華龍一號核電站海水泵房蝸殼施工技術(shù)研究及應(yīng)用

劉志軍

（上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 200000）

0 引言

蝸殼是泵房內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)（WCW）及核電站第三回路的重要組成部分[1]，在土建施工項(xiàng)目中為核安全物項(xiàng)，不管是在福清核電一期、二期，還是其他現(xiàn)在已施工的核電，蝸殼極容易產(chǎn)生裂縫等質(zhì)量缺陷，給后期處理帶來了極大困難?！叭A龍一號”蝸殼泵與之前國內(nèi)施工的AP1000、M310、EPR、VVER 堆型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相類似，但“華龍一號”PX 聯(lián)合泵房單機(jī)2 個(gè)蝸殼設(shè)置在中間，2 側(cè)為WES 區(qū)，單個(gè)蝸殼圖紙?jiān)O(shè)計(jì)共分成9 次澆灌區(qū)，下支撐環(huán)灌漿在基座施工完安裝完后即可灌漿，上支撐環(huán)灌漿待蝸殼施工完后啟動(dòng)灌漿，整個(gè)蝸殼澆筑厚度達(dá)到6.36 m，蝸殼泵螺旋狀空腔大體積混凝土施工控制極為重要。在福清核電5、6 號機(jī)組蝸殼結(jié)構(gòu)施工中，對蝸殼施工邏輯，蝸殼模板拼裝，鋼筋下料以及纖維混凝土澆筑等施工技術(shù)研究應(yīng)用，為“華龍一號”堆型建設(shè)提供技術(shù)支持，也為后續(xù)類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)概況

福清核電5、6 號機(jī)組7PX 聯(lián)合泵房主體結(jié)構(gòu)平面尺寸為118.86m×52.05m，其作用為在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，通過輔助冷卻水系統(tǒng)向常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)熱交換器提供冷卻用海水，泵房內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)（WCW）是核電站第三回路的重要組成部分。7PX 聯(lián)合泵房包括2 個(gè)相同的部分5PX 和6PX，這2 個(gè)部分由一伸縮縫分開，共安裝了4臺循環(huán)水泵，蝸殼作為其重要的組成部分，其形狀像蝸牛殼，在泵房中位于進(jìn)水道上端，并與循環(huán)水涵洞相接，蝸殼模板由甲供。

1.2 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)

1.2.1 邏輯施工順序復(fù)雜

根據(jù)施工圖紙蝸殼區(qū)一共分為9 次澆灌，下支撐環(huán)二次灌漿在第6 次澆灌完后進(jìn)行，上支撐環(huán)二次灌漿在第9次澆灌后進(jìn)行，其中進(jìn)水流道區(qū)共分為3 次澆灌，蝸殼區(qū)分成4 次澆灌，蝸殼區(qū)北側(cè)為鼓網(wǎng)區(qū)墻體，左右兩側(cè)為WES區(qū)墻體，南側(cè)為基巖壁，施工時(shí)相互制約，蝸殼區(qū)施工影響著整個(gè)泵房的施工，其施工邏輯選擇尤為重要[2]。

蝸殼泵二次灌漿也是蝸殼泵施工的重要組成部分，安裝的介入時(shí)間直接影響了整個(gè)施工。在福清核電1、2 號機(jī)組施工時(shí)主體結(jié)構(gòu)全部施工完成后再安裝上下支撐環(huán)及中間連接筒，最后進(jìn)行二次灌漿；在3、4 號機(jī)組蝸殼施工時(shí)與安裝交叉作業(yè)，安裝完成后再進(jìn)行下支撐環(huán)和上支撐環(huán)二次灌漿，且北側(cè)鼓網(wǎng)區(qū)進(jìn)度較蝸殼提前；在5、6號機(jī)組2 個(gè)泵房施工工期較為緊張的情況下，施工時(shí)施工邏輯順序的探討顯得尤為重要。

1.2.2 蝸殼模板施工

“華龍一號”為首堆，蝸殼模板為首次使用，模板拼裝、加固存在風(fēng)險(xiǎn)，模板大面處于懸浮狀態(tài)，四周受力不均勻，根據(jù)圖紙要求蝸殼基座部位預(yù)埋M20 螺栓，高出水泥基礎(chǔ)平面320 mm，鋼管作為背楞進(jìn)行加固。與GD1 溝接口位置9.2 m 長圓弧段全部處于懸空狀態(tài)，且該部位模板由施工單位自行設(shè)計(jì)拼裝并加固成型，模板上面混凝土達(dá)到1.9 m。

