CSG堰体施工技术

1  前言
CSG是近年来我国正悄然兴起的一种新型的筑坝材料，CSG坝是采用水和少量的胶凝材料（水泥和粉煤灰）与砂、砾石或河卵石拌和，经振动压实，固结后成为挡水建筑物。是继碾压混凝土坝、堆石面板坝之后的又一新坝型。但由于CSG与碾压混凝土、松散的砂砾石有着本质的不同，因此，决定了CSG坝的施工工艺与碾压混凝土坝和堆石面板坝的施工工艺不完全相同。前者采用了更加通用性的施工设备，施工布置十分方便，因而也更加简单和合理。

2  CSG材料
CSG中的母材可以取用坝基开挖的弃料、天然河道中的河卵石、也可以采用弱风化开挖石和坝基周围的可利用的石料，这是CSG的最大特点。细骨料可以用天然河沙，也可以用人工砂。CSG砂砾料的“合理砂率”为20%，因而，当CSG原砂砾料中的细骨料的含量达到了一定量，经过试验确定其能达到所需的抗压强度和弹模时，并不要再掺加细骨料，也可以达到工程施工要求，并减少了施工工序。福建街面水电站下游量水堰采用CSG填筑，堰高16.3m，设计CSG的抗压强度为7.5MPa，骨料采用河床砂砾石，砂率为17.7%~22%，含泥量为1.02g/cm3，砂砾石最大粒径约在150mm左右。洪口电站上游挡水围堰也采用CSG进行填筑，堰高35.5m，设计CSG的抗压强度为4MPa，粗骨料采用了开挖弃料并掺入河沙，砂率为29%~34%，含泥量为2%~4%，砂砾石最大粒径约在300mm左右。洪口电站上游围堰浇筑后，经过了近50年一遇洪水考验，洪水漫过堰顶达8m，未造成堰体损坏。

碾压混凝土通常称为贫胶凝混凝土，也是水、少量胶凝材料与砂、砾石的混合物，由于接近常态混凝土的特性，其骨料中砂和砾石有着严格的分级和配比。典型的碾压混凝土中，大中小骨料的比例一般为30：40：30，其最大骨料的粒径为80mm。为此，RCC的骨料制备时，要将骨料进行破碎和筛分，分级存储，在混凝土料拌制时，各档骨料按照配合比的要求，通过称量系统计量后加入拌和机进行拌和。堆石面板坝的材料是砂砾石，是完全的松散体。大坝主体的砂砾石一般不分级而直接进行碾压压实。为了维持坝体的稳定，堆石面板坝的断面一般比较大，因而建坝所开采的砂砾石料数量是相当惊人的。

CSG中的砾石也是没有分级的，这一点与堆石坝材料有相似之处。但CSG不是将没有分级的砂砾料直接往坝上堆，而是将其与少量的水、胶凝材料进行拌和之后成为一种介于RCC和堆石坝材料之间的一种新型的贫胶凝筑坝材料。

CSG砂砾石在现场采用露天存放，自然风干。

3  CSG配合比
CSG水泥用量极少，这是CSG的显著特点之一。已建的街面量水堰和洪口上游围堰所有的胶凝材料都不超过100kg/m3，而其中水泥用量不超过55 kg/m3。由于水泥用量少，施工中不必要采取复杂的温控措施，坝（堰）体可以不必进行分缝，这给填筑施工带来极大的方便。在CSG中适当掺加石粉可以提高CSG的和易性和抗渗性能，洪口电站上游围堰CSG施工中对此作了试验，证实了石粉在CSG中的作用。由于CSG中粉煤灰和石粉的作用，使其初凝时间相对延长，所以CSG中无需掺加外加剂就能取得不错的施工效果。

