高寒地區(qū)水磨石地面施工技術(shù)

關(guān) 兵

(中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

水電站大壩壩頂常用常態(tài)混凝土、碾壓混凝土和瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。在青藏高原地區(qū)，受高寒、大溫差、強(qiáng)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(shù)人員頭痛的問(wèn)題。

本文從施工進(jìn)度和質(zhì)量、工程投資、運(yùn)行安全及維護(hù)等方面，對(duì)瀝青混凝土結(jié)構(gòu)、常態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)和水磨石結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)表(見表1)，結(jié)果顯示水磨石結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)明顯。

1 高寒高海拔水磨石結(jié)構(gòu)要求與配合比試驗(yàn)

1.1 結(jié)構(gòu)要求

水磨石地面結(jié)構(gòu)通常有兩種：①?gòu)南碌缴弦来螢榛A(chǔ)混凝土(常態(tài)混凝土、碾壓混凝土)、水磨石；②從下到上依次為基礎(chǔ)面、混凝土(鋼筋混凝土)找平層、水磨石。因抗裂要求，混凝土強(qiáng)度等級(jí)有專門的設(shè)計(jì)指標(biāo)，平整度滿足設(shè)計(jì)和水工建筑物相關(guān)規(guī)范要求。

1.2 水磨石材料選擇與配合比試驗(yàn)

(1)材料選擇

工程主要采用材料按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求選擇，水磨石地面材料選擇應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

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

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

(2)水磨石配合比

試驗(yàn)用水磨石應(yīng)取用體積比進(jìn)行拌和，一般水泥:小石=1∶1.5～1∶2.5。設(shè)計(jì)有摻和顏料要求的，取用摻入量為水泥重量的3%～6%進(jìn)行調(diào)試，多次試驗(yàn)一并調(diào)整配合比?？紤]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(shí)、鐵板拍緊、壓光→養(yǎng)護(hù)→切縫(原分縫位置)→大面積粗磨(水磨)→清理磨石漿、沖洗干凈→補(bǔ)漿→細(xì)磨(水磨)→草酸清洗→采用柔性材料(瀝青)填充密實(shí)。

2.2 主要工藝與措施

(1)地面鑿毛及沖洗

采用人工或機(jī)械鑿毛處理，將地面上殘留的砂漿、松動(dòng)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(duì)沖洗干凈的地面隨時(shí)進(jìn)行灑水，確?；鶎訚駶?rùn)。

(2)分縫條安裝

除壩段橫縫作為分縫位置外，其余每個(gè)壩段橫縫之間每隔3.0m進(jìn)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(cè)上端用水平儀控制標(biāo)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(jié)合壩頂老混凝土面距設(shè)計(jì)鋪裝層頂面厚度不均的實(shí)際情況，厚度≤10cm的直接采用水磨石配合比；厚度>10cm的補(bǔ)充其他混凝土減少水磨石量；澆筑時(shí)隔倉(cāng)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(yīng)按照試驗(yàn)室提供的配合比并結(jié)合原材料情況調(diào)整材料用量，要求計(jì)量準(zhǔn)確，拌合均勻，攪拌在拌合樓進(jìn)行拌制采用混凝土罐車運(yùn)輸至施工場(chǎng)面。

②混凝土鋪設(shè)：將攪拌好的混凝土鋪抹到地面基層上，然后采用振動(dòng)棒進(jìn)行振搗密實(shí)，過(guò)程中控制預(yù)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(jìn)行鋪料，用鐵抹子由中間向邊角推進(jìn)，在分縫位置及交叉處特別注意壓實(shí)抹平，隨抹隨用直尺進(jìn)行平度檢查，如有局部鋪設(shè)過(guò)高，應(yīng)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(shí)、鐵板拍緊、鐵抹抹壓

鋪裝完成后，采用150kg重量、長(zhǎng)1.2m的滾筒形成“米”字形三個(gè)方向來(lái)回反復(fù)碾壓，直至鋁條框格內(nèi)水磨石層面不再下沉為止。在碾壓過(guò)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(jìn)行第二遍碾壓，碾壓后同第一道抹光壓平工序，即進(jìn)行第二遍抹壓，抹壓時(shí)用勁稍大一些，碾壓時(shí)留下的滾紋、細(xì)孔等抹平，達(dá)到表面平整、密實(shí)、無(wú)抹紋為止。

(5)壓光

壓光有減少毛細(xì)孔數(shù)量的作用、減少水凝結(jié)途徑。

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

待在水磨石臨近終凝前，進(jìn)行第二遍碾壓，碾壓后同第一道抹壓進(jìn)行第二遍抹壓，抹壓時(shí)用勁稍大一些，碾壓時(shí)留下的滾紋、細(xì)孔等抹平，達(dá)到表面平整、光滑。