1.2.3 特殊混凝土施工，質(zhì)量要求高

“華龍一號”7PX 聯(lián)合泵房為大體積纖維混凝土，內(nèi)摻適量粉煤灰、硅粉、聚丙烯微纖維及硫鋁酸鈣類HEA 抗裂防水劑。由于混凝土流動(dòng)性較差，水化熱較大，因此，如何控制蝸殼泵結(jié)構(gòu)混凝土裂的產(chǎn)生縫，保證后續(xù)流水時(shí)安全穩(wěn)定，是施工控制的重、難點(diǎn)。

2 蝸殼施工邏輯研究

該海水泵房施工中充分考慮了現(xiàn)場實(shí)際情況，我們將蝸殼施工邏輯分為2 種：1） 先主體后安裝施工組織模式。2） 主體和安裝交叉施工組織模式。對這2 種組織模式分別邏輯推演和分析，找出各自的優(yōu)缺點(diǎn)，從中選擇最合適的施工組織模式。

2.1 “先主體后安裝”施工組織模式

“先主體后安裝”施工組織模式，即對二次灌漿區(qū)進(jìn)行預(yù)留，等澆筑完成后再進(jìn)行上下支撐環(huán)的安裝，然后再進(jìn)行二次灌漿。該模式的優(yōu)點(diǎn)包括以下2 點(diǎn)：1） 在進(jìn)水流道施工完成后即可進(jìn)行蝸殼鋼筋綁扎等施工，加快現(xiàn)場施工進(jìn)度，在滿足整體工期的要求下，保證提前封頂。2） 對于二次灌漿區(qū)留漿等容易進(jìn)行處理。該模式的缺點(diǎn)是在主體結(jié)構(gòu)施工完成后再進(jìn)行安裝，安裝時(shí)受制約較多，二次灌漿區(qū)鋼筋綁扎困難，同時(shí)需要另外配置一套二次灌漿模板。

2.2 “主體和安裝交叉”施工組織模式

主體和安裝交叉施工組織模式，即在進(jìn)水流道施工完成后啟動(dòng)安裝，然后進(jìn)行蝸殼施工，同時(shí)在基座施工完成后即進(jìn)行下支撐環(huán)的二次灌漿，待蝸殼澆筑完成后再進(jìn)行上支撐環(huán)的灌漿。該模式的優(yōu)點(diǎn)包括以下4 點(diǎn)：1） 在蝸殼基座施工完成后即可對下支撐環(huán)進(jìn)行二次灌漿。2） 不需要另外配置一套二次灌漿施工模板。3） 不需要對二次灌漿支撐環(huán)位置鋼筋進(jìn)行二次綁扎。4） 便于后期安裝方便。該模式的缺點(diǎn)包括以下2 點(diǎn)：1） 在施工過程中對二次灌漿區(qū)攔設(shè)施工縫鋼絲網(wǎng)無法進(jìn)行拆除。2） 主體和安裝交叉施工，造成主線施工工期增長，給后面封頂帶來壓力。主體和安裝交叉如圖1 所示。

進(jìn)行綜合對比分析后可知，由于主體和安裝交叉施工更有利于后期二次灌漿，減少對安裝的影響，能節(jié)約后期處理成本，有效地提高效率。因此決定采用第2 種方法進(jìn)行施工。

另外，根據(jù)施工圖紙整個(gè)蝸殼區(qū)分層九次澆灌區(qū)，結(jié)合前期施工經(jīng)驗(yàn)，我們提出將第1 次澆灌和第2 次澆灌合并在筏基共同澆筑，并澆筑標(biāo)高變更為-24.100 m，B 層進(jìn)水流道施工將第3、4、5 次澆灌合并進(jìn)行澆筑，B 層蝸殼基座單獨(dú)進(jìn)行施工，C 層蝸殼區(qū)將第7 次和第9 次澆灌合并進(jìn)行澆筑，D 層將第8 次與第9 次部分區(qū)域合并進(jìn)行澆筑模式。蝸殼泵分層示意圖如圖1 所示。

