高寒地區水磨石地面施工技術

關 兵

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550000)

水電站大壩壩頂常用常態混凝土、碾壓混凝土和瀝青混凝土結構。在青藏高原地區，受高寒、大溫差、強輻射、干燥等惡劣氣候條件影響，混凝土開裂成為了工程技術人員頭痛的問題。

本文從施工進度和質量、工程投資、運行安全及維護等方面，對瀝青混凝土結構、常態混凝土結構和水磨石結構進行了對表(見表1)，結果顯示水磨石結構優勢明顯。

1 高寒高海拔水磨石結構要求與配合比試驗

1.1 結構要求

水磨石地面結構通常有兩種：①從下到上依次為基礎混凝土(常態混凝土、碾壓混凝土)、水磨石；②從下到上依次為基礎面、混凝土(鋼筋混凝土)找平層、水磨石。因抗裂要求，混凝土強度等級有專門的設計指標，平整度滿足設計和水工建筑物相關規范要求。

1.2 水磨石材料選擇與配合比試驗

(1)材料選擇

工程主要采用材料按設計及規范要求選擇，水磨石地面材料選擇應注意以下幾點。

①石子：所用材料為小石，要求石子必須為質地堅硬的石粒，大小均勻，無風化、無污染，在使用前須采用清水清洗干凈。青藏高原高寒地區使用的石粒應采用堅硬可磨的花崗石、大理石等巖石加工而成，石料應潔凈無雜物，其粒徑除特殊要求外，宜為4～14mm。

②水泥：宜采用42.5級普通硅酸鹽水泥，必須采用同一水泥廠家生產，且是同期出廠的同品種、同強度等級的水泥，以保障地面顏色一致。

(2)水磨石配合比

試驗用水磨石應取用體積比進行拌和，一般水泥:小石=1∶1.5～1∶2.5。設計有摻和顏料要求的，取用摻入量為水泥重量的3%～6%進行調試，多次試驗一并調整配合比。考慮大壩施工特性最終推薦水磨石配合比為水:水泥:小石=0.5∶1.2∶1～0.5∶1∶1.2。

2 高寒、高海拔水磨石施工流程及主要工藝

2.1 施工流程

主要流程與建筑工程其他水電水利工程用水磨石流程大致相同：地面鑿毛→沖洗清理→分縫→鋪裝找平層混凝土及水磨石→滾筒壓實、鐵板拍緊、壓光→養護→切縫(原分縫位置)→大面積粗磨(水磨)→清理磨石漿、沖洗干凈→補漿→細磨(水磨)→草酸清洗→采用柔性材料(瀝青)填充密實。

2.2 主要工藝與措施

(1)地面鑿毛及沖洗

采用人工或機械鑿毛處理，將地面上殘留的砂漿、松動塊鑿除掉，并清除地面上的浮灰以及殘留的建筑垃圾等渣料。清理完成后采用高壓水槍沖洗干凈，對沖洗干凈的地面隨時進行灑水，確保基層濕潤。

(2)分縫條安裝

除壩段橫縫作為分縫位置外，其余每個壩段橫縫之間每隔3.0m進行分縫，分縫材料采用等邊角鋼(邊寬×邊寬×厚度=50×50×5mm)，角鋼豎直一側上端用水平儀控制標高并拉通線控制上端的平和直，角鋼必須固定牢固及平直，以保證縫面平直美觀。

(3)找平層混凝土及水磨石混凝土澆筑

結合壩頂老混凝土面距設計鋪裝層頂面厚度不均的實際情況，厚度≤10cm的直接采用水磨石配合比；厚度>10cm的補充其他混凝土減少水磨石量；澆筑時隔倉澆筑，后澆筑塊施工前取出角鋼。具體施工要求如下：

①找平混凝土和水磨石拌合料的攪拌：攪拌應按照試驗室提供的配合比并結合原材料情況調整材料用量，要求計量準確，拌合均勻，攪拌在拌合樓進行拌制采用混凝土罐車運輸至施工場面。

②混凝土鋪設：將攪拌好的混凝土鋪抹到地面基層上，然后采用振動棒進行振搗密實，過程中控制預留水磨石層的厚度。

③水磨石拌合料的面層厚度為10cm，將攪拌均勻的拌合料，先周邊后中間順序進行鋪料，用鐵抹子由中間向邊角推進，在分縫位置及交叉處特別注意壓實抹平，隨抹隨用直尺進行平度檢查，如有局部鋪設過高，應用鐵抹子挖去一部分，再將周圍的水泥石子拍擠抹平(不得用刮杠刮平)。

(4)滾筒壓實、鐵板拍緊、鐵抹抹壓

鋪裝完成后，采用150kg重量、長1.2m的滾筒形成“米”字形三個方向來回反復碾壓，直至鋁條框格內水磨石層面不再下沉為止。在碾壓過程中，水磨石表面出漿后，再用抹子抹平。

