AP1000核電站安全殼底部灌漿工藝研究與應用

【摘要】通過了深入了解施工圖紙和現場條件，經過對灌漿設施的設置、灌漿料的拌制、灌注、防空鼓控制技術、灌漿料養護等環節的施工技術進行了一系列研究和改進，制定出了相應的工藝流程。它填補了國際AP1000核電站安全殼底部灌漿工藝的空白。 為提高工程質量、壓縮建造工期、保證施工安全和降低建造成本提供了解決途徑。

【關建詞】AP1000核電站；安全殼底部；灌漿工藝；研究與應用

引言：AP1000核電站鋼制安全殼底部灌漿范圍為A層與CV底封頭之間約100mm±50mm空隙，成碗狀結構，采用常規的施工方法（混凝土直接澆筑）難以滿足施工質量，存在質量缺陷的風險較大，根據設計要求及現場施工條件分折對比認為通過普通混凝土與灌漿料的結合具有可行性，而對于灌漿面積為306m2，總量約為30.6m3灌漿料一次性整體灌漿如何施工國內外沒有類似先例參照，因此對AP1000核電工程核島安全殼底部灌漿工藝研究是必要的。對此二四海陽核電項目部通過進行了一系列研究和驗證，解決了施工難點，制定出了相應的灌漿工藝，并在工程應用中去，保證了進度和質量，效果十分理想。

1 施工難點及質量控制風險

1.1 灌漿施工時，灌漿區域周圍CR10鋼結構支架已經安裝完畢、CV底封頭下部EL.66ˊ6〞-EL.82ˊ6〞鋼筋已綁扎完畢、CV底封頭已經吊裝就位，由此造成灌漿施工操作區域相對狹小。

1.2由于灌漿量較大，因此需要嚴格控制灌漿料攪拌速度、入模溫度及灌漿速度。

1.3灌漿軟管及吸水軟管需在CV底封頭吊裝之前預留，灌漿時對其位置的控制難度較大。

1.4灌漿之前對基層進行充分濕潤后，將濕潤用水排出難度較大。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1施工技術準備

2.1.1根據施工質量標準以及施工環境，進行針對性的模擬實驗，取得相關的施工工藝參數。

2.1.2認真熟悉施工圖紙及設計文件，清除漏、錯、碰、缺等問題，解決施工技術與施工工藝之間的矛盾，將施工中可能存在的問題及對設計圖紙的一些合理化建議及時同工程管理單位進行協商，為工程順利進展做好準備。

2.1.3編制詳細可行的施工方案，要求全面并突出重點，以施工圖、施工規范、質量標準、操作規程和灌漿料廠家提供的灌漿指導書作為編制方案和組織施工的指導文件。

2.1.4施工前的準備工作充分，預測到施工過程中所需的材料、機械設備、勞動力及周轉工具的需用量，編制詳細的材料計劃和半成品的加工計劃。

2.1.5針對于該工藝的特點、難點，分別編制詳細的培訓計劃、培訓材料，對參與施工的人員組織系統培訓，做到每個參與人員清楚自己的崗位，熟悉自己的工作內容，并進行詳細的技術交底。

2.1.6編制應急情況下的處理方案及措施，現場施工做到忙而不亂、井井有條。

2.1.7所有物資、機具、人員準備完畢，現場具備灌漿施工條件。

2.2灌漿基層處理質量控制

按照美國規范和西屋技術規格書的要求，進行A層混凝土表面施工縫處理。由于該區域呈碗狀結構，混凝土澆筑完成以后無法進行沖毛作業（沖毛廢水無法集中排出），只能在混凝土養護結束以后進行人工鑿毛處理。鑿毛過程中，注意混凝土表面均勻處理，在滿足技術要求的前提下，不宜在混凝土表面留下過大的坑，以免積水無法及時排除，影響灌漿料的質量。

2.3灌漿料配合比設計和原材料質量控制

底封頭灌漿料的選擇與拌制應符合以下要求：

2.3.1攪拌灌漿料所采用的配合比應嚴格按照規范或生產廠家提供的配比參數執行，新拌灌漿料必須具有極好的工作性、流動性、和易性，絕對不允許出現離析的現象。

2.3.2采用灌漿料需用同一廠家，盡可能采用同一批次的。

2.3.3施工所用灌漿料的技術參數，需滿足美國規范以及西屋技術規格書的技術要求，灌漿料擴展度滿足GB/T 50448-2008的要求（初始值≥340mm；30min保留值≥310mm），制漿按照灌漿料產品說明書的要求嚴格執行。

2.4灌漿管及吸水軟管埋設

2.4.1在CV底封頭吊裝之前，在A層混凝土基礎表面均勻布置灌漿軟管和吸水軟管，為避免施工過程中出現堵管等應急情況，可同時多布置一根備用灌漿管（見圖2-2）；布管過程中注意控制鋪放管子凹槽的深度和寬度。凹槽深度不小于5cm，寬度不宜小于15cm，灌漿管的固定支架不宜伸出A層混凝土面3cm，防止CV底封頭變形壓倒灌漿管固定支架并卡住灌漿管。