3 蝸殼模板探討與分析

3.1 蝸殼模板簡介

蝸殼模板共分為23 段及人孔模板，第1 段～16 段為蝸輪型，第17 段～22 段形狀漸漸變?yōu)閳A型，每段模板由4塊組成，現(xiàn)場加工第23 段圓形并安裝。

3.2 蝸殼模板試組裝

由于蝸殼模板生產(chǎn)廠家更換，蝸殼模板在實(shí)體安裝前，需要提前進(jìn)行試拼裝檢查模板結(jié)構(gòu)及尺寸，組裝的順序與正式安裝過程相同。

試組裝的目的有2 個(gè)：1） 熟悉蝸殼模板的安裝操作程序。2） 檢查蝸殼模板在運(yùn)輸途中變形誤差，尺寸誤差、有無拼縫不嚴(yán)等質(zhì)量問題。

3.3 蝸殼模板安裝

先將第1 段安裝在第6 次澆筑平臺上，并使用預(yù)埋在平臺砼上的預(yù)埋螺栓進(jìn)行預(yù)固定，預(yù)固定前應(yīng)確認(rèn)好其位置。

在蝸殼模板上標(biāo)有水平標(biāo)高線，根據(jù)標(biāo)高線檢查模板位置進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整至位置準(zhǔn)確。

安裝一個(gè)段前，用穩(wěn)定支撐固定好模板，用同樣的方法安裝第2 段，與第1 段進(jìn)行螺栓連接，并用鋼管與螺栓調(diào)整模板之間的拼縫，模板之間拼縫達(dá)到要求后，然后采用預(yù)埋在混凝土平臺上的螺栓進(jìn)行固定；模板拼接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按剖切線控制其位置，以減少拼縫誤差。檢查剖面的連續(xù)性，按從第3、4、5、……21、22、23 段的順序，用上述方法安裝其他段，使表面吻合。

3.4 蝸殼模板開孔

蝸殼模板第18～22 段及現(xiàn)場拼裝第23 段模板，下部均為懸浮模板，該部分模板較寬較長（橢圓形模板平面投影尺寸寬 為3 600 mm，長為14 600 mm），并且模板下部鋼筋較為密集且又復(fù)雜，為了保證整體證蝸殼區(qū)混凝土澆筑質(zhì)量及外觀尺寸，在模板底部開設(shè)φ100 mm 圓形孔或150mm×150mm 方形孔（排距為1 m，橫距為0.6 m），便于在模板底部不同部位插入振搗棒，能方便振搗混凝土，保證混凝土排出空氣，振搗密實(shí)。

圖1 蝸殼泵主體和安裝交叉施工

3.5 模板安裝檢查

蝸殼模板安裝檢查包括以下4 個(gè)步驟：1） 根據(jù)泵軸線檢查模板水平及垂直，檢查蝸殼模板是否與基坑里襯、分水角等設(shè)備拼接穩(wěn)。2） 檢查“拆模空隙”中每一框架內(nèi)所有小塊的正確位置，豎向支撐的穩(wěn)定性也要檢查。3） 釘好鐵質(zhì)拆模銷。4） 鋼筋綁扎完成，在澆筑混凝土前，檢查所有分塊、支承點(diǎn)、支撐管、鐵質(zhì)銷釘及整體剛度。

