反應堆廠房安全殼預應力施工技術

陳戴文

（海南昌江核電廠 海南昌江）

一、工程概況

海南昌江核電反應堆廠房安全殼底標高為-13.5m，頂標高為57.2 m，反應堆安全殼結構由基礎底板、筒身和穹頂三部分組成。其中，筒身和穹頂采用后張有粘結預應力混凝土結構，筒身為預應力混凝土圓柱殼，內直徑φ=37 m，壁厚0.9 m；穹頂為預應力混凝土的半球形殼體，內表面半徑R=24 m，厚0.8 m。安全殼預應力系統包括豎向、環向和穹頂預應力系統三部分。

（1）豎向束共有 144束，鋼束類型為 36T16；水平束共有199束，鋼束類型為19T16；穹頂束共有174束，鋼束類型為19T16。

（2）預應力系統采用7股φ15.7 mm低松弛高級鋼絞線，強度等級為1770 MPa，產品標準BS 5896-1980。鋼束錨具采用柳州OVM公司生產的37K型和19K型兩種錨固系統，產品標準符合技術規格書0738JT063中引用標準FIP Recommendations和JGJ 85-2002。為了保證鋼絞線在孔道中不致銹蝕，在孔道內灌入水泥漿進行保護，其中緩凝漿用于所有的預應力鋼束灌漿，膨脹漿用于水平預應力鋼束和彎頂鋼束的二次灌漿。

二、預應力材料及張拉設備

（1）鋼絞線。預應力筋設計采用的是英國標準BS 5896-1980的7股φ15.7 mm的低松弛鋼絞線，其性能要求為：公稱抗拉強度為1770 MPa，公稱面積為150 mm2，最小破斷力為265 kN，延伸率≥3.5%，1000 h松弛值≤4.5%。借鑒秦山二期工程施工經驗，經過比選，最終選用天津第一預應力鋼絲廠生產的鋼絞線。

（2）錨固系統。預應力錨固系統包括錨板、夾具、承壓板、喇叭口、灌漿連接器、錨頭保護蓋等。本工程選用了柳州OVM公司生產的錨固系統。

（3）張拉設備。本工程采用6臺YCW500H-250千斤頂，最大拉力4905 kN，最大行程250 mm，主要用于張拉水平束和穹頂束；4臺YCW1000H-250千斤頂，最大拉力8945 kN，最大行程250 mm，主要用于張拉豎向束。

三、預應力施工前試驗

1.摩擦試驗

為有效控制鋼束張拉施工質量，使安全殼得到預期的預應力效果，在預應力正式張拉前，需選擇具有代表性的鋼束，采用與實際張拉相同的鋼絞線、錨固系統、張拉設備及張拉方法進行張拉試驗，以測定孔道摩擦系數，據此確定最終張拉力。

2.灌漿試驗

預應力導管灌漿的主要目的是防止預應力筋的銹蝕，保證預應力筋與混凝土結構間的有效粘結。根據預應力導管布置的特點，灌漿料采用了緩凝漿和膨脹漿2種水泥漿體。為驗證灌漿設備、漿體成份及灌漿工藝是否可靠，而完全將漿體充滿孔道，按照設計要求進行灌漿試驗。

3.預應力施工流程

預應力導管安裝隨混凝土結構的施工同步進行，待安全殼混凝土強度達到設計強度后，再進行穿束、張拉、灌漿的預應力施工，是按分層段的流水作業方式進行的。

四、預應力系統施工技術

1.預應力導管施工

（1）預應力導管加工。豎向束、穹頂束采用剛性導管，水平束采用半剛性導管。在遇閘門口和某些貫穿件需以雙向彎曲的導管繞開處采用剛性導管。

（2）導管連接型式。半剛性導管（即波紋管）與剛性導管，以及剛性導管與剛性導管間的連接均采用承插式接頭，做法是用脹管機將剛性導管的一端擴成鐘形口，連接時將導管插口端插入相鄰導管的鐘形口內，并在接口處用環氧樹脂粘合，接口縫處外部采用遇熱可收縮的套管進行密封，確保其密封性。

半剛性導管連接是將預先制作的長450 mm、φ100×0.6 mm相同波紋的套管全部擰到第一根半剛性導管上，然后將第二根導管定位，再把套管退擰到一半長度，將兩根導管連接，接口縫處外部采用遇熱可收縮的套管進行密封。

（3）導管安裝。

①豎向管道安裝。由于豎向孔道較高，鋼管采用分層施工，隨著安全殼筒身混凝土施工逐漸上升。根據混凝土層高度、鋼襯里水平角鋼的位置確定豎向接頭的位置，一般以4 m（兩個混凝土施工層）左右為一接頭，特殊部位可根據現場實際情況將節長調整為2 m，對設備閘門處的曲線段可適當加長。

