十二胶凝砂砾石筑坝技术

外，还有 39m 高的 Okukubi 坝、64m 高的 Hommoyogawa 坝等。
希腊修建了两座胶凝砂砾石坝，分别为 1993 年竣工的 Mararhia 坝和 1997 年竣工的 Ano Mera
坝，这两座坝均建在 Myconos 岛上。两座坝体均选用梯形断面并在上游面做防渗处理，碾压层
在 200mm~300mm 之间。筑坝材料主要来源于河床和坝址，经过粉碎、筛选和分堆，骨料的最
316
2 选择本专题进行调研的原因、必要性及意义
2.1 胶凝砂砾石筑坝技术的发展沿革和工程应用情况
胶凝砂砾石是 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砂砾石材料筑坝，用高效率的土石方 运输机械和压实机械施工。由于水泥的稳固作用增大了材料的抗剪强度，从而可以缩小坝体断面； 因使用类似于土石坝施工的连续方法，缩短了施工时间，从而可以减少施工费用。在天然级配的 土石料中掺加少量水泥，使砂砾石料从散粒体变成连续体，由此产生的胶凝砂砾石有很多优点： ①水泥用量低，则水化热温升低，施工不存在温控问题；②对骨料要求低，可以就地取材，直接 利用坝址河床开挖出来的砂卵石及枢纽建筑物开挖丢弃的砂砾石、石渣等；③对骨料要求降低， 使得材料的造价大大降低；④胶凝砂砾石的使用，减轻了水利枢纽工程的施工对周围环境（尤其 是植被）的破坏程度。
1.2.3 其他 ICOLD Bulletin 126: Roller-compacted concrete dams - State of the art and case histories Newsletter of Japan Commission on Dams Newsletter of ACI Concrete Knowledge 相关课题研究报告 硕士、博士学位论文等
由于胶凝砂砾石坝结合了碾压混凝土坝和混凝土面板堆石坝的优点，具有较好的地基适应性 和较高的安全性，近年来在国外已得到一定程度的应用，其中以日本居多，特别是在围堰中。表 1 中列出了日本采用 CSG 工法施工的围堰工程实例。
317
工程名称
长岛水库二期截流 忠别水库二期截流 久妇须河水库二期截流 擢上河水库导流挡土墙 德山水库一期截流
土石坝，长分别为 140m 和 220m；中部 270m 长的部位为胶凝砂砾石坝，其上下游坝坡为 1：0.7，
碾压层厚 30cm，每 15m 设置一条收缩缝，不处理冷缝。上游面用常规混凝土防渗面板，面板厚
30cm。该坝的胶凝材料含量为 80kg/m3，容重为 2280 kg/m3，水灰比为 1.7；90d 龄期设计强度为
随着大坝与环境的关系引起越来越多人的关注，现代坝工技术日益追求施工高效率、建设低 成本以及对自然生态环境影响小。施工速度快、与环境友好且工程造价低的坝工技术将成为未来 的发展趋势。为此重新审视 J.M.拉斐尔 1970 年提出的胶凝砂砾石筑坝材料就显必要。由于胶凝 砂砾石的骨料未经仔细筛分，水泥用量又低，一般强度较低且离散程度高，使得胶凝砂砾石材料 在坝工上的适用性受到了质疑。为此，法国的隆德（P.Londe）在 1988 年提出用碾压硬填方的施 工方法将胶凝砂砾石碾压填筑成上下游等坡（0.7H/1V）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。1992 年，隆德再次对该坝型进行阐述，认为放宽 对碾压混凝土性能和技术的要求只求获得一种“硬填方”而不是有较高强度的混凝土，总造价会降 低且具有较高的安全度。最近，日本建设了多座胶凝砂砾石坝，将胶凝材料和水添加到河床砂砾 石和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，采用堆石坝 施工技术进行碾压施工。这种新坝型充分利用了施工过程中产生的弃料，减小了对周围环境的影 响。由于胶凝砂砾石坝对筑坝材料、施工工艺以及坝基要求降低，大坝施工基本实现零弃料，凸 显了在适应环境、减轻环境破坏方面所具有的优势，已开始得到国际坝工界的重视。