在水磨石面層抹平后，待在水磨石臨近終凝前，再用滾筒同第一遍碾壓方式，進行第二遍碾壓，碾壓后同第一道抹光壓平工序，即進行第二遍抹壓，抹壓時用勁稍大一些，碾壓時留下的滾紋、細孔等抹平，達到表面平整、密實、無抹紋為止。

(5)壓光

壓光有減少毛細孔數量的作用、減少水凝結途徑。

滾筒壓實后，待水磨石層面初凝后，采用鐵抹子進行抹面進行第一遍抹壓抹光，其抹光過程中要求不漏壓，凹坑、砂眼和踩的腳印都要填補壓平。

待在水磨石臨近終凝前，進行第二遍碾壓，碾壓后同第一道抹壓進行第二遍抹壓，抹壓時用勁稍大一些，碾壓時留下的滾紋、細孔等抹平，達到表面平整、光滑。

(6)養護

面層抹壓完24h后進行覆蓋灑水養護，強度達到要求后，即進行下步施工。

(7)粗磨

①采用50—100號金剛石磨，正式開磨前應試磨，以表面石粒不松動為準。要準確掌握好開磨時間，開磨過早，易掉子，過晚，增加磨平難度。一般在強度達到60%～70%開磨。

②所有可能滲漏污水的地方采用圍堵的辦法密封起來。所需用的機具全部檢查一次，包括機械性能、工況狀況、防漏電情況。防護用品準備齊全，電氣線路架空布置安全完好。附近設備及其它構件做好覆蓋保護工作，防止磨面時污漿飛濺污染。

(8)細磨

補漿后，常溫下養護2～3天，當氣溫較低時養護5～7天后，進行第二遍磨光工作。在磨光過程中，采用磨光機邊磨邊加水沖洗、并用2m靠尺檢查平整度。第二遍磨光后，要求達到磨透、磨平、磨勻，無花紋道子，且磨面平整光滑，沒有針眼細孔，若有則需要做局部處理。

3 高寒高海拔水磨石防裂措施研究

3.1 防裂措施

3.1.1鋼筋網片鋪設

鋪設鋼筋是結構層整體性需求，也增加層間結合，是高寒高海拔防裂的重要措施。在找平層混凝土澆筑前，先鋪設鋼筋網片，鋼筋頂部距離找平層混凝土頂部保證至少10cm保護厚度。相關鋼筋，可以是φ8～φ12mm圓鋼，也可以采用φ12mm的螺紋鋼筋，鋼筋鋪設以網格狀為宜，間距10×10cm，綁扎長度或焊接長度滿足規范要求。

3.1.2補漿

補漿有保證混凝土均勻、密實的作用。

粗磨后，立即對磨過的部位仔細清洗，拖干。檢查磨光后部位是否有小氣泡眼、黑斑(就是局部無石子)現象。若出現黑斑，整個一分格塊鑿除后用同樣配比料重做，到可磨時，用手磨機磨光，不得用地面磨機開磨，以防損壞相臨分格塊。

用灰桶拌制濃度較大的水泥漿，且保證水泥漿與地面水泥漿顏色一致。用布蘸水泥漿將面層表面呈現的細小孔隙和凹痕滿涂抹，且將孔眼大或脫落的石粒用石粒補齊或嵌補。嵌補完成后，面層上鋪上草墊，并隨時灑水，保證草墊濕潤，對地面進行適當養護一段時間，待強度達到要求后再進行細磨。

3.1.3縮縫設置與切縫

結合大壩混凝土應力分布、混凝土施工工藝(常態或碾壓)及地區氣候條件，高壩頂層結構層水磨石每隔3m設置一條縮縫是可行的。

縮縫切縫深度應控制為板厚的1/4～1/5。切得太深，層間的傳荷能力難以得到保證。切得太淺，混凝土截面的強度削弱得不夠，面層上會產生不規則裂縫。

當混凝土達到設計強度的25%～30%時，應采用切縫機進行切割。切縫太早，粗骨料會從砂漿中跳脫；切縫太晚，如果產生的拉應力大于混凝土容許值，混凝土板就會開裂。氣溫高，混凝土強度增長快，切割時間要提早。溫差大，切割時間也要提早。切縫時間一般遵循的原則是“能切就切，寧早勿晚”。切縫機宜采用機型小、轉速快、振動小的，在混凝土澆筑終凝一定時段內即可切割。

縮縫提前測量劃線，切縫必須保證平直，切縫建議在3天左右進行，以避免表面裂縫的產生。

3.2 防凍融措施

高寒高海拔水磨石應結合大壩混凝土原有試驗資料，成型一定數量的樣品，取得抗凍、抗滲指標，對于設計有特殊要求的，還應取得部分劈拉試驗力學指標。相關材料品質檢驗試驗，與普通混凝土的試驗要求基本相同。

