核電站單側模板體系技術研究與應用

張仔紅

【摘 要】漳州某核電站是目前我國自主研發的第三代壓水堆核電站，該堆型核電站避免大飛機撞擊，設計為雙殼結構，各廠房均為鋼筋混凝土結構，工程量大、工期緊。廠房布置緊湊、墻體厚度大、樓層高且各廠房相鄰墻體之間設置了伸縮縫，伸縮縫不能出現任何剛性連接。受到以上因素的限制，相鄰廠房間墻體無法設置對拉螺桿抵抗混凝土的側壓力，同時各工序施工過程中反復搭拆操作平臺，施工持續時間長，存在較大的安全隱患。為解決施工過程中存在的問題，提高墻體模板施工安全和質量，文章對單側模板體系進行了研究。在傳統的“大模板+拉環+鋼管”基礎上，提出了“板面系統+支撐系統+預埋固定系統”的整體單側模板體系，并進一步通過試驗進行綜合分析。結果表明，“板面系統+支撐系統+預埋固定系統”的整體單側模板體系能夠更好地滿足現施工質量要求。該模板體系在漳州某核電站得到成功應用，并不斷改進和優化，形成一套完整的施工技術，對后期優化提供了技術參考。

【關鍵詞】核電站;單側模板體系;支撐

【中圖分類號】TU755.2 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）04-0047-03

0 前言

目前，我國積極推進綠色低碳發展，力爭在2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和。核電作為清潔能源之一，技術成熟，三代壓水堆核電站是我國目前主推的堆型之一，在建項目有4～8臺。漳州某核電站采用了該堆型，堆型廠房布置緊湊、墻體厚度大、樓層高且各廠房相鄰墻體之間設置了伸縮縫，伸縮縫不能出現任何剛性連接。傳統的施工方法已經無法滿足混凝土側壓力的要求，所以迫切需要研究一種新的單側模板體系。結合前期核電施工經驗，以一種模板系統、單側支架系統、埋件系統組合的工裝體系，在漳州某核電站進行試驗，形成一整套施工工藝。

1 工程概況

漳州某核電站核島廠房布置緊湊，14個廠房之間均設置了伸縮縫，伸縮縫寬度為100～350 mm，水平長度約410 m。樓層最高高度達到6 m，涉及單側模板區域面積約10 250 m2。伸縮縫內使用密封材料和背襯材料共同作用，保證整個伸縮縫具有氣密、水密、防火、耐輻照等功能。故需重點控制伸縮縫處墻體截面尺寸、表面平整度、外觀等。同時，各廠房相鄰墻體施工邏輯存在相互制約，交叉作業的安全風險，施工緩慢。采用傳統的小模板拼裝、扣件式鋼管作為支撐體系的模式需要大量的人工倒運，各工序作業過程中需要反復搭拆操作平臺，施工進度緩慢，安全隱患頻發，出現漲模、錯臺等質量缺陷，已經無法滿足新型核電堆型建設的工期、質量、安全要求。因此，迫切需要對模板體系進行優化。先施工的墻體側采用定型大模板，后施工的墻體側采用單側模板體系。

2 單側模板體系工藝原理

單側模板體系是采用型鋼和連接件制作形成的一個工具式支撐系統，支撐系統與配套拼裝式模板結合的模板體系，其主要由板面系統、支撐系統、調節系統、預埋固定系統和附件組成。施工過程中，支撐系統可作為單獨的操作平臺使用，也可同板面系統等組成單側模板體系共同抵抗混凝土澆筑時產生的側壓力[1]。當混凝土接觸到墻體模板板面時，側壓力開始作用于模板板面，板面通過背楞將均布荷載轉為線荷載，進而由三角形架體支撐體系進行力的傳遞，支撐體系下端直角部位有提前預埋的埋件固定系統產生的支座反力使架體不能后移。隨著混凝土澆筑高度的增加，模板受力上移，因模板已固定不能后移，就會產生一個向后的側壓力，傳遞于三角形架體的支撐系統上，最終將受力傳遞至地面?；炷恋膫葔毫ψ罱K由埋件固定系統抵消。

3 單側模板體系施工技術應用

3.1 單側模板體系施工工藝流程

施工工藝流程：板面系統拼裝→支撐系統拼裝→標準單元拼裝→板面系統和支撐系統連接→單側模板體系施工。

3.2 板面系統拼裝

板面系統組成：單側模板由“工”字木梁、膠合板、高強拉桿、錐體、蝶型螺母、墊片、鋼楔及組裝的螺栓、鋼背楞、補模連接件、吊耳組成。

拼裝平臺安裝：按模板規格制作拼裝臺[2]，拼裝臺高0.3 m，寬5 m，長度根據車間空間可以延伸，一般不超過10 m。平臺主要采用型鋼進行組合，采用工具式螺栓組裝為3塊模塊，每塊模塊重量不超過0.5 t，組裝時保證各構件之間的水平誤差控制在2 mm以內。3塊模塊之間進行扣接，便于快速地拆除和采用垂直運輸設備進行吊裝。平臺作為模板制作的支撐，連接牢固、安全、平穩，對應的各構件平行且確保在同一水平面上，對角線長度保持一致。

