《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》之膠凝砂礫石筑壩技術(shù)要點解讀

鄭昌壩

(福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建　永安　366000)

?

《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》之膠凝砂礫石筑壩技術(shù)要點解讀

鄭昌壩

(福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建永安366000)

2014年3月28日由水利部頒布的SL678—2014《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》(簡稱《導(dǎo)則》)，對我國目前正積極發(fā)展的膠凝砂礫石筑壩(堰)的技術(shù)指導(dǎo)提供規(guī)范性文件，必將對我國新型筑壩技術(shù)的發(fā)展和推廣提供助力。就《導(dǎo)則》中有關(guān)膠凝砂礫石筑壩(堰)的一些要點如內(nèi)容概括及總則說明、相關(guān)術(shù)語、材料規(guī)定、膠凝砂礫石壩壩體設(shè)計、膠凝砂礫石壩施工、膠凝砂礫石壩質(zhì)量控制等方面進(jìn)行解讀。

膠結(jié)顆粒料；膠凝砂礫石壩；導(dǎo)則；要點解讀

1　問題的提出

膠凝砂礫石(CementSandandGravel，簡稱CSG)[1-6]與碾壓混凝土同源，是J.M.拉斐爾(J.M.Raphael)于1970 年在美國加州召開的“混凝土快速施工會議”上首先提出的，他在“最優(yōu)重力壩”的論文中建議使用膠凝的砂礫材料筑壩，用高效率的土石方運輸機械和壓實機械施工。近10a來，膠凝砂礫石筑壩技術(shù)在國內(nèi)外有了較大的發(fā)展，膠凝砂礫石也稱貧膠渣礫料碾壓混凝土，或稱貧膠粗粒料、超貧膠結(jié)材料、硬填料等。膠凝砂礫石筑壩技術(shù)與堆石混凝土筑壩技術(shù)等在國內(nèi)合稱膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)，并得到了國際壩工界相關(guān)人士的認(rèn)可。

膠凝砂礫石筑壩技術(shù)是在碾壓混凝土筑壩技術(shù)和面板堆石筑壩技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型筑壩技術(shù)，采用添加了少量膠凝材料的砂礫石料(包括砂、石碴、礫石等)筑壩，使用高效率的土石方運輸機械和壓實機械施工，使砂礫石料從散粒體變成連續(xù)剛性體[1]。膠凝砂礫石筑壩技術(shù)具有安全可靠、施工速度快、工藝簡單、經(jīng)濟性好、減少環(huán)境破壞等優(yōu)點，可以應(yīng)用在中小型水庫的大壩工程、堤防工程、圍堰工程，以及中小型病險水庫除險加固工程等領(lǐng)域，在我國有較廣的推廣意義。

2012年5月9日水利部印發(fā)辦水總[2012]140號文件，即關(guān)于征求《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則(征求意見稿)》意見的函，同月23日，《膠結(jié)顆粒料技術(shù)導(dǎo)則(征求意見稿)》在中國水利水電勘測設(shè)計網(wǎng)(www.giwp.org.cn)上頒布。雖然膠凝砂礫石壩已在我國水利水電工程中得到了初步應(yīng)用，并取得了一些實質(zhì)性的工程進(jìn)展，例如福建街面水電站下游圍堰、福建洪口水電站上游圍堰、山西守口堡水電站(在建)等，但由于缺乏該筑壩新技術(shù)的行業(yè)性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推廣應(yīng)用受到了限制，為此，特制定本《導(dǎo)則》[7]。下面就《導(dǎo)則》的要點做簡要解讀。

2　《導(dǎo)則》要點解讀

2.1《導(dǎo)則》內(nèi)容概括及總則說明

《導(dǎo)則》規(guī)定了膠結(jié)顆粒料筑壩的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、安全監(jiān)測、施工方式以及質(zhì)量控制等內(nèi)容，共有 7 章和 3 個 附錄。主要包括原材料、壩體材料性能、大壩設(shè)計、大壩施工、大壩質(zhì)量控制與檢測幾個方面內(nèi)容。本導(dǎo)則適用于中小型水利水電工程，壩高超過50m的壩應(yīng)進(jìn)行專題研究論證。