(6)養(yǎng)護(hù)

面層抹壓完24h后進(jìn)行覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度達(dá)到要求后，即進(jìn)行下步施工。

(7)粗磨

①采用50—100號(hào)金剛石磨，正式開磨前應(yīng)試磨，以表面石粒不松動(dòng)為準(zhǔn)。要準(zhǔn)確掌握好開磨時(shí)間，開磨過(guò)早，易掉子，過(guò)晚，增加磨平難度。一般在強(qiáng)度達(dá)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(lái)。所需用的機(jī)具全部檢查一次，包括機(jī)械性能、工況狀況、防漏電情況。防護(hù)用品準(zhǔn)備齊全，電氣線路架空布置安全完好。附近設(shè)備及其它構(gòu)件做好覆蓋保護(hù)工作，防止磨面時(shí)污漿飛濺污染。

(8)細(xì)磨

補(bǔ)漿后，常溫下養(yǎng)護(hù)2～3天，當(dāng)氣溫較低時(shí)養(yǎng)護(hù)5～7天后，進(jìn)行第二遍磨光工作。在磨光過(guò)程中，采用磨光機(jī)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(dá)到磨透、磨平、磨勻，無(wú)花紋道子，且磨面平整光滑，沒(méi)有針眼細(xì)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(wǎng)片鋪設(shè)

鋪設(shè)鋼筋是結(jié)構(gòu)層整體性需求，也增加層間結(jié)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(shè)鋼筋網(wǎng)片，鋼筋頂部距離找平層混凝土頂部保證至少10cm保護(hù)厚度。相關(guān)鋼筋，可以是φ8～φ12mm圓鋼，也可以采用φ12mm的螺紋鋼筋，鋼筋鋪設(shè)以網(wǎng)格狀為宜，間距10×10cm，綁扎長(zhǎng)度或焊接長(zhǎng)度滿足規(guī)范要求。

3.1.2補(bǔ)漿

補(bǔ)漿有保證混凝土均勻、密實(shí)的作用。

粗磨后，立即對(duì)磨過(guò)的部位仔細(xì)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(wú)石子)現(xiàn)象。若出現(xiàn)黑斑，整個(gè)一分格塊鑿除后用同樣配比料重做，到可磨時(shí)，用手磨機(jī)磨光，不得用地面磨機(jī)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(xiàn)的細(xì)小孔隙和凹痕滿涂抹，且將孔眼大或脫落的石粒用石粒補(bǔ)齊或嵌補(bǔ)。嵌補(bǔ)完成后，面層上鋪上草墊，并隨時(shí)灑水，保證草墊濕潤(rùn)，對(duì)地面進(jìn)行適當(dāng)養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間，待強(qiáng)度達(dá)到要求后再進(jìn)行細(xì)磨。

3.1.3縮縫設(shè)置與切縫

結(jié)合大壩混凝土應(yīng)力分布、混凝土施工工藝(常態(tài)或碾壓)及地區(qū)氣候條件，高壩頂層結(jié)構(gòu)層水磨石每隔3m設(shè)置一條縮縫是可行的。

縮縫切縫深度應(yīng)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(qiáng)度削弱得不夠，面層上會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。

當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的25%～30%時(shí)，應(yīng)采用切縫機(jī)進(jìn)行切割。切縫太早，粗骨料會(huì)從砂漿中跳脫；切縫太晚，如果產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土容許值，混凝土板就會(huì)開裂。氣溫高，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)快，切割時(shí)間要提早。溫差大，切割時(shí)間也要提早。切縫時(shí)間一般遵循的原則是“能切就切，寧早勿晚”。切縫機(jī)宜采用機(jī)型小、轉(zhuǎn)速快、振動(dòng)小的，在混凝土澆筑終凝一定時(shí)段內(nèi)即可切割。

縮縫提前測(cè)量劃線，切縫必須保證平直，切縫建議在3天左右進(jìn)行，以避免表面裂縫的產(chǎn)生。

3.2 防凍融措施

高寒高海拔水磨石應(yīng)結(jié)合大壩混凝土原有試驗(yàn)資料，成型一定數(shù)量的樣品，取得抗凍、抗?jié)B指標(biāo)，對(duì)于設(shè)計(jì)有特殊要求的，還應(yīng)取得部分劈拉試驗(yàn)力學(xué)指標(biāo)。相關(guān)材料品質(zhì)檢驗(yàn)試驗(yàn)，與普通混凝土的試驗(yàn)要求基本相同。

除混凝土必要的全面性能指標(biāo)檢測(cè)外，高寒高海拔水磨石需要落實(shí)加強(qiáng)振搗打磨，保證混凝土密實(shí)度，減少毛細(xì)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(yàn)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(shí)，能夠控制滲水，避免凍融破壞。