“工”字梁、背楞組裝：把背楞排放在平臺上，拉準對角線，讓任意兩條背楞構成的長方形對角線相等。先在背楞兩端各放1根木梁，拉準對角線，讓2根木梁對角線相等，然后用連接爪固定。依此2根木梁為基準線，將其他木梁依此排放，并用連接爪固定牢靠;最后安裝吊耳，吊耳采用Q335級鋼制作，采用螺栓安裝在型鋼上。

面板鋪設：將面板鋪設在木梁上，并用螺釘固定。接縫處采用雙面膠帶或玻璃膠密封，模板兩側面板伸出“工”字梁外邊緣20 mm。

護邊保護角鋼等安裝：“工”字梁底部采用螺栓將防護角鋼與其連接，端頭木方與“工”字梁頂部連接牢靠。

板面系統檢查：板面系統拼裝完成后，由內部質量技術人員進行檢查驗收。

3.3 支撐系統拼裝

單側模板體系支撐系統主要由豎向主背楞、斜撐、地梁、模板調節器及對應連接銷組成。

支撐系統各構件在車間進行制作，制作完成后進行拼裝。先將地梁與豎向主背楞采用連接銷固定牢固。斜撐上下采用連接銷分別與豎向主背楞、地梁進行固定。根據墻體的高度，主要制作3.660 m、4.800 m兩種模數模板體系。3.660 m的單側模板體系設置1道斜撐，4.800 m的模板體系設置2道斜撐。施工需要作業平臺時，可在豎向主背楞上部安裝操作平臺，用螺栓將操作平臺支架與模板“工”字梁連接，鋪設踢腳板并安裝防護欄桿，所有的跳板及踢腳板必須加固保持穩定，嚴禁有探頭板。便于施工過程中單側模板平直度、垂直度調節，采用螺栓將模板調節器安裝在豎向主背楞上（如圖1所示）。

3.4 標準單元拼裝

將拼裝好的單榀支架豎立起來，搭設斜撐做好臨時加固。2～3榀為一個整體，采用扣件式鋼管連接為一個支撐系統標準單元。

3.5 板面系統和支撐系統連接

單側模板體系支架和模板的連接主要通過背楞扣件進行水平連接（如圖2所示），然后通過調節模板調節器對模板進行校正。單側支架單元與模板連接好后便形成獨立的單側模板單元。

3.6 單側模板體系施工

組裝好的單側模板體系支撐系統標準單元通過支架主背楞頂部吊點吊裝到需要施工的墻體位置。施工前需注意以下幾點：①在澆筑下一層樓板前，必須先準確預埋好地腳螺栓，螺栓距離墻邊350 mm，螺栓傾角為45°，并控制好露出高度和水平間距。②鋼筋綁扎好后，墻體鋼筋必須臨時固定牢固。③墻體根部雜物清理干凈，必要時用砂漿找平。④對板面進行清理和刷脫模劑，并按照要求對板面系統進行吊裝。⑤按照排版吊裝單側模板體系支撐系統，并用鋼管進行連接。吊裝后主背楞和板面系統用扣件連接牢固。⑥安裝壓梁、連接螺母和外連桿，緊固每根埋件螺桿，并進行檢驗。⑦檢查單側模板體系無誤后，方可進行墻體混凝土澆筑施工。

3.7 單側模板體系可旋轉操作支撐架與墻體的施工

單側模板體系可旋轉操作支撐架用于現場墻體模板支設前的墻體施工，施工人員通過在支撐系統上的可旋轉操作支撐架鋪設跳板，從而形成墻體與單側模板支撐系統間的站立平臺;站立平臺可供施工人員進行墻體鋼筋綁扎施工等活動，待墻體鋼筋綁扎施工完成后，收起可旋轉操作支撐架，方可進行墻體模板支設?？尚D操作支撐架施工細節如下：將組裝好的支撐系統標準單元上的主背楞頂部吊點吊裝到需要施工的墻體位置，通過與預埋的地腳螺栓（或膨脹螺栓）固定好單側模板支撐體系，拔出可旋轉操作支撐架限位插銷，放下可旋轉操作支撐架并鋪設跳板，跳板與操作支撐架采用鐵絲綁扎固定，通過檢驗可負載使用后，方可上人進行墻體鋼筋綁扎施工，待墻體鋼筋綁扎施工完成后拆除跳板，并向上收起可旋轉操作支撐架于單側模板體系主背楞間，插上限位插銷。通過吊裝模板板面系統與支撐系統進行連接。

3.8 單側模板體系拆除

待混凝土澆筑完畢且強度達到拆模要求后，調節斜撐，使得模板表面脫離墻體，再拆除底部外連桿和壓梁，最后使用吊鉤吊住豎向主背楞吊點將單側模板單元整體吊離至下一處施工段。