管道布置深度、位置要嚴格按照管道分布圖的位置尺寸布置，不得隨意更改管道的布置路線及管道的深度。

四個方向的灌漿管按照兩長兩短的方法布置，便于一開始灌漿排出CV底封頭基礎與鋼殼之間的空氣。

2.4.2灌漿管及備用管，采用可轉動的簡易轉軸支架作為固定管卡進行固定，以確保灌漿管能保持穩定且使用完后又可順利抽出。簡易轉軸支架采用膨脹螺栓固定在混凝土基層上，固定的位置見圖2-3。

以上位置供參考，應根據現場實際情況具體安排、布置。

2.5灌漿前的施工準備

2.5.1在CV底封頭安裝就位后，應考慮相應的防護措施，如：在其底部靠近臨時支撐短柱處粘貼一圈塑料防雨布，用于防止雨水及雜物進入灌漿區域，以防止雜物和雨水等進入灌漿區域，污染灌漿基層，見圖2-4和圖2-5。

2.5.2為保證A層混凝土基礎與灌漿層接觸良好，灌漿前，提前24小時將基層表面進行充分濕潤。要求在灌漿施工前，將濕潤用水通過預留在灌漿區域的吸水軟管利用抽水泵抽出。

2.5.3所有施工機具清洗干凈，并在施工前進行全面檢查，排除故障隱患，并安放到指定位置，避免在施工過程中影響施工節奏。

2.5.4檢測液面的LED燈根據布置圖的位置布置好。

2.6灌漿料的制備

2.6.1設備清潔完畢后，必須排空設備和管道內剩余的積水，保持設備內濕潤即可，確保第一次攪拌出的材料水灰比正確。

2.6.2制備灌漿料時，必須嚴格按照灌漿料廠家提供的配合比進行計量，灌漿過程嚴禁隨意加水，因為任何微小的變化都可能影響灌漿料的性能變化。

2.6.3按照灌漿料廠家提供的配合比進行計量，每次攪拌時，先把70-80%預先稱重好的干凈水加入到攪拌機內，在持續緩慢攪拌的同時加入灌漿料，然后再加入剩余的水，并繼續攪拌2-4分鐘，直到混合均勻。攪拌時間可適當延長，以達到規范或廠家技術說明要求的流動性為準。

現場在選擇灌漿料攪拌時，應根據上述的攪拌要求選擇合理、經濟的攪拌設備，同時應根據現場灌漿速率考慮攪拌設備，確保攪拌設備能夠滿足現場施工需求，但還需以攪拌出的灌漿料的流動性滿足設計要求為準。

制備灌漿料時應注意以下幾點：

（1）預先計算好材料用量和符合標準用水量，滿足現場有充足的材料，確保攪拌和灌漿的連續性；

（2）攪拌地點應盡量靠近灌漿施工地點，盡可能減少輸送距離；

（3）攪拌時，注意不得將攪拌器內的水濺出，以免影響材料的水、料配比；

（4）攪拌要均勻，不得有塊狀、干粉等現象出現；

（5）現場使用時，嚴禁在灌漿材料中摻入任何外加劑、外摻料。

2.7 灌漿實施

2.7.1灌漿之前，先將灌漿管進行濕潤，避免灌漿管將灌漿料中的水分吸收，影響灌漿料和易性，產生堵管現象。可考慮采用水灰比偏大的薄漿對灌漿管進行濕潤。

2.7.2完成潤管工作以后，將制備好的漿體注入灌漿泵的儲料罐中，儲料罐慢速攪拌，以保持材料的流動度，待滿足灌漿量時再通過灌漿泵進行壓力灌漿，灌漿時確保連續性。在灌漿過程中，儲料罐內的灌漿料液面不得低于15cm，以防止吸入空氣，使氣體進入灌漿層中，影響灌漿質量。

2.7.3灌漿管控制

灌漿開始時，將攪拌完成的灌漿料通過灌漿泵經由兩根長管，將灌漿料輸送到灌漿區域底部中心位置。

當澆筑到一定部位后（根據理論計算以及現場檢測的實際情況確定時間）再由四臺灌漿泵共同從底部開始逐步向上灌漿。這樣可以比較順利的將底部空氣排除干凈。兩根短管在開始灌漿時必須保持在液面以上，避免將管中的空氣排入灌漿料中。此后每次向外拖動灌漿軟管時，必須確保管口低于灌漿液面，以免漿體進入空氣。備用灌漿管須與主灌漿管同時抽出，且在使用前要確保備用管口始終在液面之上。

