高寒地区水磨石地面施工技术

关 兵

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550000)

水电站大坝坝顶常用常态混凝土、碾压混凝土和沥青混凝土结构。在青藏高原地区，受高寒、大温差、强辐射、干燥等恶劣气候条件影响，混凝土开裂成为了工程技术人员头痛的问题。

本文从施工进度和质量、工程投资、运行安全及维护等方面，对沥青混凝土结构、常态混凝土结构和水磨石结构进行了对表(见表1)，结果显示水磨石结构优势明显。

1 高寒高海拔水磨石结构要求与配合比试验

1.1 结构要求

水磨石地面结构通常有两种：①从下到上依次为基础混凝土(常态混凝土、碾压混凝土)、水磨石；②从下到上依次为基础面、混凝土(钢筋混凝土)找平层、水磨石。因抗裂要求，混凝土强度等级有专门的设计指标，平整度满足设计和水工建筑物相关规范要求。

1.2 水磨石材料选择与配合比试验

(1)材料选择

工程主要采用材料按设计及规范要求选择，水磨石地面材料选择应注意以下几点。

①石子：所用材料为小石，要求石子必须为质地坚硬的石粒，大小均匀，无风化、无污染，在使用前须采用清水清洗干净。青藏高原高寒地区使用的石粒应采用坚硬可磨的花岗石、大理石等岩石加工而成，石料应洁净无杂物，其粒径除特殊要求外，宜为4～14mm。

②水泥：宜采用42.5级普通硅酸盐水泥，必须采用同一水泥厂家生产，且是同期出厂的同品种、同强度等级的水泥，以保障地面颜色一致。

(2)水磨石配合比

试验用水磨石应取用体积比进行拌和，一般水泥:小石=1∶1.5～1∶2.5。设计有掺和颜料要求的，取用掺入量为水泥重量的3%～6%进行调试，多次试验一并调整配合比。考虑大坝施工特性最终推荐水磨石配合比为水: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艺

2.1 施工流程

主要流程与建筑工程其他水电水利工程用水磨石流程大致相同：地面凿毛→冲洗清理→分缝→铺装找平层混凝土及水磨石→滚筒压实、铁板拍紧、压光→养护→切缝(原分缝位置)→大面积粗磨(水磨)→清理磨石浆、冲洗干净→补浆→细磨(水磨)→草酸清洗→采用柔性材料(沥青)填充密实。

2.2 主要工艺与措施

(1)地面凿毛及冲洗

采用人工或机械凿毛处理，将地面上残留的砂浆、松动块凿除掉，并清除地面上的浮灰以及残留的建筑垃圾等渣料。清理完成后采用高压水枪冲洗干净，对冲洗干净的地面随时进行洒水，确保基层湿润。

(2)分缝条安装

除坝段横缝作为分缝位置外，其余每个坝段横缝之间每隔3.0m进行分缝，分缝材料采用等边角钢(边宽×边宽×厚度=50×50×5mm)，角钢竖直一侧上端用水平仪控制标高并拉通线控制上端的平和直，角钢必须固定牢固及平直，以保证缝面平直美观。

(3)找平层混凝土及水磨石混凝土浇筑

结合坝顶老混凝土面距设计铺装层顶面厚度不均的实际情况，厚度≤10cm的直接采用水磨石配合比；厚度>10cm的补充其他混凝土减少水磨石量；浇筑时隔仓浇筑，后浇筑块施工前取出角钢。具体施工要求如下：

①找平混凝土和水磨石拌合料的搅拌：搅拌应按照试验室提供的配合比并结合原材料情况调整材料用量，要求计量准确，拌合均匀，搅拌在拌合楼进行拌制采用混凝土罐车运输至施工场面。

②混凝土铺设：将搅拌好的混凝土铺抹到地面基层上，然后采用振动棒进行振捣密实，过程中控制预留水磨石层的厚度。

③水磨石拌合料的面层厚度为10cm，将搅拌均匀的拌合料，先周边后中间顺序进行铺料，用铁抹子由中间向边角推进，在分缝位置及交叉处特别注意压实抹平，随抹随用直尺进行平度检查，如有局部铺设过高，应用铁抹子挖去一部分，再将周围的水泥石子拍挤抹平(不得用刮杠刮平)。

(4)滚筒压实、铁板拍紧、铁抹抹压

铺装完成后，采用150kg重量、长1.2m的滚筒形成“米”字形三个方向来回反复碾压，直至铝条框格内水磨石层面不再下沉为止。在碾压过程中，水磨石表面出浆后，再用抹子抹平。

