某核電站內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋施工技術(shù)研究及應(yīng)用

李小明

（中國(guó)核工業(yè)二四建設(shè)有限公司，山東 海陽 265100）

0 引言

某核電站是采用國(guó)際最高安全標(biāo)準(zhǔn)新近研發(fā)設(shè)計(jì)的完全滿足三代核電技術(shù)指標(biāo)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)型，是在我國(guó)已經(jīng)掌握的成熟技術(shù)基礎(chǔ)上，按照國(guó)家最新法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，通過實(shí)施一系列重要安全設(shè)計(jì)和技術(shù)改進(jìn)形成的中國(guó)先進(jìn)壓水堆核電品牌，其安全和技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際三代核電站的要求，技術(shù)方案兼顧了安全性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性，充分利用了我國(guó)壓水堆核電設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試和運(yùn)行的科研成果和成功經(jīng)驗(yàn)。

吸取日本福島核事故經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，我國(guó)在核電重大設(shè)計(jì)改進(jìn)中，將抗震設(shè)計(jì)基準(zhǔn)提高到0.3 g加速度［1］，自主三代核電站鋼筋量達(dá)10萬t，其鋼筋量是M310堆型（二代核電站）的4倍，普遍采用 40 mm和 32 mm的大直徑鋼筋，并且鋼筋密集，施工難度較大。其中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是核島子項(xiàng)中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、特殊物項(xiàng)最多、鋼筋最密集、施工難度最大的子項(xiàng)，需要通過研究并優(yōu)化鋼筋施工技術(shù)保證現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)量和進(jìn)展。

1 工程概況

內(nèi)部結(jié)構(gòu)位于筒狀剪力墻內(nèi)，結(jié)構(gòu)整體呈圓形布置，最大半徑 R=23.3 m，標(biāo)高為 -6.70～30.35 m，地下2層，地上5層。內(nèi)部結(jié)構(gòu)中心為上下貫通的堆坑/堆腔，在R=17.4 m處布置有一圈環(huán)形墻體，環(huán)形墻體以內(nèi)通過樓板和墻體隔成各類房間，按功能主要分為堆坑/堆腔、主泵間、蒸汽間、穩(wěn)壓間和各類水池，環(huán)形墻體以外為環(huán)形懸挑樓板，主要用于布置工藝管道、電纜等。內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是呈環(huán)向和放射狀布置，形狀不規(guī)則、相互不垂直，并且設(shè)備、工藝布置和功能每層都不同，造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸多變、錯(cuò)層多、空間狹小。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要采用HRB500E40 mm和 32 mm鋼筋，由于結(jié)構(gòu)異形、復(fù)雜，所以鋼筋布置具有以下特點(diǎn)：①鋼筋的強(qiáng)度高，直徑大。②鋼筋形狀不規(guī)則，存在大量異形和彎折鋼筋。③樓板鋼筋多按照弧形和放射狀布置。④鋼筋密集、層數(shù)多、空間狹小，相互碰撞的情況較多，施工難度較大。⑤由于結(jié)構(gòu)變化和錯(cuò)層多，所以鋼筋的施工邏輯性較強(qiáng)。⑥內(nèi)部結(jié)構(gòu)特殊的預(yù)埋物項(xiàng)多，鋼筋需與預(yù)埋物項(xiàng)配合施工。⑦除弧形鋼筋外，受力主筋不允許采用搭接連接。內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維示意圖如圖1所示。

圖1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維示意圖（3.6 m以下）

2 鋼筋施工技術(shù)研究及優(yōu)化

根據(jù)層高、結(jié)構(gòu)空間，合理確定鋼筋斷料長(zhǎng)度。針對(duì)墻體豎向鋼筋，根據(jù)每層樓板的標(biāo)高和層高，進(jìn)行每層豎向鋼筋高度規(guī)劃，確保接頭位置滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，高出結(jié)構(gòu)面至少500 mm［2］，盡量采用不超過6 m的標(biāo)準(zhǔn)料，達(dá)到降低施工難度、保證安全、節(jié)約材料的目的。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間較小，所以墻體水平筋和樓板鋼筋下料長(zhǎng)度一般不超過9 m，便于現(xiàn)場(chǎng)堆放和綁扎。最后一層豎向鋼筋由于鋼筋加工誤差和現(xiàn)場(chǎng)綁扎誤差累積，接頭高度一般高低不齊，為保證封頭鋼筋標(biāo)高的準(zhǔn)確性，最后一段鋼筋的長(zhǎng)度通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)量。

