开挖边坡产生的环境影响等。 梯形ＣＳＧ坝不仅可以合理利用材料（此为目前 需要克服的最大挑战），而且有助于改进设计，提高施 工效率。 ＣＳＧ法具有以下特点： （１）能够合理利用材料。梯形ＣＳＧ坝坝体所需 强度较小，所以材料的强度要求可以降低，容许使用 质量较低的材料，从而可增加选料的范围。 （２）设计更合理。除了坝体材料要求的强度较 低之外，梯形ＣＳＧ坝对坝基岩石的要求也不高，因而 增加了坝址选择的灵活性。 （３）施工更合理。梯形ＣＳＧ坝可由简易制料厂 来建造，容许快速施工和拌合系统连续作业。 ・２４・ 对梯形ＣＳＧ坝和混凝土重力坝（设计成一个弹 性体）之间的基本差别进行了总结（表２）。图３示出 了这两种建筑物设计过程的不同。 表２两种设计之间的差别
梯形ＣＳＧ坝 （根据材料强度设计坝体） ［１］研究坝址附近可获得的材料的工程性能 【２】研究适合于材料的设计与施工方法 混凝土重力坝 （根据坝体积最小化设计坝体） 【１］设计坝体（基本上是直角三角形坝体） ［２】确保适合于设计的优质材料 一同
图３研究过程 梯形ＣＳＧ坝工程从研究材料性能及使用这种材 料的ＣＳＧ的性能开始，然后对适合于这些性能的设 计形状进行研究。而混凝土重力坝研究则从设计坝 体形状开始。 图４示出了梯形ＣＳＧ坝标准横断面及其结构组 成。梯形ＣＳＧ坝，将ＣＳＧ用于建造坝体的主要部分， 并将ｔ昆凝土保护层浇注在坝的表面以增加其耐久性； 在上游侧的底部用混凝土浇注廊道、结构混凝土及渗 控系统；坝体底面上的ＣＳＧ则为富灰混合料，以确保 其耐久性。
图４梯形ＣＳＧ坝标准横截面 设计的梯形ＣＳＧ坝其性能就像一个弹性体，因 此，就像混凝土坝的情况一样，泄水系统、廊道等都可 以布置在坝体内，而紧急溢洪道则可以建在坝顶上。 ２ ＣＳＧ及施工方法特点 用推土机摊铺ＣＳＧ料（将水泥、水与材料在无需 如 加 加 ０ 加 吾Ｉ懈 ．
［Ｅｔ本］ Ｔ．藤泽忠彦梯形胶凝砂砾石坝发展史 分类、级配及冲洗的情况下拌合而成）。该方法可以 降低成本，加快施工进度并减少对环境的影响。 ＣＳＧ特性及其使用方法如下所述。 ２．１材料的有效使用 ＣＳＧ原料是像岩石一样的材料，如为了形成基础 而开挖的石料、河床砂砾石、阶地上的泥沙以及风化 岩等，所有这些材料都可以相当容易地获取。只需清 除大石，所以不需要分类拣选、混合及其他级配调整 和冲洗。这就意味着无需像建混凝土坝那样一般需 要建一座较大的骨料加工厂。将水泥、水与ＣＳＧ料 拌合。采用一种连续拌合系统，它比通常使用的拌合 系统更简单（见图５）。
：去除超径料 ： ：拌合 ： ：（必要时轧碎）： …… ｌ一一一一．一一一一．一． 图５ ＣＳＧ料制备过程 ２．２简化施工 ＣＳＧ法像ＲＣＤ法一样，也是使用通用型机械，如 自卸汽车、推土机和振动碾进行分层填筑。 单位水泥含量很低，几乎无渗出，所以无需进行 浇筑层层面凿毛。 此外，除了左右坝肩附近之外，其余部位原则上 无需设置横缝。因此，工作相对较简单，速度也快很 多。 ２．３ ＣＳＧ特性 ＣＳＧ具有弹塑性体的特性，将应力一应变关系曲 线为直线区域（弹性区）的最大值定为ＣＳＧ的强度。 设计保持在这一强度范围内，所以可以将梯形ＣＳＧ 坝作为一个弹性体来处理。 