在水磨石面层抹平后，待在水磨石临近终凝前，再用滚筒同第一遍碾压方式，进行第二遍碾压，碾压后同第一道抹光压平工序，即进行第二遍抹压，抹压时用劲稍大一些，碾压时留下的滚纹、细孔等抹平，达到表面平整、密实、无抹纹为止。

(5)压光

压光有减少毛细孔数量的作用、减少水凝结途径。

滚筒压实后，待水磨石层面初凝后，采用铁抹子进行抹面进行第一遍抹压抹光，其抹光过程中要求不漏压，凹坑、砂眼和踩的脚印都要填补压平。

待在水磨石临近终凝前，进行第二遍碾压，碾压后同第一道抹压进行第二遍抹压，抹压时用劲稍大一些，碾压时留下的滚纹、细孔等抹平，达到表面平整、光滑。

(6)养护

面层抹压完24h后进行覆盖洒水养护，强度达到要求后，即进行下步施工。

(7)粗磨

①采用50—100号金刚石磨，正式开磨前应试磨，以表面石粒不松动为准。要准确掌握好开磨时间，开磨过早，易掉子，过晚，增加磨平难度。一般在强度达到60%～70%开磨。

②所有可能渗漏污水的地方采用围堵的办法密封起来。所需用的机具全部检查一次，包括机械性能、工况状况、防漏电情况。防护用品准备齐全，电气线路架空布置安全完好。附近设备及其它构件做好覆盖保护工作，防止磨面时污浆飞溅污染。

(8)细磨

补浆后，常温下养护2～3天，当气温较低时养护5～7天后，进行第二遍磨光工作。在磨光过程中，采用磨光机边磨边加水冲洗、并用2m靠尺检查平整度。第二遍磨光后，要求达到磨透、磨平、磨匀，无花纹道子，且磨面平整光滑，没有针眼细孔，若有则需要做局部处理。

3 高寒高海拔水磨石防裂措施研究

3.1 防裂措施

3.1.1钢筋网片铺设

铺设钢筋是结构层整体性需求，也增加层间结合，是高寒高海拔防裂的重要措施。在找平层混凝土浇筑前，先铺设钢筋网片，钢筋顶部距离找平层混凝土顶部保证至少10cm保护厚度。相关钢筋，可以是φ8～φ12mm圆钢，也可以采用φ12mm的螺纹钢筋，钢筋铺设以网格状为宜，间距10×10cm，绑扎长度或焊接长度满足规范要求。

3.1.2补浆

补浆有保证混凝土均匀、密实的作用。

粗磨后，立即对磨过的部位仔细清洗，拖干。检查磨光后部位是否有小气泡眼、黑斑(就是局部无石子)现象。若出现黑斑，整个一分格块凿除后用同样配比料重做，到可磨时，用手磨机磨光，不得用地面磨机开磨，以防损坏相临分格块。

用灰桶拌制浓度较大的水泥浆，且保证水泥浆与地面水泥浆颜色一致。用布蘸水泥浆将面层表面呈现的细小孔隙和凹痕满涂抹，且将孔眼大或脱落的石粒用石粒补齐或嵌补。嵌补完成后，面层上铺上草垫，并随时洒水，保证草垫湿润，对地面进行适当养护一段时间，待强度达到要求后再进行细磨。

3.1.3缩缝设置与切缝

结合大坝混凝土应力分布、混凝土施工工艺(常态或碾压)及地区气候条件，高坝顶层结构层水磨石每隔3m设置一条缩缝是可行的。

缩缝切缝深度应控制为板厚的1/4～1/5。切得太深，层间的传荷能力难以得到保证。切得太浅，混凝土截面的强度削弱得不够，面层上会产生不规则裂缝。

当混凝土达到设计强度的25%～30%时，应采用切缝机进行切割。切缝太早，粗骨料会从砂浆中跳脱；切缝太晚，如果产生的拉应力大于混凝土容许值，混凝土板就会开裂。气温高，混凝土强度增长快，切割时间要提早。温差大，切割时间也要提早。切缝时间一般遵循的原则是“能切就切，宁早勿晚”。切缝机宜采用机型小、转速快、振动小的，在混凝土浇筑终凝一定时段内即可切割。

缩缝提前测量划线，切缝必须保证平直，切缝建议在3天左右进行，以避免表面裂缝的产生。

3.2 防冻融措施

高寒高海拔水磨石应结合大坝混凝土原有试验资料，成型一定数量的样品，取得抗冻、抗渗指标，对于设计有特殊要求的，还应取得部分劈拉试验力学指标。相关材料品质检验试验，与普通混凝土的试验要求基本相同。