針對(duì)異形鋼筋，翻樣時(shí)考慮鋼筋廠加工能力，通過設(shè)置鋼筋接頭方便加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝。異形鋼筋加工時(shí)必須進(jìn)行1∶1放樣比對(duì)，保證鋼筋尺寸和角度的準(zhǔn)確性。當(dāng)異形鋼筋遇到機(jī)械接頭無法錯(cuò)開、接頭段無法加工、接頭現(xiàn)場(chǎng)安裝困難時(shí)，可采用搭接接頭連接。對(duì)于環(huán)墻、堆坑墻和外環(huán)板等弧形鋼筋，在最后一段形成閉合圓時(shí)，很難采用機(jī)械接頭，需要采用搭接接頭連接。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋復(fù)雜且較密集，為保證現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量，降低施工難度，可從以下方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化：①在滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010）的情況下，盡量將鋼筋彎鉤改為錨固塊，長(zhǎng)度可取基本錨固長(zhǎng)度的60%［3］。②在暗梁箍筋尺寸滿足100%搭接長(zhǎng)度的情況下，可將箍筋改為對(duì)包的“U”形筋搭接。③穿過多層鋼筋網(wǎng)片的拉鉤筋，從中間斷開，改為兩個(gè)“7”字形拉結(jié)筋進(jìn)行搭接。④板筋彎鉤朝下超過板底的，改為朝上設(shè)置，增加墻體澆筑高度，避免樓板支設(shè)吊模。⑤盡量在異形鋼筋上設(shè)置連接接頭，縮短每段鋼筋的長(zhǎng)度，降低鋼筋加工和鋼筋綁扎的難度。

3 堆坑墻體鋼筋施工

堆坑墻體呈圓筒形，內(nèi)側(cè)半徑R=2.77 m，外側(cè)半徑R=5.1 m，墻厚 2 330 mm。堆坑墻體鋼筋從內(nèi)到外分內(nèi)、中、外3層布置，每層鋼筋有兩層豎向鋼筋和兩層環(huán)向水平鋼筋，豎向鋼筋規(guī)格為HRB500E40 mm，中層和外側(cè)水平筋為HRB500E40 mm，內(nèi)側(cè)水平筋為HRB500E 32 mm。堆坑內(nèi)側(cè)有8個(gè)角度不規(guī)則的豎向凹槽，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)水平筋呈“八”字形，形狀不規(guī)則，尺寸和角度多變。鋼筋布置示意圖如圖2所示。

圖2 堆坑墻體鋼筋水平剖面

堆坑墻體鋼筋施工具有以下難點(diǎn)：①弧形水平鋼筋強(qiáng)度高、直徑大，但彎弧半徑小（最大的外側(cè)半徑R=5.02 m），鋼筋加工時(shí)半徑和弧度難以保證，加工難度較大。②弧形水平鋼筋需采用機(jī)械套筒連接，由于其半徑小、周長(zhǎng)短、曲率大，所以每段水平筋不宜太長(zhǎng)，同時(shí)要保證機(jī)械接頭錯(cuò)開35D，最后閉合形成整圓的難度大。③中層有一層 40 mm弧形水平筋位于兩層豎向鋼筋之間，但豎向鋼筋間凈空間只有40 mm。現(xiàn)場(chǎng)豎向鋼筋的半徑和弧度存在偏差，同時(shí)弧形水平筋的半徑和弧度也存在加工偏差，導(dǎo)致兩者半徑和弧度不匹配，弧形水平筋綁扎時(shí)難以放入豎向鋼筋之間，施工工效低。④內(nèi)側(cè)異形水平筋呈“八”字形，中間為弧形段且兩側(cè)彎折，彎折角度既有鈍角也有銳角，并且端部帶弧形拐頭，鋼筋加工時(shí)尺寸和彎折角度難以保證。⑤內(nèi)側(cè)異形水平筋呈半封閉型、部分完全閉合，水平筋需套在豎向鋼筋上，一旦尺寸不合適將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)鋼筋無法綁扎。

