胶结颗粒料筑坝材料性能研究

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胶结颗粒料筑坝材料性能研究胶结颗粒料坝是中国水利水电科学研究院专家于2009年自主研发并提出的新坝型。该坝型是在欧美Hardfill、日本TrapezoidalCSG中国胶凝砂砾石坝和堆石混凝土坝等基础上的提炼,即在土石坝和混凝土坝之间,探讨胶结土、胶凝砂砾石和胶结堆石(包括堆石混凝土)筑坝的理论与实践,从而形成连续完整的散粒料到混凝土的筑坝材料谱系。胶结颗粒料坝的突出特点是“宜材适构”、“宜构适材”,即充分利用工程现场的材料,并利用快速碾压的施工工艺工法,力求尽可能减少弃料筑坝,具有经济安全、环境友好、漫顶不溃等优势,是一种生态友好的新型筑坝技术,在我国围堰等临时性工程及部分永久性工程中得到了应用,取得了一些实质性工程进展。但目前制约胶结颗粒料坝发展的关键技术主要集中于以下几方面:(1)广源化的胶结颗粒料配制技术与材料宏细观工程性能;(2)胶结颗粒料高效施工工艺、设备与全过程质量控制系统;(3)胶结颗粒料坝全生命期安全评估与筑坝技术体系。本文主要基于胶结颗粒料配制技术开展了创新性研究,重点以胶凝砂砾石为研究对象,围绕的胶结颗粒料材料及性能、配制技术、质量检测开展了创新性研究,并取得发明专利,且在工程上得到应用。本文的主要研究内容和创新成果如下:(1)胶凝砂砾石材料的力学和耐久性能研究了胶凝砂砾石材料的渗透溶蚀问题。发明了一种含层面的胶凝砂砾石渗透系数测试新装置,解决了含层面芯样的渗透系数测试问题。试验并探明了压力水持续作用下,长期溶蚀的胶凝砂砾石中

1Ca2+勺溶出规律。研究得到的胶凝砂砾石的抗剪参数可为工程设计提供数据支撑。研究发现泡低温水后与标准养护的胶凝砂砾石试件相比,抗压强度下降7%-26%试件抗压强度越高,泡低温水对抗压强度的影响越小,为守口堡水库的安全越冬方式提供了参考。胶凝砂砾石绝热温升仅为10℃左右,大大降低了施工中对温控的要求。基于渗透溶蚀机理已发表SCI论文1篇层间抗渗性能的测试方法已取得发明专利1项（第四作者）（2）胶凝砂砾石材料的质量检测和施工方法研究了胶凝砂砾石碾压质量检测手段及防渗体与承载体连接不密实的处理措施。针对碾压胶凝砂砾石质量检测手段主要为灌水法、灌砂法等效率较低的问题提出并实施了弹性波技术对碾压胶凝砂砾石施工质量进行检测。本研究利用了R波的频散特性,提出运用表面波谱分析（SASW法来测定胶凝砂砾石材料铺筑层表面以下沿深度范围内VR的分布，从而表征碾压施工质量的方法。针对实际工程,得出了表征判断碾压施工质量的波速阈值。挖坑取样测试结果与弹性波检测结果一致,证明该检测方法精度较为理想。SASWT法可以获得整个施工仓面胶凝砂砾石材料R波速度的分布情况，提高了胶凝砂砾石碾压质量检测速度和检测范围,解决了胶凝砂砾石碾压质量检测效率不高的问题,适合于对胶凝砂砾石浇筑层面进行大面积的检测。针对防渗体与

2承载体连接不密实问题,发明了一种加浆振捣造孔装置,与加浆振捣设备一起提升了施工质量,并在四川犍为防护堤工程上取得了应用。提出了胶凝砂砾石浇筑式施工方法并结合工程进行了应用。针对中低胶凝砂砾石坝的建设问题,提出浇筑式胶凝砂砾石筑坝技术,解决了大型碾压设备无法施工的山塘类中低坝的建设技术问题。提出的成果用于贵州雷山猫猫河山塘浇筑式胶凝砂砾石坝施工。该坝为同类型施工方法建设的第一座工程,拓宽了胶凝砂砾石坝的推广范围。研究还得出了浇筑式胶凝砂砾石的配合比设计参数、强度设计指标、实施方法等。CSGR单性波质量检测发表国际会议论文1篇，应用于守口堡工程（在建）加浆振捣技术应用于犍为航电堤防工程试验段（建成）、顺江堰（建成）浇筑式胶凝砂砾石技术已发表1篇核心论文浇筑式胶凝砂砾石应用于贵州猫猫河山塘工程（建成,作者负责）（3）胶结人工砂石和胶结土配制及施工技术在已有胶结人工砂石筑坝概念的基础上,针对贵州安顺花鱼井山塘坝工程,提出了胶结人工砂石的施工实现方法,并用于该工程的建设。该坝为同类型施工方法建设的第一座坝。提出了一种适合胶结人工砂石骨料的新的破碎方法,解决了胶结人工砂石骨料的制备问题。提出了石粉作为掺合料来配制胶结人工砂石的办法,解决了缺乏粉煤灰的工程掺合料的添加问题,并确定了合理掺量来配制满足设计强度等级的胶结人工砂石。研究得出水胶比、砂率、掺气量、石粉掺量等胶结人工砂石配合比参数设置

3标准。实践证明胶结人工砂石坝造价可比碾压混凝土重力坝节省10%。针对黑龙江胖头泡灌区堤防,研究运用当地土料配制胶结土筑堤,提出了合理的水泥掺量和配制方式,使得配制的胶结土满足相应设计龄期的抗压强度和抗渗等级要求。胶结人工砂石技术应用于贵州花鱼井山塘（建成,作者负责）胶结人工砂石技术已发表1篇核心论文。