法国的圣马丁德隆莱斯坝（25m。
目前世界上已建最高的胶凝砂砾石坝是土耳其的 Cindere 坝，筑坝的目的主要是用来灌溉和
发电。当地的气候条件相当复杂，冬季寒冷多雨雪，夏季高温干燥。坝体采用对称的梯形结构，
只在上游面设置防渗面板和排水系统，坝体内部不做任何处理。上游的防渗面板是混凝土面板加
（４）由于砂砾石被胶结成为整体，即使部分孔隙中的散状岩屑、细粒土被渗透水流带走， 坝体也不会产生显著沉降，坝体渗透变形小；而坝体的透水性较强，坝体排水较通畅，坝体渗透 稳定性好。
9MPa；设计压实度为 97.5%；骨料分成 4 个等级：0~4.76mm 占 25%，4.76~19mm 占 15%，19~38mm
占 20%，38~76mm 占 40%。
菲律宾在 2004 年初修建 40m 高的 Can-Asujan 胶凝砂砾石坝。实践证明，即便在地震应力作
用下，基础应力也不会超过 0.5MPa。
德山水库临时护岸 泷泽水库临时渠道
坝高 （m）
15 4 12 21 14.5
7 9
表 1 日本 CSG 工程实例
坝顶长 坝体体积
度（m） （m3）
87
30,000
60
2,500
88
13,650
120 14,500
140 44,000
446 15,000 913 116,000
骨料
河床砂砾石 河床砂砾石 河床砂砾石
我国相关单位和学者对胶凝砂砾石材料及筑坝技术的研究始于 20 世纪 90 年代中期，对胶凝 砂砾石材料特性、坝体结构特性等开展了系列研究。基于中国水利水电科学研究院贾金生等人承 担的 2004 年水利部“948”计划技术创新与技术推广转化项目“胶凝砂砾石坝筑坝材料特性及其对 面板防渗体影响的研究”的相关成果，2004 年 12 月，我国第一座胶凝砂砾石围堰——福建街面 水电站下游围堰建成挡水。之后陆续建成了福建洪口水电站上游围堰、云南功果桥水电站大坝上 游围堰和乌江沙坨水电站左岸大坝二期下游围堰。由于国内目前对该筑坝新技术的系统研究、分 析和总结相对滞后，尚没有行业导则和规程规范以指导实际应用，我国尚无胶凝砂砾石坝永久工 程建设。为更好地促进该筑坝新技术的发展和推广应用，避免新技术应用不当造成工程安全隐患， 有必要在总结该筑坝技术有关设计、施工和安全监测等方面成果和经验的基础上，进行更为系统 深入的专项研究。对国内外已有的胶凝砂砾石坝相关资料进行调研，是开展相关研究的重要基础。
本次调研通过搜集、整理国内外学术期刊、国际会议论文集和相关研究报告、硕博士论文中
315
有关胶凝砂砾石筑坝技术的相关内容，从胶凝砂砾石材料特性、胶凝砂砾石坝设计准则和施工关 键技术等方面进行归纳、总结、提炼，以期为国内专家学者了解该新型筑坝技术在国内外的发展 动态，并为后续研究工作提供参考。
1.2 调研材料的主要来源
2.2 胶凝砂砾石的优点
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。由 于胶凝砂砾石材料及胶凝砂砾石坝的特性，与碾压混凝土坝和面板堆石坝相比，胶凝砂砾石坝有 很多优点：
（１）胶凝砂砾石坝一般采用梯形断面，可充分利用上游水重，大大增加了坝体稳定、改善 了坝体应力分布。
318
PVC 膜防渗，在 PVC 膜后设置渗漏收集管道，集中到上游面板后的排水管道中。河床到坝顶是 72m，坝基到坝顶是 107m，坝顶长 280.58m，宽 10.00m，上、下游坝面坡度 1：0.7。由于该坝 坝高较高，每 20.00m 设置一个垂直缝。胶凝材料是 50kg/m3 水泥（强度等级为 42.5MPa）和 20kg/m3 的粉煤灰。大坝施工一共用了 150 万 m3 硬填方料（180d 强度 6MPa）和 18 万 m3 的常规混凝土。 随后又有 3 座胶凝砂砾石坝正在设计中。
十二 胶凝砂砾石筑坝技术
1 调研背景概述