4  CSG制备工艺
由于CSG的骨料无需进行筛分和冲洗，使得CSG的制备工艺十分简单。

4．1  计量

在街面电站量水堰和洪口电站上游围堰CSG的施工中，CSG原材料砂砾石的计量采用通常的体积法计量，现场用胶轮斗车的容积来量取砂砾石的数量，这是一种非常简便的计量方法，其误差约在±5%，对于低强度要求的CSG来讲，不会造成影响。为提高工效，可使用专用的计量机动车或轨道车进行砂石料计量。拌和水的计量直接在水表上进行读取，袋装水泥或粉煤灰以每袋的重量计量。当使用散装水泥或粉煤灰时，散装水泥或粉煤灰出库后经台秤进行称量，按配合比的重量要求送到拌和坑使用。当CSG的浇筑方量很大时，应直接在拌和坑边设立散装水泥和粉煤灰储罐采用电子秤进行出料计量。

4．2  拌和

CSG原材料在拌和坑内的投料顺序是：先投放砂砾石再投放胶凝材料，并分数层进行投料，分层投料可以减少拌和所用的时间。所有原料都加入拌和坑后，按配合比要求加入拌和水，采用装载机或反铲挖掘机进行翻拌。翻拌时，装载机或反铲挖掘机通过反复数次装料、提高、卸料过程，使CSG达到拌匀的目的。使用装载机或反铲挖掘机都可以达到拌和CSG的目的，但从实践来看，两种机械各有其优缺点。装载机容量大，翻拌效率较高，适合在较开阔的地方作业。反铲挖掘机斗容虽然较小，但斗臂灵活，可翻、可铲、可推、可压，适合在较为狭窄的作业坑进行拌和作业。洪口电站在CSG的施工中，主要应用反铲进行拌和，所生产出的拌和料均达到设计指标的要求。

无动力拌和依靠砂石料自重从高处往低处运动，通过多次的重组使砂石料、水、水泥拌和均匀。采用特制的缓降装置，或日本引进的M·YBOX可以实现混凝土无动力拌和，但由于骨料的粒径大，对缓降设施的冲击力很大，磨损高，所以要求其强度、刚度都较大，耐磨性要很好。由于CSG中的砂石料尺寸大，自然也要求一个特大型的装置，这在成本上制约了该装置的开发和使用。

5  模板
预制混凝土模板的优点是碾压后不要进行拆模，还可以对CSG表面进行保护，其尺寸高度取决于CSG每碾压层的厚度和模板吊装设备。洪口上游围堰CSG碾压层厚度为30cm，主要采用预制混凝土模板。模板尺寸为40×30×100cm和40×30×200cm两种，模板背面加设钢筋拉条。为了更好地固定预制混凝土模板，在CSG碾压前先将预制混凝土模板内侧约50cm区域CSG进行变态处理，掺入适量水泥浆并采用振捣器进行振捣，待其初凝后开始进行碾压施工，这种立模方法与碾压混凝土所采用的预制混凝土模板相似。钢模板的优点是机动灵活可以循环使用，凝固后的CSG的外观好，当坝（堰）体有外观要求时应采用钢模板立模。为了使CSG拆模后取得出较好表面层，也应对模板内侧的CSG进行变态处理，变态时掺入的水泥浆量根据试验确定。加浆务必要均匀，实施中可采用插孔法进行加浆，加浆孔可以平行布置也可以布成梅花形。

6  CSG的入仓和碾压
6．1  CSG的入仓输送

由于CSG原材料的粒径大且不规则，可考虑的运输入仓方法是：汽车直接入仓、汽车+溜槽、汽车+钭坡轨道车、起重机+专用料罐、起重机+抓斗等，但从考虑进仓速度、效率、灵活性等因素，则以汽车直接入仓为首选。采用大吨位汽车进行CSG的装载和入仓运输可以做到高效率，同时由于采用通用设备进一步节约了施工成本。但在施工中，随着坝（堰）体不断升高，要修建不同高程的进仓道路。对于边坡地形复杂的坝（堰）址位置，当然，汽车直接入仓应在修筑入仓道路允许的情况下，才是可行的。在福建街面电站量水堰和洪口上游围堰的施工中都采用了汽车直接装料运输入仓的方法，都取得出了较好的效果。

