膠凝砂礫石壩筑壩材料特性研究與工程應(yīng)用.pdf

1、土石壩（包括堆石壩）和混凝土壩（包括碾壓混凝土壩）是國內(nèi)外最主要的兩種壩型。從材料特點(diǎn)看，堆石壩為散粒體材料筑壩，混凝土壩為固結(jié)體材料筑壩，兩者之間如有過渡材料筑壩則能完善壩工材料體系。膠凝砂礫石是利用少量的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(qiáng)度和抗剪性能的材料。膠凝砂礫石壩介于堆石壩和混凝土壩之間。膠凝砂礫石筑壩的主要理念是充分利用工程現(xiàn)場的材料，充分利用快速方便的施工工藝工法，以“宜材適構(gòu)”、“宜法適構(gòu)”的指導(dǎo)

2、思想，力求少棄料筑壩。膠凝砂礫石壩作為一種新壩型，在國外雖有不少工程應(yīng)用，但仍有諸多問題急待解決，尤其要推廣應(yīng)用到我國永久工程。
　　 本文針對膠凝砂礫石配合比設(shè)計(jì)方法、大尺寸全級配試件力學(xué)和耐久性能，特別是長期持壓下滲透溶蝕機(jī)理以及工程應(yīng)用等方面進(jìn)行了深入研究工作，有關(guān)成果已納入水利部《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》編訂的核心內(nèi)容，主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 (1)完善了膠凝砂礫石配合比設(shè)計(jì)方法和體系
　　 提出

3、以最細(xì)級配和平均級配砂礫石料的膠凝砂礫石強(qiáng)度滿足“雙級配雙重強(qiáng)度規(guī)定原則”，及考慮保證率和強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的配合比設(shè)計(jì)方法體系，從而控制離散的膠凝砂礫石強(qiáng)度滿足工程設(shè)計(jì)要求。
　　 基于理想級配的富勒曲線，提出表征砂礫石料與富勒曲線接近程度的相似度系數(shù)，即砂礫石料分級相似度系數(shù)公式（Si=100-√(Pi-Pdi)2)、平均相似度系數(shù)公式、整體平均相似度系數(shù)公式以及相似度系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差等，量化了工程現(xiàn)場不同砂礫石料級配的變化狀況，可從砂礫

4、石料級配的離散程度初步預(yù)估膠凝砂礫石強(qiáng)度的離散程度。
　　 (2)研究了有關(guān)因素對膠凝砂礫石配合比及強(qiáng)度等參數(shù)的影響
　　 通過較為全面和系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，分析了水膠比、水泥用量、粉煤灰摻量、砂率、含泥量等配合比參數(shù)對膠凝砂礫石強(qiáng)度的影響關(guān)系，提出了膠凝砂礫石配合比參數(shù)的推薦范圍。研究結(jié)果表明，砂率大于30％以后，膠凝砂礫石強(qiáng)度顯著下降;隨著水灰比的變化，強(qiáng)度有拐點(diǎn)現(xiàn)象，但總體上水灰比仍然是影響強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。砂中含泥量在

5、28％以內(nèi)，對強(qiáng)度的影響不大。
　　 (3)提出膠凝砂礫石對最大骨料粒徑放寬至150mm并進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)研究
　　 將膠凝砂礫石永久工程的最大骨料粒徑放寬到150mm，測試了包括大尺寸全級配膠凝砂礫石和其他不同試件尺寸的膠凝砂礫石抗壓強(qiáng)度區(qū)別，研究分析其關(guān)系。邊長450mm立方體全級配試件抗壓強(qiáng)度約為150mm濕篩標(biāo)準(zhǔn)試件的83％。利用濕篩標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行膠凝砂礫石配合比強(qiáng)度試驗(yàn)仍然可行，但對于配合比控制范圍的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，

6、如最細(xì)級配砂礫石料和平均級配砂礫石料的膠凝砂礫石的最低強(qiáng)度應(yīng)進(jìn)行全級配大尺寸試驗(yàn)，以校對大小試件的強(qiáng)度比值。
　　 開展了膠凝砂礫石徐變、自生體積變形和抗沖磨性能，以及抗剪斷性能等的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如不摻用緩凝型外加劑，即使層面間隔4個小時，直接鋪筑的膠凝砂礫石層面抗剪強(qiáng)度也下降40％以上。膠凝砂礫石雖然強(qiáng)度低，但仍具有一定抗沖磨強(qiáng)度，不會發(fā)生受沖即潰散的現(xiàn)象。
　　 (4)研究了全級配膠凝砂礫石滲透溶蝕性能、機(jī)理，進(jìn)

7、行了抗氣凍、水凍試驗(yàn)
　　 涉及膠凝砂礫石滲透溶蝕的已有研究成果都基于濕篩小試件，與實(shí)際級配不符。本文進(jìn)行的全級配膠凝砂礫石滲透溶蝕試驗(yàn)，其大骨料更反映工程現(xiàn)狀，且骨料和尺寸對滲透和溶蝕等具有影響效應(yīng)。試驗(yàn)表明持壓近1年半，Ca2+溶出量已極少，趨于停滯。采用微觀分析手段等從機(jī)理上探究溶蝕規(guī)律，揭示出經(jīng)長齡期養(yǎng)護(hù)后的膠凝砂礫石具備較好的抗Ca2+溶出能力。
　　 進(jìn)行了膠凝砂礫石氣凍試驗(yàn)，采用了新的與日本不同的氣凍模式，

8、試驗(yàn)對比了不摻引氣劑，摻引氣劑的膠凝砂礫石抗水凍、氣凍的性能，試驗(yàn)表明膠凝砂礫石具有一定的抗氣凍能力，可應(yīng)用在壩體水位上部。
　　 (5)提出了永久工程的材料配合比，并研發(fā)了新型保護(hù)層材料
　　 本文針對將要建設(shè)的山西守口堡膠凝砂礫石大壩的實(shí)際需求，采用工程現(xiàn)場材料，通過系統(tǒng)試驗(yàn)研究，提出了適合工程設(shè)計(jì)要求的壩體材料配合比，被工程采納。針對膠凝砂礫石壩特色特點(diǎn)，研發(fā)了成本經(jīng)濟(jì)、便于施工的保護(hù)層材料，即變態(tài)膠凝砂礫石和富漿