核電站封閉空間頂板支撐施工技術*

張 強，劉 軍，曲殿英，陳開欣，趙志強

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

核電站核島廠房內的電梯井、樓梯間、通風井、電氣間、設備運輸通道等形式復雜多變的鋼筋混凝土結構，以三角形、矩形、菱形、梯形及不規則多邊形平面布置為主，結構頂板厚300～1 500mm，周邊均為鋼筋混凝土剪力墻結構，豎井結構尺寸最大可達7.35m×3.00m，最小僅為0.9m×0.5m。支撐荷載超過550kN，豎井高度超過40m，采用傳統支撐形式時架體高、操作空間小、難度大、建設成本高、安全風險大，還易造成材料無法周轉使用的浪費，影響豎井油漆等后續施工進度，存在質量隱患。

核電站封閉空間頂板支撐施工技術針對核島廠房電梯井、樓梯間、通風井、電氣間、設備運輸通道等密閉空間結構樓板底模支撐采用鋼掛臺、鋼掛靴工裝進行設計優化，封閉空間內交叉作業分層分區域設置防護裝置采用精細化管理方法，從而在工期、成本、質量、安全上取得良好效益。

2 支撐結構重難點

1)該工程支撐高度大，支撐荷載大，支撐結構復雜，施工環境多變，支撐體系密集，形式多變。

2)支撐架體搭設、使用、拆除周期長，所用材料、搭設要求及方法應結合具體施工部位制訂詳細的施工方案，工程量大。

3)鋼掛臺、鋼掛靴支撐系統的車間預制、爬錐埋設、架體搭設與拆除工序環環相扣，其中任何一個環節出現問題都可能導致工裝失效，引發安全事故，因此對技術的準備、現場施工的一次性合格率提出更高的要求。

3 技術特點

1)支撐工裝設計科學有效 由鋼掛臺、鋼掛靴+型鋼+鋼管架形成結構底板模板支撐系統，可提高搭設效率，節省鋼管架搭設勞動力，降低生產建設成本，實現構配件可循環利用，適應當前建筑業綠色施工的發展趨勢。

2)經濟合理 采用車間加工預制、現場安裝、勞動力優化、材料投入優化等方式，盡可能減少設備投入、房間油漆施工的占用時間，提高工作效率及產品質量，為土建結構施工提供良好的條件。

3)管理有序 將流水化作業應用于廠房施工中，對防變形措施、施工精度等實現標準化設計及工序化施工，同時對豎井、通道施工等復雜工序制訂詳細的施工進度安排，采用交叉分區域分層施工的精細化管理方法，有效提升狹小空間交錯結構區域施工質量和效率。

4 核島廠房封閉頂板支撐工裝設計優化

4.1 鋼掛臺支撐工裝設計

4.1.1鋼掛臺設計

依據施工方案等技術準備文件要求及施工現場實際需求，編制構件加工單，經審批后由車間組織生產，制作完成后涂刷防腐油漆，驗收通過后投入施工現場使用。

鋼掛臺牛腿由8，12mm厚Q235B鋼板焊接組合而成，鋼板間均為雙面滿焊，為保證螺栓孔處有足夠的抗剪強度，在鋼板開孔位置設置60mm×60mm×8mm鋼板墊片，并進行四面滿焊，焊角高度均為5mm。

4.1.2鋼掛臺受力驗算

爬錐許用抗拉強度為500N/mm2，許用抗剪強度為310N/mm2。受力螺栓許用拉力為280.5kN，許用剪力為173.91kN。

利用ABAQUS CAE計算軟件，建立鋼掛臺計算模型，當荷載輸入值為60kN時，計算結果如圖1，2所示。

圖1 鋼掛臺強度計算結果(單位：MPa)

由圖1,2可知，鋼掛臺最大應力值位于底板邊緣跨中處，且最大應力值δ=198.2MPa<[δ]=205MPa，滿足要求。鋼掛臺最大變形量位于底板邊緣跨中處，且最大位移量μz=0.59mm<[μz]=0.68mm，滿足要求。

4.2 鋼掛靴支撐工裝設計

4.2.1鋼掛靴設計

因核島廠房功能和結構設計特點，存在三角形、多邊形、菱形豎井和洞口，采用傳統鋼管支撐架無法滿足施工要求，故利用鋼掛靴支撐系統可根據實際房間布置形式進行360°調整。

鋼掛靴由[16+16mm Q235B鋼板+8mm Q235B鋼板及DN50鍍鋅鋼套管焊接組合而成，各組件接觸面均為滿焊，為保證在螺栓孔處有足夠的抗剪強度，在槽鋼腹板開孔處設置100mm×70mm×16mm鋼板墊片，并進行四面滿焊，焊腳尺寸均按5mm控制。

4.2.2鋼掛靴受力驗算

爬錐許用抗拉強度為500N/mm2,許用抗剪強度為310N/mm2。受力螺栓許用拉力為280.5kN，許用剪力為173.91kN。

利用ABAQUS CAE計算軟件，建立鋼掛靴計算模型，當荷載輸入值為45kN時，計算結果如圖3,4所示。

圖3 鋼掛靴強度計算結果(單位：MPa)

圖4 鋼掛靴位移計算結果(單位：mm)

由圖3,4可知，鋼掛靴最大應力值位于DN50套管與鋼板接觸處，且最大應力值δ=198.1MPa<[δ]=205MPa，滿足要求。鋼掛靴最大變形量位于DN50套管底部處，且最大位移量μz=0.3mm<[μz]=0.796mm，滿足要求。根據JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》及本工程相關要求，鋼管支撐架單根承載力按30kN控制。