与混凝土不同的是，ＣＳＧ的强度不是其峰值强 度，而是用强度试验获得的应力一应变曲线为线性关 系（弹性区强度）区段的最大值。因此，在强度试验期 间，不仅需要测量应力，而且需要测量变形。 比较了混凝土、ＣＳＧ和石料的应力一应变关系曲 线，发现ＣＳＧ的变形性能在混凝土与石料的变形性 能之间。 ２．４确定ＣＳＧ强度的菱形理论 由于ＣＳＧ既没有加以分类也没有通过级配进行 调整，除了去除超径料（包括轧碎）之外，即使材料是 从同一采料场获取，其级配也会发生变化。因此很难 使其单位含水量保持不变，即使是单位含水量保持恒 定，ＣＳＧ的强度也会发生变化。 采用最粗级配和最细级配的ＣＳＧ料在水泥含量 不变、含水量变化的情况下制备试件，以测试ＣＳＧ的 强度。而单位含水量的范围则是根据单位含水量的 容许范围来选择的，同时考虑了施工期间的可控范 围。图６中的菱形（阴影部分）是根据代表采用的单 位含水量范围的直线和最粗、最细级配料的强度曲线 来设定的。 因奕器 妻篙歪吾能可选的章位含水量范围 充分压实的范围可选的单位舍水量范围 出现和易性、拌合、 压实等问题的范围
单位告水量／（ｋｇ ｍ ） 图６菱形理论 将该“菱形”中的最低强度设定为ＣＳＧ的强度。 采用最粗级配和最细级配之间的ＣＳＧ料制成的 ＣＳＧ，其强度是根据上述过程和图６中所述的方法确 定的，可以确保一个大于确定的ＣＳＧ强度值。这便 为确定ＣＳＧ强度的“菱形”理论。 ２．５ ＣＳＧ施工 ＣＳＧ填筑步骤一般是：每个填筑层厚７５ ｃｍ，用 推土机分３层（每层２５ ｃｍ厚）摊铺和找平，然后根据 规定的次数用１ １ ｔ重的振动碾压机进行压实（振捣用 两台碾压机进行）。 ＣＳＧ的摊铺／找平以及碾压压实均由安装在推土 机和振动碾上的ＧＰＳ设备控制。 当别坝ＣＳＧ填筑过程是：先在填筑面上喷水雾， 在碾压后的表面上盖上一层防水帆布以防干燥。 ３未来展望 到目前为止，已经建成了３座全比尺梯形ＣＳＧ 坝。通过对这些坝的材料试验、设计、施工和质量控 制，已经引人了许多创新技术，并获得了很多知识。 在日本，已经规划兴建大型梯形ＣＳＧ坝，所以将获得 更多的经验来改进此类建筑物的设计、施工及质量控 制。 余林译自英刊《水电与大坝））２ｏ１２年第３期 山松校 ・２５・ 度 蛾 鬻瞽 糖 ＃邑＼
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胶凝砂砾石坝结构设计研究
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。
胶凝砂砾石与砂砾石联合坝强度分析
龙源期刊网
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） 龙源期刊网
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。
胶凝砂砾石坝稳定及应力分析
胶凝砂砾石坝稳定及应力分析
郭戎
【摘 要】本文以翁吟河水生态拦水堰工程胶凝砂砾石坝为研究对象,采用刚体极限平衡法和材料力学法对胶凝砂砾石材料坝进行稳定及应力计算,供同类工程参考.