②水平管道安裝。水平管道支撐在預先預制好的鋼筋支架上，支架要與鋼襯里加勁肋或相鄰的受力筋連接牢，以免導管在結構鋼筋綁扎或混凝土澆筑施工中發生移動，間距為1.5～2 m。

③穹頂管道安裝。穹頂的每根導管由A、B、C三段組成，B為直線管、A為平面曲管、C為空間曲管。在環梁施工時，將B管段安裝就位，待穹頂墊層混凝土澆筑后再接入C管段和A管段，在每根導管上拱段的拱頂及兩側應對稱地設置排氣孔和灌漿孔。

對于預應力系統的所有導管，每根導管應在安裝完成后、混凝土澆筑過程中以及拆模后，均應進行通規檢查，以保證導管內部的暢通。

2.預應力穿束施工

（1）穿束前氣密性檢查。穿束前應對待穿孔道進行探查和清理，并查明導管上排氣孔、泌水孔、灌漿孔的具體位置及導管密封情況。密封性檢查方法是從灌漿孔打入壓力為0.5 MPa的壓縮空氣至其他開孔均已封閉的導管內，先按3×105Pa打壓，合格后再分別加壓至4×105Pa、5×105Pa。判定合格的依據是每一級壓1 min，壓降＜1×105Pa為合格。打壓時應在核島內部安排一名工作人員對鋼襯情況進行適時觀察，尤其是截椎體的部位需格外注意，避免發生鋼襯鼓包等質量事件。當密封性檢查不合格時，應及時通知設計人員合理地更換鋼束的張拉順序。

（2）穿束。采用穿束機將鋼絞線逐根推送至鋼束導管中，到達規定長度后切斷，直至達到規定的根數。豎向鋼束穿束時，鋼絞線自上向下穿入，環向鋼束和穹頂鋼束穿束時，從鋼束導管的一端穿入。穿束過程中應對鋼絞線作外觀檢查，如發現鋼絞線的表面狀態低于“B”級要求，應停止穿束，經進一步檢查確認質量合格后方可繼續穿入，否則需切除不符合部位或更換合格的鋼絞線盤卷后方可繼續施工。穿束完畢，對鋼絞線兩端外露部分用塑料薄膜進行防護，防止雨水進入鋼束導管，并盡快對鋼束進行張拉。穿束施工與張拉施工時間間隔應＜30 d。

（3）張拉施工。張拉工藝流程是鋼絞線端頭、承壓板表面清理→按照張拉順序對鋼束進行標記→安裝錨頭、夾片→安裝張拉設備→張拉至初始應力→安裝測量標記并測量初始伸長值→分級加荷并測量各級荷載下的伸長值→加荷至最終值并持荷3 min→測量最終伸長值→頂錨、回油→測量內縮量→拆除張拉設備→驗收→切割多余鋼絞線頭。當安全殼混凝土強度達到設計強度后方可進行張拉施工，張拉工作應分階段進行，即豎向束分6個階段，水平束分10個階段，穹頂束分3個階段。

（4）豎向鋼束張拉。豎向束采用2臺千斤頂對稱張拉，張拉控制力為7630 kN，經計算（不考慮壓力表本身標定數量差異，僅考慮千斤頂內阻系數）其理論壓力值為42.4 MPa，張拉設備為YCW1000H-250千斤頂，采用上端分級張拉，下端固定；部分遇貫穿件的曲線束，上端張拉后，下端還要補張拉。張拉程序如下：

①施工初應力為5 MPa時應暫停，檢查設備及錨具情況，無異常在張拉至10 MPa，當張拉力穩定后，測量并記錄千斤頂的初始伸長值及初始張拉力。

②分別張拉并記錄20 MPa、30 MPa、40 MPa及最終張拉控制力時千斤頂的伸長值及張拉力。

③對于補張拉束，當上端分級張拉至40 MPa，為保證不出現超張拉情況，上端臨時錨固，在下端一次性補張拉至40 MPa，并記錄伸長值，最后上下兩端同時張拉至最終張拉控制力。

④鋼絞線束千斤頂卸荷至5 MPa時暫停，測量鋼絞線的毛內縮量，鋼絞線內縮量應控制在5～8 mm內，否則應查明原因，松錨重新張拉直至合格。

⑤當鋼絞線伸長值超過千斤頂一次最大行程時，可在千斤頂達到最大行程前進行中間錨固，然后操作千斤頂活塞回縮，并進行≥2次的張拉，以滿足鋼絞線達到張拉控制力和伸長值，伸長值應為各級張力伸長值之和。錨固階段的內縮量取最后一次錨固時的數據。