除混凝土必要的全面性能指标检测外，高寒高海拔水磨石需要落实加强振捣打磨，保证混凝土密实度，减少毛细孔。在混凝土中掺加防水剂，防止积水渗入。

本文还开展了缩缝填隙材料研究，试验证明柔性材料(沥青)是最有效的材料。在切缝完成后，采用压力水冲洗干净，采用柔性材料(沥青)将缝面填充密实，能够控制渗水，避免冻融破坏。

4 成果应用

4.1 西藏DG水电站工程概况

西藏DG水电站位于西藏自治区山南地区桑日县境内的雅鲁藏布江干流中游，电站装机容量为660MW，为二等大(2)型工程，主要由碾压混凝土重力坝、坝后发电厂房等组成，坝顶高程3451m。本工程位于青藏高原气候区，工程区多年平均气温9.3℃，极端最高、最低气温分别为32.5℃和-16.6℃，多年平均相对湿度51%，多年平均日照时数为2605.7h，历年最大冻土深度为19cm。基本特性为气温低、空气稀薄、大气干燥、太阳辐射异常强烈。枢纽区露天地面部位主要为坝顶、厂坝平台及尾水平台。

4.2 水磨石地面结构

水磨石地面结构从下到上为：基础面→钢筋混凝土找平层(C30W8F200)→水磨石层，地面设置300cm×300cm的缩缝，同时分缝应考虑工程建筑物的结构缝位置而调整设置。具体设计结构如图1所示。

图1 水磨石地面结构

4.3 浇筑准备与找平层混凝土、水磨石浇筑

DG水电站大坝混凝土已经达到设计高度，增加水磨石结构层，设置了φ12mm的螺纹钢筋网片，间距10×10cm。

采用坍落度为90mm的细石混凝土构成垫层。找平层混凝土出现初凝的情况时，采取先在找平层混凝土表面涂刷一道纯水泥浆的措施，防止出现风干现象。

水磨石拌合料的铺设在找平层混凝土初凝前进行，在拌合楼进行拌制经混凝土罐车运输至他面，均匀卸料，人工摊铺，滚筒压实、铁板拍紧、铁抹抹压压光，保证密实度。由于工程量不大，浇筑时段避开了阳光照射。初凝一段时间后开始养护。

4.4 切缝及填隙

采用切割机沿划线进行切缝，缝宽×缝深=5×100mm。

填隙时间是在水磨工艺完成，验收合格后，经高压水冲洗缝面，再采用柔性材料(沥青)将缝面填充密实。

4.5 粗磨

(1)按照先开磨循序向另一侧顺序推进方式，匀速推进，不随意地满地开花式的打磨。磨机不长时间停留在一个部位不动，不超磨，边磨边观察边检查，不磨损过多、不漏磨或磨损。

(2)要边磨边清洗地面，不让污浆覆盖已磨过的部位，观察平整度和石子显露。一次性磨光不太深，等待清洗检查过后，再补磨一遍，对不平整的高处重点磨。

4.6 质量控制要点

(1)施工人员与技术交底

应使用有经验的混凝土施工人员，有水磨石施工经验的优先使用；应做好技术要求交底，重点高寒高海拔气候条件下的施工时间、工序交底，重视防开裂注意事项。

(2)设备选择

除水磨石打磨设备外，其余采用常规设备即可。大面积地面打磨采用水磨石机，打磨2遍，第一遍用50—100号粗砂轮湿磨(粗磨)；第二遍用100—200号金刚石磨(细磨)，对于边角不方便水磨石机打磨的区域，采用电动手磨机打磨。

(3)质量检查

在粗磨过程中，经检查石子显露良好分布均匀，分格条全部外露时，第一遍磨光工作可完成。

细磨过程中，采用2m靠尺检查平整度。检查标准：偏差小于3mm。

检查切割缝深满足设计深要求。检查嵌条平直，偏差小于3mm。

(4)混凝土强度指标，满足设计要求。

4.7 运行检验

西藏DG水电站大坝坝顶水磨石已经经历了一个最低气温达-13℃的冬季考验，无开裂变形，无膨胀挤压破坏情况。

5 结语

西藏DG水电站成功实施高寒、高海拔地区大坝坝顶水磨石施工技术，解决了高原气候条件下混凝土地面易开裂及冻融破坏的问题，同时解决了传统工艺的弊端，总体实施效果良好，对于后续在青藏高原建设工程项目中具有借鉴意义。