【期刊名称】《中国水能及电气化》
【年(卷),期】2017(000)005
【总页数】4页(P60-63)
【关键词】胶凝砂砾石坝;稳定;应力;分析
【作 者】郭戎
【作者单位】黔南州水利水电勘测设计院,贵州 黔南 558000
【正文语种】中 文
【中图分类】TV64
胶凝砂砾石坝与土石坝、重力坝不同，这种坝型核心技术为：在天然砂石料中加入适量水泥直接用于筑坝。这种坝型安全性高，坝基适应性强，可取消温控措施，施工迅速。国内多位水利专家在推广这项筑坝技术。目前国内已有大坝工程和临时围堰工程在应用此项筑坝技术。本文以贵州省惠水县翁吟河水生态拦水堰工程枢纽胶凝砂砾石坝为研究对象进行稳定和应力分析。
翁吟河水生态拦水堰工程坝址以上集水面积339km2，多年平均径流总量21628万m3，多年平均流量6.64 m3/s。水库校核洪水位971.784m，总库容214万m3，工程等别为Ⅳ等，工程规模为小(1)型。水库正常蓄水位967m，相应库容55.3万m3，死水位与正常蓄水位相同。
经专家论证批复，翁吟河水生态拦水堰工程坝型选择为胶凝砂砾石坝，其首部枢纽由胶凝砂砾石坝、坝顶开敞式溢洪道、底流消能建筑物、右岸放空建筑物组成。坝顶轴线总长249.98m，坝顶宽5m，坝顶高程972.6m，坝轴线方位角为N98.0°E。
左、右岸非溢流坝段基本坝型为胶凝砂砾石坝，坝轴线采用直线布置，左岸长138.5m，右岸长55.48m，方位角为N98.0°E，河床建基面高程958m，坝顶高程972.6m，最大坝高14.6m，坝顶宽5m，最大坝底宽度为22.52m。大坝上、下游坝坡均为1∶0.6，上、下游坝面浇筑一层厚0.5m钢筋混凝土防渗(保护)面板，大坝基本断面为等腰梯形。
胶凝砂砾石
胶凝砂砾石
摘要：在水库堤坝建设中，胶凝砂砾石堤坝作为重要的堤坝施工技术，在实际应用中取得了积极效果，胶凝砂砾石堤坝与其他的堤坝施工技术相比，具有材料特殊、施工效率高、施工成本低，以及材料稳定性强等优势，在堤坝建设中具有一定的代表性。深入了解胶凝砂砾石堤坝施工技术和方法，对做好堤坝建设和推动堤坝建设的升级具有重要作用。因此，我们应当根据胶凝砂砾石堤坝建设特点，深入探讨胶凝砂砾石堤坝建设技术的优势及其具体应用，总结其技术优势，为水库堤坝建设提供有效的技术支持。
关键词：胶凝砂砾石CSG坝； 研究； 技术进展
引言
从目前水库堤坝建设来看，胶凝砂砾石堤坝施工技术作为重要的施工工艺，在水库施工中得到了有效应用，采用胶凝砂砾石堤坝施工技术，不但提高了堤坝的结构强度，同时还实现了对堤坝结构的优化，使堤坝在建设过程中能够满足质量要求，提高堤坝的建设效果，确保堤坝在建设中能够在结构稳定性、结构强度和结构完整度方面达标，避免堤坝因施工技术不足影响堤坝的施工质量。因此，深入分析胶凝砂砾石堤坝建设技术，并将其应用在水库施工中，对提高堤坝建设效果具有重要作用。
一、工程概述
大华桥水电站位于云南省怒江州兰坪县兔峨乡境内的澜沧江干流上，是澜沧江上游河段规划推荐开发方案的第六级电站，上、下游梯级分别为黄登和苗尾水电站。大华桥水电站装机容量920MW，水电站枢纽为大（2）型二等工程，枢纽水工建筑物由胶凝砂砾石重力坝、水道系统和地下厂房等组成。混凝土重力坝最大坝高106.0m。为了节约投资，工程除设置上下游临时土石围堰外，坝址上游设置胶凝砂砾石（CSG）过水围堰工程，围堰设计挡水标准采用10.16～次年5.31枯水时段10年一遇设计洪水，相应洪峰流量为2060m3/s，围堰设计挡水位1424.6m，堰顶高程为1426.0m，最大堰高为49.0m，堰顶轴线长约113.0m，堰顶宽7.0m。