⑥根據已測數據和初應力以下的推算伸長值，計算出該鋼絞線束張拉時的實際伸長值和預應力鋼絞線在錨固階段的內縮量，將計算結果與設計規定比較是否相符。

⑦切除多余鋼絞線，外露長度為30～35 mm，并立即安裝灌漿帽。

（5）水平和穹頂鋼束張拉。水平、穹頂束張拉控制力為4027 kN，經計算（不考慮壓力表本身標定數量差異，僅考慮千斤頂內阻系數） 其理論壓力值為 45.4 MPa，張拉設備為YCW500H-250千斤頂，采用兩端同時分級張拉。張拉程序與豎向鋼束相同。不同點是水平和穹頂鋼束伸長值是以兩端伸長值之和來計算；鋼絞線張拉至張拉控制力后，兩端分別錨固，即A端先行錨固，B端在A端錨固后補足張拉力后再進行錨固。

3.張拉施工質量控制

張拉設備使用前應經國家法定機構配套標定，油泵的工作油壓表在長期使用過程中必須定期進行校核，即：每2周校核1次或每張拉75次后校核1次。當出現故障時需及時進行檢修和校核。安裝千斤頂和工作錨時，應保證千斤頂中心線、錨頭中心線和鋼束導管出口的中心線對中，鋼絞線在千斤頂體內不得有交叉扭結。鋼束錨固后，應檢查有無滑脫、斷絲現象，并檢查夾片有無破損，錨頭有無裂縫等缺陷。

4.預應力孔道灌漿施工

（1）制漿。緩凝漿的制作應在現場的制漿房集中進行，制漿采用3臺0.5 m3的強制式水泥漿攪拌機，為防止漿體沉淀和能夠貯存足夠的水泥漿，還設置了3臺0.3 m3的貯漿攪拌機。制漿時先向緩凝漿攪拌機罐內加入經稱量的拌和水210 kg，接著向拌合水中加入外加劑“Conplast SP337A”14.4 kg，攪拌1 min，在攪拌過程中均勻加入經稱量后的 P·Ⅱ42.5R硅酸鹽水泥600 kg，繼續攪拌5 min，攪拌完畢水泥漿經篩網過濾后放入二次攪拌罐中，初步測定水泥漿流動度及漿體溫度，應滿足流動度9～13 s，漿體溫度＜32℃。水泥漿在二次攪拌罐中停放45 min，然后在二次攪拌罐內加入經稱量的外加劑“Conplast RP264”，每個攪拌罐用量為2.4 kg，攪拌5 min（如果二次攪拌罐中放入2罐緩凝漿水泥時，應加入“Conplast RP264”4.8 kg），需再次測定貯漿罐中水泥漿的流動度及漿體溫度（技術指標同上）。

膨脹漿的制作和灌注工作應根據各灌漿孔的具體位置在其附近搭設的臨時工作平臺上進行，首先向水泥漿攪拌機罐內加入經稱量的拌和水72 kg，接著向攪拌水中加入外加劑“Conplast SP337A”3 kg，攪拌1 min，攪拌過程中均勻加入經稱量的P·Ⅱ42.5R硅酸鹽水泥200 kg，攪拌2 min，攪拌過程中加入經稱量的“Intrajplast-Z”型外加劑1.8 kg，繼續攪拌4 min，攪拌完畢水泥漿經篩網過濾后放入貯漿罐中，測定水泥漿的流動度和罐中漿體溫度，水泥漿應滿足：流動度10～26 s內，漿體溫度＜32℃，經測定合格后盡快灌注。

（2）豎向孔道灌漿施工。豎向孔道灌漿采用緩凝漿，自下往上壓力灌漿。首先調整灌漿泵壓力裝置，將安全壓力表設定為1.8 MPa，再調整泵的壓力，使預應力孔道中緩凝漿流速為10～14 m/min；當上端的重力補漿裝置下部取樣口流出勻質、流動度為10～14 s的漿體時，關閉此取樣口；繼續泵壓，直到重力補漿裝置上部的溢漿口有漿體流出。使孔道內的泌水往上排入重力補漿裝置中，同時重力補漿裝置中的漿體會對孔道內進行補充，12 h后或重力補漿裝置內漿體開始變硬時，取下重力補漿裝置。