2.2《導(dǎo)則》中相關(guān)術(shù)語

膠凝砂礫石CSG是指利用膠凝材料和砂礫石料，經(jīng)拌和、攤鋪、振動碾壓形成的具有一定強度的材料。CSG的概念首先在1970年由美國拉斐爾提出，后經(jīng)法國、日本等國的學(xué)者進(jìn)一步完善而得。

2.3《導(dǎo)則》中材料規(guī)定

2.3.1顆粒粒徑規(guī)定

砂礫石準(zhǔn)備中僅需剔除或破碎超徑骨料，原則上不需分級篩分或水洗。砂礫石的最大粒徑應(yīng)按拌和工藝及碾壓工藝確定，一般不宜超過150mm。

國內(nèi)外已建工程經(jīng)驗表明，顆粒粒徑過大容易導(dǎo)致膠凝砂礫石產(chǎn)生嚴(yán)重的分離，因此，為保證施工質(zhì)量，特別是永久工程的安全保障，最大骨料粒徑一般不宜超過150mm，臨時工程可適當(dāng)放寬。國內(nèi)外已建CSG工程顆粒料粒徑見表1[5]。

表1　國內(nèi)外已建CSG工程顆粒粒徑表

注：表中上標(biāo)①表示50kg/m3水泥+20kg/m3粉煤灰。

2.3.2膠凝材料規(guī)定

凡符合國家標(biāo)準(zhǔn)的GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》、GB200—2003《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》均可以用于膠結(jié)顆粒料筑壩，即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥，以及中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥。已建工程表明膠凝材料用量不宜低于80kg/m3(折算為：普通硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥P.S.A型、礦渣硅酸鹽水泥P.S.B型最低水泥用量分別為40，55，65，65，80～100kg/m3)，其中水泥熟料用量不宜低于32kg/m3。表1所示國內(nèi)外已建CSG工程的水泥最低含量均符合《導(dǎo)則》規(guī)定要求。

2.3.3配合比有關(guān)規(guī)定

確定配合比控制范圍。配合比控制范圍中平均級配膠凝砂礫石強度最小值應(yīng)滿足配制強度要求。由于實際CSG工程施工中，砂礫石料不清洗，級配不篩分，骨料的含水率和級配分布廣，因此無法固定用水量。從而無法體現(xiàn)了級配、用水量和強度的點對應(yīng)關(guān)系，即無法獲得“固定”的最大的混凝土強度。工程實際所采用的配合比必須經(jīng)過現(xiàn)場勘探和取樣試驗，并經(jīng)試驗結(jié)果得到配合比關(guān)系。4個國內(nèi)相關(guān)膠凝砂礫石工程配合比匯總見表2[6]。

表2　4個國內(nèi)相關(guān)膠凝砂礫石工程配合比表　kg

2.3.4膠凝砂礫石強度規(guī)定

膠凝砂礫石抗壓強度標(biāo)號應(yīng)按180d齡期150mm立方體極限抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值確定，共分為4 級，即C1804、C1806、C1808、C18010。為消除超粒徑和濕篩的影響，實際測定可以采用邊長450mm×300mm×200mm的立方體試件，測定結(jié)果換算成150mm的試件?？箟簭姸瓤梢杂肅4，C6，C8，C10等符號來表示。日本長島水庫上游的攔沙壩CSG的抗壓強度在2～10MPa，福建街面水電站下游量水堰CSG的抗壓強度為C1807.5。