4 成果應(yīng)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(qū)山南地區(qū)桑日縣境內(nèi)的雅魯藏布江干流中游，電站裝機(jī)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(fā)電廠房等組成，壩頂高程3451m。本工程位于青藏高原氣候區(qū)，工程區(qū)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(duì)濕度51%，多年平均日照時(shí)數(shù)為2605.7h，歷年最大凍土深度為19cm?；咎匦詾闅鉁氐?、空氣稀薄、大氣干燥、太陽(yáng)輻射異常強(qiáng)烈。樞紐區(qū)露天地面部位主要為壩頂、廠壩平臺(tái)及尾水平臺(tái)。

4.2 水磨石地面結(jié)構(gòu)

水磨石地面結(jié)構(gòu)從下到上為：基礎(chǔ)面→鋼筋混凝土找平層(C30W8F200)→水磨石層，地面設(shè)置300cm×300cm的縮縫，同時(shí)分縫應(yīng)考慮工程建筑物的結(jié)構(gòu)縫位置而調(diào)整設(shè)置。具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水磨石地面結(jié)構(gòu)

4.3 澆筑準(zhǔn)備與找平層混凝土、水磨石澆筑

DG水電站大壩混凝土已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)高度，增加水磨石結(jié)構(gòu)層，設(shè)置了φ12mm的螺紋鋼筋網(wǎng)片，間距10×10cm。

采用坍落度為90mm的細(xì)石混凝土構(gòu)成墊層。找平層混凝土出現(xiàn)初凝的情況時(shí)，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(xiàn)風(fēng)干現(xiàn)象。

水磨石拌合料的鋪設(shè)在找平層混凝土初凝前進(jìn)行，在拌合樓進(jìn)行拌制經(jīng)混凝土罐車運(yùn)輸至他面，均勻卸料，人工攤鋪，滾筒壓實(shí)、鐵板拍緊、鐵抹抹壓壓光，保證密實(shí)度。由于工程量不大，澆筑時(shí)段避開了陽(yáng)光照射。初凝一段時(shí)間后開始養(yǎng)護(hù)。

4.4 切縫及填隙

采用切割機(jī)沿劃線進(jìn)行切縫，縫寬×縫深=5×100mm。

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

4.5 粗磨

(1)按照先開磨循序向另一側(cè)順序推進(jìn)方式，勻速推進(jìn)，不隨意地滿地開花式的打磨。磨機(jī)不長(zhǎng)時(shí)間停留在一個(gè)部位不動(dòng)，不超磨，邊磨邊觀察邊檢查，不磨損過(guò)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(guò)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(guò)后，再補(bǔ)磨一遍，對(duì)不平整的高處重點(diǎn)磨。

4.6 質(zhì)量控制要點(diǎn)

(1)施工人員與技術(shù)交底

應(yīng)使用有經(jīng)驗(yàn)的混凝土施工人員，有水磨石施工經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)先使用；應(yīng)做好技術(shù)要求交底，重點(diǎn)高寒高海拔氣候條件下的施工時(shí)間、工序交底，重視防開裂注意事項(xiàng)。

(2)設(shè)備選擇

除水磨石打磨設(shè)備外，其余采用常規(guī)設(shè)備即可。大面積地面打磨采用水磨石機(jī)，打磨2遍，第一遍用50—100號(hào)粗砂輪濕磨(粗磨)；第二遍用100—200號(hào)金剛石磨(細(xì)磨)，對(duì)于邊角不方便水磨石機(jī)打磨的區(qū)域，采用電動(dòng)手磨機(jī)打磨。

(3)質(zhì)量檢查

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

細(xì)磨過(guò)程中，采用2m靠尺檢查平整度。檢查標(biāo)準(zhǔn)：偏差小于3mm。

檢查切割縫深滿足設(shè)計(jì)深要求。檢查嵌條平直，偏差小于3mm。

(4)混凝土強(qiáng)度指標(biāo)，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.7 運(yùn)行檢驗(yàn)

西藏DG水電站大壩壩頂水磨石已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)最低氣溫達(dá)-13℃的冬季考驗(yàn)，無(wú)開裂變形，無(wú)膨脹擠壓破壞情況。

5 結(jié)語(yǔ)

西藏DG水電站成功實(shí)施高寒、高海拔地區(qū)大壩壩頂水磨石施工技術(shù)，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(wèn)題，同時(shí)解決了傳統(tǒng)工藝的弊端，總體實(shí)施效果良好，對(duì)于后續(xù)在青藏高原建設(shè)工程項(xiàng)目中具有借鑒意義。