汽機混凝土臺板高支模鋼管柱可調式支撐體系施工技術*

李 燕，荊 銳，楊 思，武國珍

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

紅沿河核電站采用CPR1000核電技術，核電站中汽輪發(fā)電機基礎位于汽機廠房的中心部位，是整個主廠房內體量最大的設備基礎，其中汽機臺板是汽機基礎的主要組成部分，直接承受汽輪發(fā)電機組自重和動荷載，結構復雜、自重大、高支模，是核電站土建施工中的重點和難點。汽機臺板頂標高16.170m，由縱橫9根梁組成，最大尺寸為4.50m(寬)×3.97m(高)，荷載標準值為100kN/m2，最大支模高度16m。

按以往施工經驗，汽機臺板采用扣件式鋼管支撐架體系，鋼管規(guī)格為φ48×3.5，架體整體穩(wěn)定性控制難度大，立桿最小間距200mm，腳手架搭設量大，1臺機組需700t鋼管，架體內空間小，搭設及驗收困難，存在一定安全風險。汽機臺板鋼管柱可調式支撐體系(見圖1)可有效解決傳統(tǒng)汽機臺板模板支撐體系腳手架鋼管用量大且占用時間長而無法周轉使用、作業(yè)空間小、安全風險高、人工成本高及施工周期長等問題。

圖1 汽機臺板鋼管柱可調式支撐體系示意

2 鋼管柱可調式支撐體系設計與加工

2.1 支撐體系設計

鋼管柱支撐體系立柱采用φ219×8鋼管，水平連接及剪刀撐采用φ76×3鋼管，采用螺栓連接，所有鋼構件在鋼結構加工廠加工，現場拼裝成組件后再吊裝至作業(yè)面，最大限度地減少現場施工。鋼管柱頂設調節(jié)裝置，該裝置經計算確定，壓力試驗驗證合格；模板體系采用18mm厚光面模板+50mm厚木板+I14(次楞@500mm)+I32(主楞)。支撐體系安裝完成后，選取1根有代表性的梁進行預壓試驗，試驗通過后進行汽機臺板施工。

2.2 支撐體系設計驗算

首先確定代表性梁，并進行最大承載力分析，然后采用MIDAS軟件進行模擬驗算；模擬驗算通過后，采用Tekla Structures 軟件對支撐體系進行計算、設計及三維建模，對可調式支撐體系立柱進行合理布置，并進行碰撞檢查，符合要求后，進行加工制作、拼裝吊裝。

以○V 軸梁為例，混凝土高度為4 450mm，支撐架位于混凝土梁下方，支撐架最大步距、橫距和縱距分別為4.2，1.0，2.2m。通過整體計算、單元詳細受力分析及柱單元穩(wěn)定性校核，支撐架整體承載情況下最大應力、受力最大柱單元與節(jié)點單元應力強度滿足規(guī)范要求，柱單元滿足穩(wěn)定性要求。支撐架整體云圖模擬結果分析如表1所示，單元詳細受力模擬結果分析如表2所示。

表1 整體云圖模擬結果分析

表2 單元詳細受力分析模擬結果分析

2.3 支撐體系加工、拼裝

鋼管柱可調式支撐體系通過提前設計、計算，并進行碰撞檢查滿足要求后，進行加工制作、拼裝吊裝。鋼管柱可調式支撐體系的所有鋼構件均可在鋼結構加工廠提前加工制作，并進行預拼裝，散件運送至施工現場，提前拼裝成格構柱單元模塊(4根φ219×8鋼管柱連體)為現場吊裝做準備，有利于施工安排并縮短工期。

3 支撐體系試驗

3.1 鋼管柱柱頭調節(jié)裝置壓力試驗

1)設置柱頭調節(jié)裝置，實現安裝標高的可調節(jié)性、無切割拆除，減少了人工消耗。鋼管柱柱頭調節(jié)裝置采用4M30高強度螺栓，下端連接鋼管柱，上端連接150mm高短鋼管柱，上、下節(jié)間設80mm空隙，采用雙螺母調節(jié)，以控制柱頂標高。

2)臺板施工完成后，通過調整柱頭調節(jié)裝置降低柱頂標高，使上部模板與結構脫離，拆除模板，同時為主、次梁及鋼管柱拆除提供足夠空間。

3)通過MIDAS軟件對柱頭調節(jié)裝置進行模擬驗算，確保柱頭調整節(jié)的強度、剛度及變形滿足臺板施工要求。

4)每個節(jié)點使用4個螺栓副實現高度調節(jié)，由模擬結果可知，在各工況下，軸向壓力最大為450kN，法蘭板用于螺栓副的連接，采用Q345B鋼材，需保證剛度和強度。在螺栓位置施加荷載，通過ANSYS有限元模擬其應力及位移均滿足要求。模擬加工柱頭調節(jié)裝置，進行壓力試驗，采用萬能試驗機加載壓力500kN，觀測柱頭調節(jié)裝置無明顯變形，滿足使用要求。

3.2 預壓試驗

采用1.1倍臺板梁自重荷載預壓試驗，檢驗支架強度及穩(wěn)定性，消除混凝土施工前支架非彈性變形。

1) 在支架面放線出梁體位置后進行均衡加載，先底板中間再兩邊，均勻吊裝，逐層加載。鋼筋堆載較高，在每層鋼筋中間墊設1層木方，并在側邊設置對拉螺栓固定。

2) 預壓試驗分三級加載，分別為單元預壓荷載的60%，80%，110%。每級加載完成后，每隔12h對支撐架沉降量進行1次檢測，當支架頂部監(jiān)測點12h沉降量平均值<2mm時，進行下一級加載。