2.4膠凝砂礫石壩壩體設(shè)計

膠結(jié)顆粒料是具有一定強度的膠結(jié)材料，壩體溢流段可布置在河床壩段。由于膠凝材料的膠結(jié)作用，膠凝砂礫石具有一定的抗沖刷能力，壩頂過水也不至于潰壩，所以允許在壩身設(shè)置溢洪道等泄水建筑物。福建洪口水電站上游主圍堰建成2個月后，遭遇近50a一遇洪水，洪峰流量約5 500m3/s，堰頂過水最高達(dá)8m，過水歷時約2d，圍堰主體安然無恙，表明膠凝砂礫石筑壩技術(shù)在質(zhì)量上是可控的。

膠結(jié)顆粒料壩非溢流壩段基本斷面呈梯形。其中，膠凝砂礫石壩上游壩坡宜緩于1∶0.3，下游壩坡宜緩于1∶0.5。已建膠凝砂礫石圍堰工程上游坡采1∶0.3～1∶1.2，下游壩坡采用1∶0.4～1∶1.2，綜合坡比大于0.8。已建膠凝砂礫石壩工程一般采用上下游等坡比的對稱梯形斷面，坡比為1∶0.5～1∶0.8，綜合坡比大于1.0。梯形斷面，可充分利用上游水重，大大增加了壩體穩(wěn)定性，改善了壩體應(yīng)力分布狀態(tài)，其應(yīng)力分布比混凝土重力壩優(yōu)越很多，沒有拉應(yīng)力產(chǎn)生，并且壓應(yīng)力在各種水位作用下分布比較均勻。

膠凝砂礫石壩不宜設(shè)置縱縫，一般不設(shè)橫縫或根據(jù)需要設(shè)置。由于膠凝砂礫石水泥用量少，絕熱溫升低，一般不需進(jìn)行溫控。膠凝砂礫石采用大面積攤鋪碾壓的施工方式，一般不設(shè)縱縫。橫縫在條件允許時可不設(shè)或盡量減少設(shè)橫縫，以滿足快速施工的要求。

膠凝砂礫石壩上下游面水下部分宜設(shè)置防滲層，防滲應(yīng)注意以下幾個要求：①防滲層材料抗?jié)B等級：H<30m時，≥W4；30m≤H<70m時，≥W6；②混凝土防滲面板，頂部最小厚度不小于0.3m，宜配置溫度鋼筋，并做好分縫處理；③壩面保護層可依據(jù)工程實際、施工條件等采用常態(tài)混凝土、碾壓混凝土、加漿振搗膠凝砂礫石或富漿膠凝砂礫石等；④壩面保護層應(yīng)設(shè)置橫縫，橫縫間距一般為15～20m。

2.5膠凝砂礫石壩施工

2.5.1拌和設(shè)備和拌合工藝

膠凝砂礫石拌和是膠凝砂礫石施工技術(shù)的重點研究內(nèi)容。膠凝砂礫石材料拌合的質(zhì)量和強度是保障膠凝砂礫石性能穩(wěn)定、保障施工速度的控制性因素之一。

目前主要有間歇式拌和站、MYBOX拌和站、挖裝機械拌和、雙臥軸強制連續(xù)式攪拌機等方式。間歇式拌和站和MYBOX拌和站一般用于拌合粒徑小于150mm的顆粒料，臨時工程多采用裝載機、反鏟挖掘機等設(shè)備進(jìn)行拌合。在洪口上游圍堰、沙沱左岸下游圍堰中，均采用了PC300 反鏟挖掘機進(jìn)行膠凝砂礫料拌和。

2.5.2碾壓厚度及碾壓遍數(shù)

碾壓厚度及碾壓遍數(shù)應(yīng)經(jīng)現(xiàn)場碾壓生產(chǎn)性試驗確定。碾壓厚度應(yīng)不小于最大石料粒徑的2～3 倍。碾壓層厚和碾壓遍數(shù)需通過現(xiàn)場碾壓施工工藝的試驗確定。碾壓采用振動碾，碾壓工藝參數(shù)主要根據(jù)振動碾的激振力和振幅進(jìn)行初選。