綜上所述，鋼掛靴承載力可滿足施工要求，鋼掛靴最大承載力為45kN。

5 核島廠房封閉頂板支撐工裝優化

5.1 工藝流程

工藝流程：爬錐預埋及驗收→混凝土澆筑及養護→混凝土澆筑后驗收→鋼掛臺(鋼掛靴)安裝→鋼梁安裝、驗收→支撐架搭設→主、次龍骨及面板鋪設→支撐體系驗收→埋件、鋼筋物項安裝及驗收→混凝土澆筑及養護→支撐體系拆除。

5.2 爬錐系統安裝

5.2.1安裝

在需要支撐的電梯間、樓梯間、電氣間結構下方墻體或樓板上提前預埋爬錐系統，爬錐埋設間距、標高嚴格按照相關方案控制。為便于爬錐拆除，在其表面均勻涂抹黃油，再用膠帶包裹，采用混凝土墊塊頂在模板上對爬錐錨固件進行加固，或采用措施鋼筋與對拉螺栓點焊，再通過措施鋼筋與墻體鋼筋綁扎固定。在混凝土振搗過程中，盡量避免振搗棒直接觸碰爬錐錨固件。混凝土澆筑后，卸下4.8級M30定位螺栓，將模板后移，換為10.9級M30受力螺栓安裝在爬錐上。

5.2.2混凝土澆筑前爬錐檢查要求

1)爬錐體系外觀良好，可按要求裝拆。

2)高強螺栓擰入爬錐4cm(擰緊5cm)。

3)螺栓長度滿足要求，無裂紋，擰出末端埋件板≥3絲，且與埋件板點焊或用鐵絲綁扎牢固。

4)其表面涂黃油，去除干凈埋入混凝土的高強螺栓油污。

5)錐體埋設標高距墻體施工縫≥350mm，在施工過程中如遇洞口，則爬錐位置距孔洞≥200mm。

6)爬錐相對位置≤10mm，埋設高度準確。

7)爬錐貼緊模板，安裝螺栓緊貼面板。

8)埋件板措施鋼筋與主筋連接牢固或對頂加固措施牢固。

5.3 混凝土澆筑

鋼筋、埋件、模板安裝完成經三級驗收均合格，簽字確認后進行混凝土澆筑及養護。混凝土澆筑后爬錐檢查要求如下。

1)爬錐相對位置≤10mm，埋設高度準確。

2)測量緊固深度≥45mm，即受力螺栓外側有效長度距混凝土面最大約為28mm。

3)觀察爬錐內是否有混凝土漿流入。

4)同時驗收過程需檢查爬錐情況，具體見5.2.2節。

5)安裝掛架時混凝土強度應≥15MPa。

5.4 鋼掛臺支撐工裝施工

利用10.9級高強螺栓將鋼掛臺固定在爬錐處，利用塔式起重機將支撐鋼梁逐根吊裝就位在已安裝好的鋼掛臺上，鋼梁與鋼掛臺采用木楔子等夾緊，鋼梁間采用直徑≥16mm的鋼筋點焊連接成整體，形成結構底模支撐受力平臺，鋼梁上按鋼管位置焊接直徑≥25mm、長度≥150mm的鋼筋頭用于對鋼管的限位。在封閉空間內的支撐架設置縱、橫向頂墻桿，可調螺栓外露長度≤300mm，立桿頂端懸挑長度≤500mm，模板體系采用80mm×200mm雙木方主龍骨+50mm×100mm(100mm×100mm)次龍骨+18mm木膠合板，支撐架搭設完成后組織五方聯合驗收并簽字確認投入使用，確保支撐架安全穩固，滿足施工要求。鋼掛臺支撐如圖5所示，鋼掛臺使用間距如表1所示。

圖5 鋼掛臺支撐示意

表1 鋼掛臺使用間距

5.5 鋼掛靴支撐工裝施工

利用10.9級高強螺栓將鋼掛靴固定在爬錐處，在鋼掛靴DN50套管插入塔架調節螺栓+可頂托座，結合房間布置形式調整頂托方向并鎖死，調節托撐螺栓插入套管內的長度≥150mm，調節螺栓懸挑長度≤500mm，在頂托上鋪設鋼梁或80mm×200mm雙木方+次龍骨50mm×100mm(100mm×100mm)+18mm木膠合板，支撐架搭設完成后組織五方聯合驗收并簽字確認投入使用，確保支撐架安全穩固，滿足施工要求。鋼掛靴支撐如圖6所示，鋼掛靴使用間距如表2所示。

圖6 鋼掛靴支撐示意

單個鋼掛臺總重僅18.2kg，單個鋼掛靴總重僅20.7kg，安裝時2人互相配合，安裝工藝流程方便快捷、操作簡單、施工風險低。

表2 鋼掛靴使用間距

5.6 埋件、鋼筋、混凝土施工

根據設計文件組織開展施工，其中埋件安裝要求參見《預埋件安裝工作程序》，鋼筋綁扎要求參見《鋼筋綁扎和安裝工作程序》，經三級檢查驗收均合格，簽字確認后進行混凝土澆筑。混凝土澆筑及振搗要求參見《混凝土澆筑及振搗工作程序》，混凝土澆筑后組織灑水養護并搭設養護棚養護7d，養護到期后經審批通過方可拆除養護棚，其余養護要求參見《混凝土養護工作程序》。

6 結語

核島廠房內通風豎井、電梯井、樓梯間等封閉空間結構底模支撐鋼掛臺、鋼掛靴工裝的設計應用極大地優化了現場施工邏輯，簡化了施工現場此類結構支撐形式，實現了土建結構、裝修、安裝施工緊密銜接，形成流水作業，縮短施工周期，有效降低架體搭設高度和安全風險，減少鋼管用量，節約勞動力和降低建設成本。