上游过水围堰胶凝砂砾石（CSG）工程量约12万m3，骨料选用级配连续的天然砂砾石料，最大粒径不大于250mm、胶凝材料选择42.5级普通硅酸盐水泥。胶凝砂砾石材料压实后密度＞2200kg/m3，堰体胶凝砂砾石的28天龄期80％保证率的强度等级为C3.5，变态胶凝砂砾石的28天龄期80％保证率的强度等级为C3.5，抗渗等级W5。
胶凝砂砾石材料本构模型研究
第３３卷第５期 ２０１２年１０月 华北水利水 电学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏａｈ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．５ ０ｃｔ．２Ｏ１２
文章编号：１００２—５６３４（２０１２ Ｊ０５—００１３一Ｏ３
胶凝砂砾石材料本构模型研究
孙明权，刘运红，陈姣姣，柴启辉
（华北水利水电学院，河南郑州４５００１１）
摘要：胶凝砂砾石材料是一种低强度的筑坝新型材料．在分析胶凝砂砾石材料三轴试验数据的基础上，得 出胶凝砂砾石材料的初始切线弹性模量、残余强度和峰值强度与围压的关系，从而建立了包含６个参数的非 线性软化本构模型．将建立的本构模型计算所得的理论曲线与三轴试验数据进行对比，吻合情况良好，说明 该模型能够较好地反映胶凝砂砾石材料的应力一应变特征，可以为胶凝砂砾石坝的非线性分析提供依据． 关键词：胶凝砂砾石材料；应力一应变特征；本构模型；软化
近年来出现了一种新坝型——胶凝砂砾石坝，
它是在碾压混凝土坝和堆石坝的基础上提出并发展 起来的 ，使用的是一种新的筑坝材料——胶凝
砂砾石材料．胶凝砂砾石材料是一种复杂的新型材 料，其特性受胶凝材料用量、围压、含砂率、水灰比及
骨料级配等许多因素影响，材料具有明显的非线性 软化特征，采用线弹性或土石料的邓肯一张本构关
系已不能准确地描述该材料的应力一应变特性 ． 笔者结合大量三轴试验数据，通过数据分析建立了
一种简易的胶凝砂砾石材料的应变软化模型．
１ 胶凝砂砾石材料应力一应变特征
根据对不同胶凝含量、不同围压下的胶凝砂砾 石材料的应力一应变曲线 分析可知，当胶凝材料
含量在３０～８０ ｋｇ／ｍ 时胶凝砂砾石材料特性可以
表现为以下几点：①胶凝砂砾石材料是一种典型的 弹塑性材料 ，具有弹性区和塑性区；②胶凝含量
相同时，围压越大，胶凝砂砾石材料的应力峰值越 高，峰值应变越滞后，残余强度也越大；③围压相同 时，胶凝含量越大，胶凝砂砾石材料的应力峰值越
胶凝砂砾石围堰施工关键技术研究
胶凝砂砾石围堰施工关键技术研究
摘要：以景德镇水利枢纽工程为例，从经济断面优化、配合比设计及施工工艺研究等方面对胶凝砂砾石围堰施工关键技术进行研究，并对技术要点进行分析总结，成功应用于生产实践，不仅具有显著的经济效益和环境效益，而且具有广阔的推广应用前景。
关键词：胶凝砂砾石；围堰；关键技术
景德镇水利枢纽工程属昌江干流梯级开发的第3级，是一座以水生态景观为主，兼顾航运、发电等综合利用的水利枢纽工程。主要由左岸溢流坝段、泄水闸坝、冲沙闸、发电厂房和鱼道等建筑物组成，不承担防洪任务，对洪水无调节，洪水期闸坝开启泄流。工程施工采用分期导流方案，分两年施工。一期枯水围堰围右坝段1.5孔泄水闸、冲砂闸和发电厂房；厂房全年围堰围右坝段冲砂闸和发电厂房；二期枯水围堰围左坝段3孔泄水闸、船闸和左岸非溢流坝段。厂房全年围堰及二期枯水围堰的纵向导墙在一期枯水围堰的围护下施工完成。