針對(duì)堆坑墻體鋼筋的施工難點(diǎn)，制定如下施工控制措施：①上一結(jié)構(gòu)層施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙控制堆坑墻體豎向鋼筋的半徑、位置和弧度。②弧形水平筋每段下料長(zhǎng)度定為6 m，最后一段閉合接頭采用搭接接頭，并將接頭的位置在管理軟件CAD上進(jìn)行放樣，現(xiàn)場(chǎng)按照放樣圖綁扎，保證接頭相互錯(cuò)開。③通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，將中間層位于兩層豎向鋼筋之間的環(huán)形水平筋調(diào)至立筋外側(cè)，降低施工難度。④翻樣時(shí)采用管理軟件CAD或建筑信息模型BIM進(jìn)行精準(zhǔn)放樣，準(zhǔn)確確定鋼筋尺寸和彎折角度。同時(shí)，核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)尺寸，與理論值進(jìn)行對(duì)比和調(diào)整，確定合適的下料尺寸和角度。⑤弧形和異形水平筋加工時(shí)在地面上進(jìn)行1∶1放樣，每加工一根都應(yīng)與放樣圖進(jìn)行對(duì)比，有偏差的調(diào)至合格，保證每根鋼筋的形狀、尺寸相同。⑥在異形“八”字形水平筋上設(shè)置適當(dāng)?shù)臋C(jī)械接頭，降低鋼筋綁扎難度，保證現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎質(zhì)量。⑦水平筋按照從里往外、從復(fù)雜到簡(jiǎn)單的順序綁扎。

4 堆坑墻體豎向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋施工

堆坑墻體內(nèi)豎向布置有92根PSB930級(jí) 32 mm的預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋，鋼筋長(zhǎng)3 800 mm，埋入混凝土長(zhǎng)度為3 000 mm。頂端外露的800 mm必須清理干凈，澆筑混凝土前上部300 mm必須用膠帶紙予以保護(hù)，剩余500 mm涂上防腐劑，用兩頭密封的外套保護(hù)。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，豎向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋需進(jìn)行張拉，為混凝土提供壓力，抵抗拉應(yīng)力。

精軋鋼筋的施工質(zhì)量直接影響預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的形成，因此在堆坑墻體鋼筋綁扎前，通過測(cè)量放線在樓板上投出豎向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋的準(zhǔn)確位置，用紅油漆標(biāo)記。堆坑墻體鋼筋開始綁扎時(shí)，在豎向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋位置插入筆直的鋼管進(jìn)行占位，將鋼管調(diào)整至豎直狀態(tài)并用措施鋼筋焊接“井”字框進(jìn)行加固。墻體鋼筋綁扎時(shí)避開豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋位置，綁扎完成后，抽出鋼管插入豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋。由于鋼管直徑比預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋偏大一點(diǎn)，因此需對(duì)其位置和垂直度進(jìn)行精調(diào)和加固。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋上端外保護(hù)套采用波紋管制作，上、下兩端密封，防止雜物和混凝土進(jìn)入，其余外露部分纏上膠帶進(jìn)行保護(hù)。施工過程中必須做好成品保護(hù)，嚴(yán)禁切割、彎曲、損傷豎向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋，避免與焊接材料接觸。預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋端部涂刷黃油漆與普通鋼筋區(qū)別，防止被挪作他用。

5 鋼環(huán)板鋼筋施工

鋼環(huán)板鋼筋位于反應(yīng)堆堆坑墻內(nèi)，作用是固定壓力容器支撐環(huán)。鋼環(huán)板為一圈筒狀鋼板，半徑R=4.1 m，上面開有兩層“U”形槽，“U”形槽內(nèi)安裝鋼環(huán)板鋼筋。鋼環(huán)板鋼筋直徑為40 mm，長(zhǎng)度為1 300 mm，一端為錨固塊，另一端靠鋼環(huán)板為 40-M48（上層）、40-M39（下層）變徑套筒，上下兩層共120根。鋼環(huán)板鋼筋指向圓心，呈放射狀布置，要求水平度為±10 mm、標(biāo)高偏差為±5 mm、左右位置為±10 mm、半徑方向?yàn)椤? mm，精度要求非常高。此外，鋼環(huán)板鋼筋范圍內(nèi)環(huán)形暗梁及其他鋼筋非常密集，空間狹小，導(dǎo)致鋼筋的位置和精度難以保證。