3) 在堆載區(qū)設置系統(tǒng)測量點，在梁端、1/4跨、1/2跨分別設置1個觀測橫斷面，每個斷面上布設3個觀測點。

4) 預壓完成后，從兩端向中間，對稱、均衡、同步卸載，同時繼續(xù)觀測。

5) 詳細記錄觀測數據，預壓完成后，整理數據，根據支架變形、沉降和回彈量確定支架預拱度。

分析現場觀測數據可知，加載至最大荷載3 102kN 過程中，最大彈性變形為3.6mm，最大非彈性變形為-0.1mm。根據驗算結果，鋼管柱最大沉降量為4.14mm，因此，模架在荷載作用下各部分受力均處于彈性范圍，實測值與理論值較接近，支撐體系拼接板未出現滑移現象，各連接部位緊固，整個支撐體系處于受力穩(wěn)定狀態(tài)。因此，該支撐體系安全可靠，可投入使用，根據加載及卸載階段實測結果，對支撐體系彈性變形及非彈性變形進行分析。根據彈性變形數據，確定底模預拱度、汽機臺板埋件標高。

4 施工要點

4.1 施工工藝流程(見圖2)

圖2 施工工藝流程

4.2 安裝要點

安裝工藝流程：鋼管柱在工廠分段加工→預拼裝檢查→運輸→工地組裝成格構柱單元→第1節(jié)鋼管柱安裝→柱間支撐安裝→第2節(jié)鋼管柱及柱間支撐安裝→第3節(jié)鋼管柱及柱間支撐安裝(頂部高度調節(jié)螺栓)→安裝主龍骨→安裝次龍骨→驗收→鋪設模板。

1) 提前制作、預拼裝，現場組成格構柱，格構柱由4或6根立柱組成井字形模塊單元，利用塔式起重機或汽車式起重機進行整體吊裝。

2) 吊裝前，須提前放線，首先定位汽輪機中心線、軸線，并引測至外圍，然后定位各鋼管柱就位中心點及外輪廓線。

3) 汽機臺板支撐體系最高部分為16m，分3節(jié)進行吊裝，柱間設計等強螺栓連接。

4) 第1節(jié)鋼管柱在現場拼裝場地組裝成雙井字形(重約1.5t)，利用塔式起重機將其吊裝至指定位置，調整其垂直度滿足要求后與柱側埋件焊接，全部吊裝完成后，安裝第1節(jié)范圍內的柱間支撐鋼管。

5) 柱間支撐鋼管安裝順序為：先安裝沿框架梁長度方向柱間支撐，再安裝沿框架梁寬度方向柱間支撐，支撐與立柱均采用螺栓連接。安裝完成形成整體后，開始吊裝第2節(jié)鋼管柱(吊裝方法同第1節(jié))，2節(jié)鋼管柱采用6根M22高強度螺栓連接牢固，然后安裝第3節(jié)鋼管柱。

6) 安裝柱頭調節(jié)裝置，利用調節(jié)螺栓精調標高。

7) 安裝主梁、次梁、模板，主梁與柱頂調節(jié)裝置及次梁均采用螺栓連接。

4.3 拆除

拆除流程：混凝土養(yǎng)護完成，結構強度及溫差均滿足拆模要求→通過調節(jié)鋼管柱頂部螺栓降低高度→拆除模板→拆除次梁→安裝鋼軌→拆除主梁→拆除鋼管柱頂部調節(jié)螺栓裝置→拆除鋼管柱柱間支撐→拆除鋼管柱→用汽車式起重機運至指定地點。

1)調節(jié)柱頭調節(jié)裝置降低高度，實現模板與混凝土脫離，拆除模板。

2)擰開主、次梁間連接螺栓，拆除次梁。

3)安裝工字鋼軌道，拆除主梁，軌道采用I10，每段主梁下設2道軌道。

4)鋼管柱拆除要點 拆除順序為由外向內，由上至下，先拆除最外側支架、再向內側拆除，先拆除井字形鋼管柱之間連接，混凝土梁側邊鋼管柱通過起重機直接吊至指定位置，中間鋼管柱為避免歪拉斜吊，增設扁擔，將扁擔深入梁下，吊住鋼管柱后平移出梁底，吊至指定位置。采用模塊化拆除，分為5種單元，根據起重機性能、站位、鋼管柱支撐形式等選擇拆除模塊單元形式。

5)部分鋼管柱采用扁擔吊裝，避免歪拉斜吊，用鋼板作為其配重(見圖3)，采用螺栓或焊接連接，保證其整體穩(wěn)定，吊裝時設2道牽引溜繩，避免構件平移過程中重物產生晃動導致與周邊構筑物碰撞。

圖3 拆除裝置布置

5 結語

汽機臺板鋼管柱可調式支撐體系為首次用于核電站常規(guī)島廠房中彈性式汽輪機基礎結構的施工，采用大直徑鋼管樁作為立柱組合成一整套豎向鋼管柱支撐體系，整體強度和剛度得以較大幅度的提高，有利于支撐超大荷載，從而保證勵磁機、汽輪機和發(fā)電機的埋件精度要求。通過支撐架頂部可調節(jié)裝置，確保汽輪機基礎高精度標高要求，并實現無切割拆除；從支撐體系設計之初即采用模塊化 設計、組裝、拆除，周轉使用方便快捷，拆分組合靈活，應用廣泛，相對傳統(tǒng)腳手架支撐體系綜合效益顯著。