（3）穹頂孔道灌漿施工。穹頂預應力孔道第一次灌注緩凝漿，先由一端（A端）灌向另一端（B端），待B端流出合格的水泥漿后關閉水泥漿進、出孔道的閥門，暫停灌漿，10 min后再從B端向孔道拱頂的最高點C和越過最高點的次高點D灌漿，待D處流出流動度為10～14 s的水泥漿后關閉拱頂C和D處的閥門，繼續緩慢灌注水泥漿，使B端入口處壓力達到1 MPa。在第一次灌漿后3～5 h，用0.03 MPa的壓縮空氣將D、E間的水泥漿排空以備二次灌漿。

在緩凝漿初凝的1～7 d后，對拱起段灌注膨脹漿。灌漿前預先用少許水濕潤管道，再用壓縮空氣吹干。當進漿口處漿體流動度在14～26 s時，將漿體從D（或E）處灌入孔道，直到出漿口E（或D）處流出勻質漿體，流動度達到14～26 s，漿體溫度＜32℃時關閉出口端。繼續泵漿，當C處有均質漿冒出時，關閉C處閥門，并加壓至0.5 MPa后停止壓漿。過1～5 min后，開啟E和C，開泵排出部分漿體，重復以上灌漿步驟再進行一次，使出口處冒出均質的濃漿為止。

（4）水平孔道灌漿施工。初次灌漿采用緩凝漿，對于拱高＞1.2 m的大拱度孔道，需在拱段二次灌膨脹漿。開始灌漿時將安全壓力表調為1 MPa，加載時調整孔道漿體流速為10～16 m/min。灌漿方向從最接近拱起端向另一端進行，當灌漿泵出口處漿體流動度達到10～14 s時，連接進口端，注意控制灌漿速度；當出口端出現勻質漿體，流動度達到9～13 s時關閉出口端。升高泵壓，持壓30 s，以檢查水泥漿壓力的穩定性。待緩凝漿灌入3～5 h后，用壓縮空氣對拱起段反復進行吹氣，以吹掉該段的全部漿體和水，確保管道通暢。

在緩凝漿初凝的1～7 d后對拱起段灌注膨脹漿。水平孔道的二次灌漿與穹頂管道相同。

（5）灌漿施工質量控制。

①灌漿時，對灌漿壓力應進行持續監控，豎向孔道灌漿口的壓力控制在1.8 MPa內，穹頂和水平孔道的第一次灌漿壓力控制在1 MPa內，二次灌漿壓力控制在0.5 MPa內。同一孔道灌漿發生3次中斷時，應停止灌漿，并將孔道內水泥漿排空，重新灌漿?？椎赖墓酀{一般在鋼束張拉后7 d內完成，特殊情況下，必須在張拉后的15 d內完成。

②在夏季環境溫度＞32℃的天氣施工時，為使水泥漿的制漿溫度滿足設計要求，應盡量安排在夜間進行灌漿，并對原材料、儲漿裝置等進行降溫處理。

③豎向孔道灌漿時應在核島內部安排一名工作人員對鋼襯情況進行適時觀察，尤其是截椎體的部位需格外注意，避免發生鋼襯鼓包等質量事件。

5.預應力施工總結

海南昌江核電工程反應堆廠房，在預應力系統施工前便對施工方案進行深入討論和優化，例如，結合地區的特殊氣候環境對相關設計文件進行了變更，使預應力系統施工過程中較為順利。2個反應堆的預應力施工期限，均比計劃提前了34 d和45 d，且未出現質量問題。具體效果如下：

（1）因其他核電站在預應力孔道密封性檢查時出現過因打壓導致鋼襯里鼓包的事件，為避免類似事件發生，經與設計人員討論，決定將密封性檢查的壓力從0.6 MPa降為0.5 MPa，并采取分級加壓，即先按0.3 MPa加壓，合格后再分別加壓至0.4 MPa、0.5 MPa，若某一級壓降超標，就要停止加壓，查找原因。同時在打壓時安排專人在反應堆內部對應的孔道位置進行觀察，以免導管漏氣至鋼襯里側，對鋼襯里造成不利影響而導致鼓包事件發生。

（2）技術規格書0738JT061中規定“經攪拌后的水泥漿溫度應＞25℃”，但考慮到本工程預應力施工期間的平均溫度是26～29℃，且＞35℃的高溫天氣居多，因此參考方家山核電站的施工經驗，將水泥漿溫度調至32℃。同時盡量安排在夜間施工，不但較好的控制了水泥漿溫度，也確保了灌漿施工質量。

（3）本工程預應力張拉施工時采用的油泵油壓表最小刻度為2 MPa，而豎向鋼束和水平（穹頂）鋼束最終壓力分別為42.4 MPa和45.4 MPa，因油壓表的精度較低，而導致在現場進行讀數時會產生誤差。為此，在后續工程施工時建議采用精度更高的油壓表，以提高讀數的準確性。