6．2  CSG的碾压工艺

6．2．1 碾压层厚度

由于CSG中含有大直径骨料，因此CSG一般采用通仓平层碾压。入仓后的CSG拌和料在仓内均匀分点堆放，堆料之间间距根据碾压层的厚度决定。采用平仓机将CSG料推平，其松铺厚度根据振动碾的自重、激振力等要素以及CSG最大骨料粒径来确定。街面电站量水堰采用YC26C全液压振动压路机作为CSG压实机械，其碾压层松铺厚度设定为50cm。洪口电站上游围堰采用YC12和YC26两种全液压振动压路机作为CSG压实机械，其碾压层松铺厚度设计为40cm和60cm，其压实结果都达到了设计的要求。

6．2．2 CSG碾压

CSG碾压时采用了与RCC相同的碾压方法。即：无振碾压2遍→有振碾压n遍→再无振碾压2遍，其中有振碾压次数、采用的振幅、振动碾行走速度的选择应由工艺实验确定。碾压结果从现场观察应看到CSG表面有泛浆出现为佳。街面电站和洪口电站CSG碾压所采用了26T重型振动碾进行压实，碾压的遍数为：静压2遍+有振碾压4~6遍+静压1~2遍，碾压结果达到设计要求的碾压效果。洪口上游围堰进行CSG碾压过程中，当最大骨料粒径小于150mm时，还采用了12T双钢轮振动碾进行碾压，也可以做到同样的碾压效果。由于CSG骨料最大粒径较大，应采用重型振动碾进行施工，这样，可以提高CSG的施工效率和施工质量。

6．2．3 层间处理

CSG的层面应在初凝前进行复盖。施工时应控制碾压面暴露的时间不要太长，并直接进行上层复盖施工。为了提高每碾压层间的结合效果，复盖前可在旧层面上洒上一层水泥净浆或薄铺一层水泥砂浆。由于CSG的低强度特性，在碾压后短时间内就进行上层复盖，也可以考虑不用铺洒水泥净浆或砂浆等过渡料。洪口电站上游围堰施工过程中，经过多次试验，确定了对层面处理的四种方法，可以作为施工时的参考。

1）层间间隔时间在10 h以内，可直接铺筑；

2）层间间隔时间在12 h以内，可洒净浆后铺筑碾压；

3）层间间隔时间在16 h以内，可铺砂浆后铺筑碾压；

4）层间间隔时间超过16 h，作施工缝处理。

在CSG主坝（堰）体与基坑、边坡及其他部位的连接处，应采用常态混凝土或富浆变态CSG充分振捣进行过渡。CSG在碾压后6～18h内开始洒水养护。

7 现场质量控制
7．1 表观密度检测

采用核子水分密度仪进行表观密度检测在RCC 的工程中已有多年历史和经验。对CSG经压实后其表观密度的检测，仍应用该方法。当碾压层厚≦30cm时，采用核子水分密度仪在现场直接打孔检测。当碾压层厚度超过30cm时，为了使水分密度仪的探测杆能打到碾压层的底部，在碾压层的随机部位挖坑约30cm深，坑内找平后，再用核子水份密度仪进行打孔检测。

7．2 CSG的抗压强度检测

CSG试样在现场拌和坑取样成型，由于现场试验条件的限制，一般采用15cm标准立方体小试样，并以标准养护28天龄期的抗压强度为标准。由于CSG中大骨料的存在，小试样并不能完全反映实际CSG的真实强度，根据工程的需要，采用大试样测定CSG的强度并建立大小试样之间的关系或在CSG达到龄期后，进行钻孔取样更直接测定CSG的各项综合质量。

8 结语
CSG作为水工建筑的新型建筑材料，具有取材容易、材料费用低、施工方便、环保节能等许多优点，具有广阔发展前景。CSG筑坝施工既参照了堆石坝施工的工艺，又参照了RCC施工工艺，同时还具有他本身施工特点。CSG施工避免了RCC施工砂石料制备和对材料进行温控两大的复杂过程，节省了大量投资和施工准备工作，又避免了堆石坝防渗系统的施工过程，增加了坝体的抗冲刷的能力。CSG施工中所采用的都是常用的、通用的施工设备，降低了施工费用，使筑坝施工变得更加简便和环保。当然，CSG的现场拌和过程的连续性还比较差，研制适应大骨料拌和的，简便、节能的机械，才能使施工过程更加完善。