原设计方案为混凝土围堰导墙，混凝土浇筑工程量大，工期较为紧张。同时工程在景德镇市区，受环保要求等影响，无法自建搅拌系统，所有混凝土均需采用商混，而近几年随着地材价格的持续上涨，商品混凝土单价居高不下，混凝土围堰导墙造价较高。本着“宜材适构、宜构适材”的理念，为充分利用施工现场开挖出来的砂砾料，因此结合工程实际对胶凝砂砾石围堰施工技术进行持续深入的研究。
1 围堰的经济断面优化
国内已完建的胶凝砂砾石围堰项目，围堰坡比一般为1：0.5～1：0.75，一是断面较为肥大而不经济，二是也不利于基坑开挖施工。结合工程坝址区域岩体的地质基础参数和胶凝砂砾石的主要力学参数，对围堰进行经济断面优化。
主要有初拟参数→受力计算→成果分析→得出最优断面4个流程。 首先，根据国内完建的类似项目，初拟设计参数，进行验证计算，再调整各项参数重复计算，在保证满足要求的情况下逐步减小参数。
其次，在围堰不同部位计算选取了四个断面，分别计算其最危险工况下的基本荷载组合及特殊荷载组合，计算断面导流工况及度汛工况。
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
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］。现行的《胶结颗粒料筑坝技术导则》［10］（SL678－2014）也仅仅给出上下游坝坡比的最小参考值，即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。影响坝坡比选择的因素包括坝基地质条件、坝体作用荷载，以及坝体材料强度等。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研究。
胶凝砂砾石(CSG)坝研究与技术进展
２０１５年第９期 东北水利水电 专题研究
【文章编号】１００２一ｏ６２４（２Ｏ１５）Ｏ４一ｏ０６７一ｏ４
胶凝砂砾石（ｃｓｃ）坝研究与技术进展
房晨
（吐鲁番地区阿拉沟水库建设管理局，新疆吐鲁番８３８０００）
［摘要】胶凝砂砾石（ＣＳＧ）坝是在碾压混凝土坝和面板堆石坝的基础上发展起来的。文章通 过国内外ＣＳＧ材料筑坝实践和研究现状，归纳分析了ＣＳＧ坝的特点及大力开展ＣＧＳ材料、 本构模型、工程设计、施工工艺及质量控制研究和实践的必要性。 ［关键词】ＣＳＧ材料；ＣＳＧ坝；特点；发展 ［中图分类号】ＴＶ６４９ ［文献标识码】Ｂ
１胶凝砂砾石（ＣＳＧ）坝的提出与发展
胶凝砂砾石坝是在碾压混凝土坝和面板堆石
坝的基础上发展起来的【ｌ】。２０世纪６０年代，受到土
石坝施工方法的启发，开始研究和试建碾压式混
凝土坝，１９６０年首先在中国台湾省内修建石门土 石坝的围堰心墙中试用，随即在意大利北部修建
了高１７２ ｍ阿勒波热拉力坝。２０世纪７Ｏ年代，
Ｒａｐｈａｅｌ等学者提出了碾压混凝土筑坝技术，使常
规混凝土筑坝有了新的发展，先后建设了日本的
岛地川碾压混凝土重力坝（创立了ｔＬＣＤ工法）、美
国的柳溪重力坝、中国的福建坑口坝。加拿大、英
国、巴基斯坦和巴西等国相继在筑坝、围堰、修复
加固工程上开展了研究和实践，取得了初步的经
验阁。混凝土面板堆石坝发源于美国，以抛填堆石