4 施工要點及難點

施工要點及難點：①單側模板支撐系統的下部主要受力部件是預埋固定系統，預埋時要準確就位，并在下一層樓板混凝土澆筑時采取措施固定牢靠，保證混凝土澆筑過程中不產生移位。②預埋固定系統施工時，還應保證固定端螺紋全部裸露在混凝土的外面，所有預埋件豎直、水平位置要保證在同一直線上。③預埋固定系統在預埋前要對螺紋采取保護措施，用塑料薄膜包好并綁定。④預埋固定系統時，相鄰間距要計算準確，預埋時嚴格按規定數量預埋。⑤連接螺母在連接埋件螺桿時一定要緊固，澆筑混凝土時需要專人看護。⑥碰到陰角部位架體沖突時，需要用其他方法加固。⑦模板校正垂直時，允許模板向內側誤差，不允許向外側誤差。⑧必須確保地梁基層堅實，有足夠的承載力，地梁后部不允許出現懸空現象。⑨混凝土澆筑時必須分層進行澆筑，混凝土澆筑速度不宜大于1.3 m/h。

5 理論計算

根據結構特點，主要對單側模板支撐系統各桿件的應力、變形量進行分析，并對預埋固定系統強度、錨固強度進行驗算[3]。此處以4.880 m單側模體系進行計算。

5.1 混凝土側壓力計算

根據《混凝土結構工程施工規范》（GB 50666—2011）規定，混凝土側力按下列公式計算，并取其最小值。

F=0.28γct0 βV1/2=0.28×25×4×1×1.31/2=31.92 kN/m2

F=γcH=25×5.0=125.0 kN/m2

取二者中的較小值作為模板驗算的側壓力標準值，G4k=31.92 kN/m2。

考慮結構重要性系數0.9和荷載組合分項系數1.35后，模板驗算的荷載基本組合的效應設計值G4=0.9×1.35×31.92=38.82 kN/m2。

5.2 架體荷載計算

單側支架主要承受混凝土側壓力，側壓力設計值取F1=38.82 kN/m2，有效壓頭高度h=1.550 m。架體影響間距L=1.220 m，所以單個架體的線荷載Q1=F1L=38.82×1.22=47.36 kN/m。

模板單重：4.880 m高度單側單重為1.22×4.88×0.7=4.17 kN。

挑架平臺：采用鋼跳板作為平臺走道板，面荷載為0.3 kN/m2轉換為平臺線荷載為Q2=F2L=0.3×1.22=

0.366 kN/m。

挑架平臺最大允許承載1.5 kN/m2影響間距為1.220 m，轉化為線荷載為QL=1.5×1.22=1.83 kN/m，平臺寬度為0.750 m。

經計算，豎向背楞處變形量為0.647 mm。綜合應力和變形的分析，單側模板支撐體系在施工過程中的受力、變形均符合要求。

5.3 埋件強度計算

根據計算可以知道，預埋件拉力最大出現在3.66 m高單側支架施工受力時，F錨=187.34 kN，共有2個埋件承擔，其中單個埋件最大拉力F=187.34/2=93.67 kN，預埋件為Ⅱ級螺紋鋼（d=25 mm），埋件最小有效截面積A=3.14×102=314 mm2，軸心受拉應力強度σ=F/A=

93.67×103/314=298.31 MPa<f=320 MPa，符合要求。

5.4 埋件錨固強度驗算

對于彎鉤螺栓，其錨固強度的計算只考慮埋入砼的螺栓表面與砼的黏結力，不考慮螺栓端部的彎鉤在砼基礎內的錨固作用。

錨固強度：F=πdhτb=3.14×25×550×3.5=151.1 kN>

F=93.67 kN，符合要求。

6 效益分析

單側模板體系應用在漳州某核電站核島土建工程，解決了核電站建造過程中在操作空間受限的情況下，墻體采用單側模板系統支設時，不需要單獨設置對拉螺桿和預埋錐體，即可完成模板支設的難題。單側模板支撐體系現場安拆方便，可多次周轉、重復利用，能極大地提高現場施工效率，縮短現場模板支設工期。墻體采用單側模板系統支設時，可節省對拉螺桿和錐體等材料購買和加工費用，減少了大量人工投入，1 000 m的墻體使用單側模板體系后，不僅可以提高工程進度、質量和施工安全性，還可以產生93.3萬元的經濟效益。同時，單側模板體系應用降低了安全風險，提高了混凝土外觀質量，提高了核電建設的整體建造工藝，具有良好的社會效益和經濟效益。

7 結語

通過分析單側模板體系技術的工藝、組裝要點、理論核算、工藝操作要點發現，該技術能夠應用于核電單側模板墻體施工，能夠有效地保證結構質量。同時，單側模板體系在漳州某核電站應用取得了良好的效果，克服了墻體中無法設置拉桿的問題。整體體系采用垂直吊裝設備就位，減少了施工難度，滿足混凝土澆筑要求，提高了施工質量，為后續同類工況施工提供了參考。

參 考 文 獻

[1]《建筑施工手冊》編寫組.建筑施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2]翁培鋒.狹小空間處剪力墻模板單側加固施工[J].基層建設，2019（3）：15-18.

[3]GB 50017—2017，鋼結構設計規范[S].