每臺灌漿泵的速度應嚴格控制，隨著灌漿時間的推移，根據LED或其它檢測儀器等檢測灌漿料的液面位置，緩慢向外移動灌漿導管，如此循環直到灌漿工作結束。

灌漿管移動的速度可以通過理論計算采取保守數值確定，即灌入一定數量的灌漿料后，同時根據現場監測到的液面位置，相應抽出一定長度的灌漿軟管，但要求軟管始終位于灌漿液面以下200mm以上。同時在灌漿過程中做好灌漿位置的觀測工作，并及時對理論計算值與實際觀測值的差距進行對比分析，及時調整理論計算值和灌漿速度。

灌漿過程中采取的測量方法如下：

灌漿進度控制需通過理論計算，確保每臺攪拌機的制漿能力能夠滿足灌漿泵的最大輸送量，因此根據灌漿泵的灌漿能力以及生產的灌漿料進行計算，確保整個灌漿過程能夠順利進行。

實際灌漿階段：第一階段必須保證1#、3#管同時灌漿；第二階段1#、3#管抽至注漿點2后，放緩灌注速度，必須先保證2#、4#管同時灌漿達到設計灌漿量后，方可4根注漿管同時開始灌注；第三階段3～6#注漿點必須保證4根管依次同時灌注；第四階段外圍補漿。

整個灌漿過程應該連續進行，通過攪拌設備的選擇，確保灌漿料攪拌速率滿足現場施工要求，避免灌漿過程中灌漿料有冷縫產生。

2.8 灌漿料取樣

水泥基灌漿材料的驗收以實驗室檢驗為標準，檢驗項目應報告流動度、豎向膨脹率、抗壓強度等。檢驗方法除執行現行的有關規定外，尚應符合《水泥基灌漿材料施工技術規程》（YB/T9261-98）和《水泥基灌漿材料應用技術規范》（GB/T50448-2008）中的有關規定。

流動度、豎向膨脹率、抗壓強度采取檢查灌漿料的出場質保資料（合格證、檢驗報告等）。對于同一批次的灌漿料，以每50t的頻率做一組標準養護抗壓強度試塊，標準試塊尺寸為40×40×160mm ，每組三塊。

2.9 灌漿料的養護

灌漿料的養護根據《水泥基灌漿料應用技術規范》（GB/T 50448-2008）以及產品技術說明的要求進行施工。

2.9.1常溫養護

灌漿時，日平均溫度不應小于5℃，灌漿完畢以后裸露部分的灌漿料應及時灑水覆蓋塑料薄膜或養護劑進行保濕養護，也可以加蓋濕潤的麻袋保持濕潤。采用塑料薄膜覆蓋時，應保持塑料薄膜內有凝結水。灌漿料保持濕潤狀態，養護時間不得少于7d。

2.9.2冬期施工養護

冬期施工，工程對強度增長無特殊要求時，灌漿完畢以后裸露部分應及時覆蓋塑料薄膜并加蓋保溫材料，起始養護溫度不應低于5℃。負溫條件下不得澆水。拆模后灌漿料表面溫度與環境溫度溫差大于20℃時，應采用保溫材料覆蓋養護。如環境溫度低于灌漿料材料要求的最低溫度時，或需要加快強度增長時，可采取人工加熱的方法。

3工程應用案例

3.1 工程概況

海陽AP1000核電站核島一期工程鋼質安全殼底部壓力灌漿范圍為A層混凝土與鋼質安全殼之間約100mm±50mm空隙，成碗狀結構，灌漿面積為306m2，總量約為30.6m3。該灌漿基層混凝土為圓柱體強度4000PSI（立方體抗壓強度C35）。

3.2 施工情況

施工過程中，現場嚴格按照本工法工藝流程來實施，施工現場組織科學、合理順暢。使得1#、2#核島CV鋼質安全殼底部灌漿工作取得圓滿成功。

3.3 工程監測與結果評價

通過海陽1#、2#核島鋼質安全殼底部灌漿工作，整個施工的設計、組織、實施均由海陽核電項目部獨立完成。為后續AP1000核電項目實施，積累了豐富經驗。

通過灌漿施工，形成了一套較完善的施工工藝流程，以及相應的控制標準，通過2個AP1000核島灌漿施工，在所有參與人員的共同努力下，均保質保量的完成了工作。

4 結論

通過對海陽核電一期工程1#、2#核島鋼制安全殼底部灌漿工藝研究與應用，解決了施工難點，經驗證是合理可行的。對提高工程質量、壓縮建造工期、保證施工安全和降低建造成本有顯著的經濟效益和社會效益。

5 參考文獻

[1]混凝土澆筑與鋼筋布置CPP-CC01-Z0-020 Rev_3 美國規格書

[2]混凝土測試置CPP-CC01-Z0-025 Rev_0 美國規格書

[3]水泥基灌漿材料應用技術規范50448-2008

[4]水泥基灌漿材料施工技術規程YBT9261-98

[5]混凝土結構工程施工質量驗收規范GB50204-2002