为主体，以木面板、钢面板等防渗嘲。１９５８年英国库
契坝首次引入振动碾压坝体堆石。随后在６０年代
以后，大型振动碾的出现，并且采用改进的薄层振
动碾压技术，使得堆石坝的压缩性大大减小，解决
了防渗面板不能适应较大沉降变形的难题【３】。
Ｔ．Ｍ拉斐尔于１９７０年提出了一种筑坝新材
料【．】——胶凝砂砾石，建议使用ＣＳＧ材料筑坝并
用高效率的土石方运输机械和压实机械进行施
工，其优点：１）材料抗剪强度高，可缩小坝体断面；
２）类似于土石坝的施工方法可缩短施工时间和减
胶凝砂砾石坝设计理论探讨
第ｌ７卷第１Ｏ期
２０１１年１Ｏ月 水利科技与经济
Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｖ０１．１７ Ｎｏ．１０
０ｃｔ．．２０１１
胶凝砂砾石坝设计理论探讨
张化强 ，张防修
（１．中国港湾工程有限责任公司，北京１０００２７；２．黄河水利科学研究院，郑州２５０００３）
［摘要］胶凝砂砾石筑坝就是将土石坝和混凝土重力坝综合的一种新坝型，通过材料特性、
断面设计、稳定计算、防渗结构和溢洪结构等几个方面，对胶凝砂砾石坝这一新坝型的设计进
行了探讨。
［关键词］胶凝砂砾石坝；材料特性；稳定；防渗；溢洪
［中图分类号］ＴＶ６４ ［文献标识码］ Ｂ ［文章编号］ １００６—７１７５（２０１１）１０—００３７—０２
１９７０年，Ｊ．Ｍ拉斐尔（Ｊｅｒｏｍｅ Ｒａｆａｅ１）提出了“最优重
力坝”理论，提出了一种筑坝新材料——胶凝砂砾石（ｅｅ—
ｍｅｎｔ ｓａｎｄ ａｎｄ ｇｒａｖｅ１）。法国的隆德（Ｐ．Ｌｏｎｄｅ）于１９８８年
提出用碾压硬填方的施工方法修建上下游坝坡均为１：０．７
的对称断面坝，上游面设防水面板防渗，称之为硬填方面
板坝，也称为胶凝砂砾石坝。
按照“最优重力坝”理论，做到坝体和防渗结构各负 其责：坝体的主要功能是满足大坝应力与稳定的要求，而
不必考虑坝体混凝土的抗渗能力，在坝体某个部位设防
渗结构来满足大坝的防渗。此种功效正如动植物的皮肤
与内部器官结构与功能分开是一个道理，这无疑是最合
理的、符合大自然规律的正确选择。胶凝砂砾石筑坝就
是将土石坝和混凝土重力坝综合的一种新坝型，此种筑
坝技术将土石坝与混凝土重力坝两种筑坝技术的交叉和
优点集合。胶凝砂砾石坝对基础地质等条件的要求，比
常态混凝土坝和富胶凝材料碾压混凝土坝宽松很多，坝
体断面又比土石坝断面小很多。
１设计基本理论
胶凝砂砾石筑坝设计理论现在仍以重力坝和ＲＣＣ坝
胶凝砂砾石坝材料特性研究及工程应用
胶凝砂砾石坝材料特性研究及工程应用
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）”。
1.2应力分布
胶凝砂砾石性能与混凝土类似，目前胶凝砂砾石坝也借鉴传统混凝土重力坝设计准则进行设计。但因坝体断面不同，胶凝砂砾石坝与传统重力坝的应力分布存在根本性区别。 传统重力坝设计一般在抗倾覆稳定和抗滑稳定的前提下以坝体体积最小为目标，然后探讨坝体内部应力安全，最后确定坝体材料的设计强度。因此，传统重力坝最优断面是上游面垂直（或接近垂直），下游面坡比接近0.8：1（H:V）的三角形断面，传统混凝土重力坝应力分布随满库和空库变化很大，满库时最大压应力位于下游坝趾区；空库时位于坝踵区，满库时上游坝踵区可能出现拉应力。此外，传统断面的混凝土重力坝对于建基面的抗剪摩擦系数要求相当高，因此需要比较好的坝体基础条件。