日本長島攔砂壩在施工前進(jìn)行了現(xiàn)場碾壓試驗，采用SD-451型振動碾，碾壓層厚分別為50，75，100cm，分別振動碾壓6，8，10遍，沉降量基本收斂。在長島攔砂壩的實際施工中，采用的攤鋪厚度為54cm(27cm×2)，碾壓層厚為50cm，碾壓采用靜壓2 遍、振動碾壓6 遍和靜壓2 遍。日本Tobetsu壩采用用SD-451型振動碾機械，鋪攤采用28t推土機，鋪攤厚度為75cm(25cm×3)，碾壓采用無振碾壓2遍，有振碾壓6遍。

2.5.3雨季施工和養(yǎng)護

小雨時，可采取措施繼續(xù)施工；出現(xiàn)中雨時，應(yīng)停止拌和，迅速完成尚在進(jìn)行的卸料、平倉和碾壓作業(yè)，并對倉面采取防雨保護和排水措施。施工過程中，倉面應(yīng)保持濕潤。光照強烈或大風(fēng)干燥時，應(yīng)進(jìn)行噴灑細(xì)水霧進(jìn)行表面水分補償或蓬布覆蓋，保持表面不發(fā)白。溫度較低時，可用養(yǎng)護墊子覆蓋，防止膠凝砂礫石凍結(jié)。

2.6膠凝砂礫石壩質(zhì)量控制

膠凝顆粒料質(zhì)量控制的過程是通過對膠凝顆粒料生產(chǎn)和施工各工序的質(zhì)量檢測，按要求進(jìn)行有效的控制，以保證膠凝顆粒料的施工質(zhì)量。膠凝砂礫石壩在施工過程中應(yīng)由專職人員進(jìn)行質(zhì)量檢測和質(zhì)量控制，以保障原材料、配合比、施工各主要環(huán)節(jié)及施工后養(yǎng)護的質(zhì)量。

3　結(jié)　語

膠凝砂礫石壩是一種新型重力壩,強調(diào)“宜材適構(gòu)”,是隨著日益重視的環(huán)保要求及現(xiàn)代壩工技術(shù)追求建設(shè)經(jīng)濟、施工高效率而發(fā)展起來的,具有安全性高、經(jīng)濟環(huán)保、施工快速等優(yōu)點而出現(xiàn)的[6]。膠結(jié)顆粒料壩的代表膠凝砂礫石壩在我國水利水電工程中得到一定的應(yīng)用，并取得一些實質(zhì)性的工程進(jìn)展，特別是砂礫石堰，但由于缺少該類筑壩新技術(shù)的行業(yè)性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，新技術(shù)的推廣缺乏動力。隨著國內(nèi)外已建工程實例的增多和研究的深入，膠凝砂礫石筑壩技術(shù)有了較為明確的設(shè)計理念和施工工藝。為此水利部主持制定了本《導(dǎo)則》，以期進(jìn)一步推廣此新型筑壩技術(shù)。

[1]柴啟輝．膠凝砂礫石壩材料力學(xué)性能試驗及施工工藝初步探討[D].鄭州：華北水利水電學(xué)院,2012.

[2]劉學(xué)章,李憲.膠凝砂礫石壩特點及國外已建工程簡介[J].廣西水利水電,2011(3):75-78.

[3]P.J.梅森,趙秋云.帶面板的對稱硬填料壩的設(shè)計與施工[J].水利水電快報,2009 (2):27-29.

[4]尹蕾.《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》亮點解讀與思考[J].水利水電技術(shù),2012(7):5-9.

[5]陳振華,林勝柱,魏建忠,等.膠凝砂礫石筑壩技術(shù)新進(jìn)展[J].水利科技,2011(4):29-32.

[6]李晶.膠凝砂礫石壩與常規(guī)重力壩最優(yōu)斷面的研究[D].北京：中國水利水電科學(xué)研究院,2013.

(責(zé)任編輯姚小槐)

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

鄭昌壩(1982-)，男，碩士研究生，講師，主要從事水利工程結(jié)構(gòu)、力學(xué)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