胶凝砂砾石筑坝技术是国际上近年发展起来的新型筑坝技术，其特点是采用胶凝材料和砂砾 石材料（包括砂、石、砾石等）拌合筑坝，使用高效率的土石方运输机械和压实机械施工，施工 快速、节省投资、安全和环境友好。与常规的混凝土或散粒体筑坝比，有独特的优点，近年在日 本、土耳其、希腊、法国、菲律宾等国家的永久工程得到应用。该筑坝技术扩大了坝型选择范围， 放宽了筑坝条件，丰富了以土石坝、混凝土坝、砌石坝等为主的筑坝技术体系。通过合理的筑坝 技术选择和组合，大坝施工可以充分利用筑坝材料，减少弃料，大幅减少大坝施工对环境的影响。 胶凝砂砾石筑坝技术的研究及推广应用对我国面广量大的中小型水利水电工程建设和众多的病 险工程的除险加固具有重要的意义。
1.1 专题研究内容概述
上世纪 80 年代开始，胶凝砂砾石筑坝技术在国外一些国家得到发展，目前该筑坝技术已在 水利水电工程中得到了初步应用。根据统计资料，日本、土耳其、希腊、多米尼加、菲律宾等国 己建成胶凝砂砾石坝几十座，在围堰、挡土墙、渠道等的建设中该技术也得到了应用。经过多年 的研发和实践，取得了不少实质性的筑坝经验。
（２）在筑坝材料方面，胶凝砂砾石中仅掺有少量胶凝材料（水泥大约 40~60kg/m3，粉煤 灰大约 40~60kg/m3），由于水泥用量少，绝热温升低，温度应力较小。
（３）与面板堆石坝相比，由于胶凝材料的作用，胶凝砂砾石的抗剪强度高于一般碾压堆石 体，胶凝砂砾石坝坝体横断面可以大大减小；和混凝土重力坝相比，胶凝砂砾石坝施工工艺简单、 机械化水平高、施工速度快、自动化程度高，有利于缩短工期，降低造价。
1.2.1 国内外学术期刊论文 Water Power & Dam Construction ASCE HRW 水利学报 水利水电科技进展 水力发电 中国水利 武汉大学学报（工学版）等
1.2.2 国际会议论文集 Proceedings of 16th ICOLD Congress (1988) Proceedings of International Symposium on High Earth-Rockfill Dams（1993） Proceedings of the 4th International Symposium on RCC Dams（2003） Proceedings of the 2nd EADC Symposium (2005) Proceedings of the 22nd ICOLD Congress on Large Dams (2006) Proceedings of the 5th International Symposium on RCC Dams（2007）等
大粒径为 60mm；胶凝材料为粉煤灰水泥（粉煤灰含量 20%），一般为 70kg/m3，特殊情况下为
80 kg/m3，坝坡面采用阶梯型。
在多米尼加共和国也采用了这种坝工技术，即 Moncion Contraembalse 坝，坝体中间溢流坝
部分采用了胶凝砂砾石筑坝技术。Moncion Contraembalse 坝的坝高 28m，混合坝型，两侧均为
此外，胶凝砂砾石还应用于大坝修复工程中。如 1975~1982 年，在巴基斯坦的塔伯拉泄洪洞 修复工程中曾大量使用这种材料，该工程用未经筛洗的砂砾石料加少量水泥拌和，经振动碾碾压， 修复被冲毁的部位。在 42d 内填筑了 35 万 m3 的该种材料，平均日浇筑强度 8371m3，最大日填 筑强度达 18438m3，显示出该种材料在抢险修复工程中快速施工的巨大潜力。
挖掘渣土 河床砂砾石及 横山水库堆砂 河床砂砾石 渣土+砂砾石
完成 年份 1992 1994 1994 1996 2000
胶材用量 （kg/m3）
80 60 60 60 60
1998
60
2000
60
除了围堰工程外，日本还建造了一些永久性的胶凝砂砾石坝，其中第一座采用胶凝砂砾石筑
坝技术的永久性建筑物是长岛（Nagashima）水库上游的拦沙坝，坝高 34m，于 2000 年建成。此