除混凝土必要的全面性能指標檢測外，高寒高海拔水磨石需要落實加強振搗打磨，保證混凝土密實度，減少毛細孔。在混凝土中摻加防水劑，防止積水滲入。

本文還開展了縮縫填隙材料研究，試驗證明柔性材料(瀝青)是最有效的材料。在切縫完成后，采用壓力水沖洗干凈，采用柔性材料(瀝青)將縫面填充密實，能夠控制滲水，避免凍融破壞。

4 成果應用

4.1 西藏DG水電站工程概況

西藏DG水電站位于西藏自治區山南地區桑日縣境內的雅魯藏布江干流中游，電站裝機容量為660MW，為二等大(2)型工程，主要由碾壓混凝土重力壩、壩后發電廠房等組成，壩頂高程3451m。本工程位于青藏高原氣候區，工程區多年平均氣溫9.3℃，極端最高、最低氣溫分別為32.5℃和-16.6℃，多年平均相對濕度51%，多年平均日照時數為2605.7h，歷年最大凍土深度為19cm。基本特性為氣溫低、空氣稀薄、大氣干燥、太陽輻射異常強烈。樞紐區露天地面部位主要為壩頂、廠壩平臺及尾水平臺。

4.2 水磨石地面結構

水磨石地面結構從下到上為：基礎面→鋼筋混凝土找平層(C30W8F200)→水磨石層，地面設置300cm×300cm的縮縫，同時分縫應考慮工程建筑物的結構縫位置而調整設置。具體設計結構如圖1所示。

圖1 水磨石地面結構

4.3 澆筑準備與找平層混凝土、水磨石澆筑

DG水電站大壩混凝土已經達到設計高度，增加水磨石結構層，設置了φ12mm的螺紋鋼筋網片，間距10×10cm。

采用坍落度為90mm的細石混凝土構成墊層。找平層混凝土出現初凝的情況時，采取先在找平層混凝土表面涂刷一道純水泥漿的措施，防止出現風干現象。

水磨石拌合料的鋪設在找平層混凝土初凝前進行，在拌合樓進行拌制經混凝土罐車運輸至他面，均勻卸料，人工攤鋪，滾筒壓實、鐵板拍緊、鐵抹抹壓壓光，保證密實度。由于工程量不大，澆筑時段避開了陽光照射。初凝一段時間后開始養護。

4.4 切縫及填隙

采用切割機沿劃線進行切縫，縫寬×縫深=5×100mm。

填隙時間是在水磨工藝完成，驗收合格后，經高壓水沖洗縫面，再采用柔性材料(瀝青)將縫面填充密實。

4.5 粗磨

(1)按照先開磨循序向另一側順序推進方式，勻速推進，不隨意地滿地開花式的打磨。磨機不長時間停留在一個部位不動，不超磨，邊磨邊觀察邊檢查，不磨損過多、不漏磨或磨損。

(2)要邊磨邊清洗地面，不讓污漿覆蓋已磨過的部位，觀察平整度和石子顯露。一次性磨光不太深，等待清洗檢查過后，再補磨一遍，對不平整的高處重點磨。

4.6 質量控制要點

(1)施工人員與技術交底

應使用有經驗的混凝土施工人員，有水磨石施工經驗的優先使用；應做好技術要求交底，重點高寒高海拔氣候條件下的施工時間、工序交底，重視防開裂注意事項。

(2)設備選擇

除水磨石打磨設備外，其余采用常規設備即可。大面積地面打磨采用水磨石機，打磨2遍，第一遍用50—100號粗砂輪濕磨(粗磨)；第二遍用100—200號金剛石磨(細磨)，對于邊角不方便水磨石機打磨的區域，采用電動手磨機打磨。

(3)質量檢查

在粗磨過程中，經檢查石子顯露良好分布均勻，分格條全部外露時，第一遍磨光工作可完成。

細磨過程中，采用2m靠尺檢查平整度。檢查標準：偏差小于3mm。

檢查切割縫深滿足設計深要求。檢查嵌條平直，偏差小于3mm。

(4)混凝土強度指標，滿足設計要求。

4.7 運行檢驗

西藏DG水電站大壩壩頂水磨石已經經歷了一個最低氣溫達-13℃的冬季考驗，無開裂變形，無膨脹擠壓破壞情況。

5 結語

西藏DG水電站成功實施高寒、高海拔地區大壩壩頂水磨石施工技術，解決了高原氣候條件下混凝土地面易開裂及凍融破壞的問題，同時解決了傳統工藝的弊端，總體實施效果良好，對于后續在青藏高原建設工程項目中具有借鑒意義。