施工前，利用管理軟件CAD和建筑信息模型BIM進(jìn)行鋼板鋼筋和周圍鋼筋放樣，核實(shí)沖突情況，確定環(huán)形暗梁主筋的標(biāo)高，確保避開鋼環(huán)板鋼筋。由于鋼環(huán)板鋼筋上的變徑套筒直徑比鋼環(huán)板“U”形槽尺寸大，因此需先安裝鋼環(huán)板鋼筋后再安裝鋼環(huán)板。堆坑墻體鋼筋綁扎前，通過測(cè)量放線投出鋼環(huán)板鋼筋的位置，彈線標(biāo)識(shí)，核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留鋼筋的位置，有沖突的必須調(diào)開。鋼筋綁扎時(shí)，環(huán)形暗梁主筋的標(biāo)高嚴(yán)格按照放樣圖控制。施工至第一層鋼環(huán)板鋼筋下方時(shí)停止作業(yè)，焊接鋼環(huán)板鋼筋標(biāo)高支架，然后安裝鋼筋并初步就位和加固。繼續(xù)綁扎堆坑墻體鋼筋至第二層鋼環(huán)板鋼筋下方，然后按照第一層的方法安裝。堆坑墻體鋼筋綁扎完成后安裝鋼環(huán)板，待鋼環(huán)板位置調(diào)整好并焊接成整體后，細(xì)調(diào)鋼環(huán)板鋼筋的位置。在鋼環(huán)板鋼筋M39、M48變徑套筒上擰上措施螺桿，調(diào)整螺桿的上下、左右位置和水平度至圖紙要求，并保證鋼環(huán)板鋼筋指向圓心，然后將變徑套筒點(diǎn)焊在鋼環(huán)板上。用鋼筋將措施螺桿焊接成整體形成加固體系，防止鋼環(huán)板鋼筋在混凝土澆筑振搗過程中偏位。

6 甲供物項(xiàng)與鋼筋施工

內(nèi)部結(jié)構(gòu)有大量的甲供物項(xiàng)，例如堆外核測(cè)、蒸汽發(fā)生器垂直支撐、阻尼器、防甩支架等。甲供物項(xiàng)具有如下特點(diǎn)：一是安裝精度高，二是成品保護(hù)要求高，三是尺寸較大且不標(biāo)準(zhǔn)。甲供物項(xiàng)處鋼筋必須確定先后施工邏輯，避免出現(xiàn)鋼筋先綁扎導(dǎo)致甲供物項(xiàng)無法安裝。鋼筋長(zhǎng)度和接頭位置的設(shè)置要方便施工，鋼筋綁扎時(shí)要避開甲供埋件，為其預(yù)留調(diào)整空間。鋼筋不得與甲供物項(xiàng)焊接，不得損傷甲供物項(xiàng)，做好成品保護(hù)。

以主泵梁阻尼器鋼筋施工為例，每道梁上有兩個(gè)阻尼器，梁主筋兩端帶錨固塊，長(zhǎng)度約5.2 m。由于梁施工時(shí)兩側(cè)的墻體鋼筋已綁扎完成，同時(shí)梁主筋要穿過兩個(gè)阻尼器，因此為方便施工可在主筋上設(shè)置一個(gè)機(jī)械接頭。主泵梁施工時(shí)首先擺放底部405C、405D號(hào)豎向“U”形筋，豎向“U”形筋的位置和間距要擺放正確，待第一、二層梁主筋綁扎完成后安放阻尼器。由于阻尼器單體重量大，安裝精度高，因此需采用型鋼焊接成框架進(jìn)行加固。型鋼的加入導(dǎo)致梁內(nèi)凈空變小、鋼筋變密。阻尼器調(diào)整到位并加固完成后，繼續(xù)綁扎梁主筋，此時(shí)鋼筋必須避開甲供埋件。梁主筋綁扎完成后，最后綁扎上部豎向405C、405D號(hào)“U”形筋、水平404A號(hào)“U”形筋等鋼筋，完成梁鋼筋綁扎。

7 結(jié)束語

自主三代核電采用最先進(jìn)、最安全的核電標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是核電站核心且復(fù)雜度較高的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋工程作為土建施工主線，占用大量施工時(shí)間，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋施工技術(shù)進(jìn)行研究、優(yōu)化和應(yīng)用，可降低施工難度、提高施工效率和施工質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)安全，對(duì)打造核電建設(shè)新標(biāo)桿具有積極的推動(dòng)作用和重要的意義。