3.6 蝸殼模板整體加固

蝸殼模板共分為23 段，第1 段～17 段為蝸輪型，第17 段～22 段逐漸變?yōu)閳A形，第23 段為圓形并由現(xiàn)場加工安裝。根據(jù)蝸殼模板第1 段～17 段、第18 段～22 段、第23 段布置位置情樣，蝸殼模板加固方式具體分為以下3種。1） 蝸殼模板第1 段～17 段為蝸輪型，蝸殼模板底模利用預(yù)埋錐體，并與M16 高強(qiáng)對拉螺桿拉接固定；蝸殼模板內(nèi)部的支撐鋼管按間距@500 mm 布置，并支撐在模板龍骨檔上，并沿模板圓弧布置；側(cè)面模板可通過泵中心腳手架沿圓周圈加鋼管支撐，設(shè)置2～3 道，即在泵中心支設(shè)鋼管腳手架，并從流道往泵中心搭設(shè)，立桿間距按@800 mm 布置，步距為1200 mm，底部鋼管可以利用預(yù)埋螺栓加固（立桿斜面處采用木楔墊平，同時(shí)利用進(jìn)水道平面上預(yù)埋的錐體增加鋼管斜撐），水平鋼管支撐到流道內(nèi)表面，保證腳手架整體平穩(wěn)。2） 蝸殼模板第18 段～22段模板形狀漸漸變?yōu)閳A型，模板底部為已澆筑完成混泥土面作為支撐面，因模板為圓形，支撐面較小，且混泥土澆筑中模板四周均受力，則模板內(nèi)側(cè)背面設(shè)置@600 mm 2 根φ48 mm 鋼管橫肋，縱肋上設(shè)有@600mm 的M16 對拉螺栓，一端錨如下部已澆筑完成砼內(nèi)，另一端用蝴蝶扣和壓板卡在橫肋上。3） 第23 段蝸殼模板是現(xiàn)場加工，且為圓形，圓形模板底部需制作支撐架，支撐架一端用蝴蝶扣和壓板卡在橫肋上，另一錨如下部已澆筑完成砼內(nèi)。

3.7 蝸殼模板拆除

在模板的拆除過程中，對一項(xiàng)具體操作都進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督，施工單位派專人進(jìn)行專項(xiàng)管理，這對于模板的保護(hù)尤為重要。

蝸殼模板和C 塊模板拆除，應(yīng)保證混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后，且混凝土表面溫度與大氣環(huán)境溫度溫差不大于20 ℃，上環(huán)二次灌漿完成并具備模板拆除時(shí)，才可以進(jìn)行，同時(shí)蝸殼的入水口、出水口兩端應(yīng)封堵嚴(yán)實(shí)。

3.8 蝸殼模板底部加固措施

由于蝸殼模板為首次使用，需要對模板進(jìn)行試拼裝，對于模板加固1 種方法是采用廠家設(shè)計(jì)圖紙預(yù)埋M20 螺栓，外露長320 mm，螺紋長80 mm，但是應(yīng)用該方法無法與甲供模板很好地加固到位，沒有配套背楞可用，加固難度大，同時(shí)后期需要對螺桿進(jìn)行切割，然后對孔洞進(jìn)行修補(bǔ)，在后期海水侵蝕及沖刷下，極容易銹蝕和被沖刷掉；2 種方法在蝸殼底部混凝土澆筑前預(yù)埋M16 對拉螺桿，預(yù)埋長度為280 mm，中間設(shè)置錐體，在模板安裝過程中，上口再安裝M16 螺桿與錐體相連，保證外漏長度為325 mm，此方法簡單方便，便于拆卸，便于后期修補(bǔ)。經(jīng)過對比分析，并與廠家進(jìn)行充分溝通，最終選擇2 種。

4 特殊混凝土施工技術(shù)研究

由于蝸殼泵內(nèi)部構(gòu)造形狀復(fù)雜，內(nèi)腔為不規(guī)則螺旋狀，并且蝸殼模板大量處于懸浮狀態(tài)，且混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋過于密集，有些部位無法插入震動(dòng)棒振搗，特別是設(shè)計(jì)時(shí)考慮到防滲抗裂，在混凝土中摻加了聚丙烯纖維、硅粉等，對混凝土的流動(dòng)性影響給混凝土施工帶來了難度，客觀上增加了混凝土施工振搗的難度。因此，對核電站聯(lián)合泵房蝸殼泵特殊混凝土施工方法進(jìn)行分析、總結(jié)具有極其重要的作用。

4.1 混凝土澆筑施工方法

澆筑布料順序：在蝸殼泵混凝土澆筑過程中，首先從泵出水口位置（即蝸殼模板懸浮位置，主要包括圓形段模板）西南角區(qū)域開始進(jìn)行澆筑，并沿泵出水口中心線往泵中心澆筑（即由南向北），澆筑至模板側(cè)壁時(shí)需要進(jìn)行對稱澆筑，在澆筑蝸殼模板中心線以下部位時(shí)主要圍繞模板區(qū)域進(jìn)行澆筑，同時(shí)注意對東南角適當(dāng)覆蓋砼，避免砼初凝。待蝸殼模板頂部澆筑完成后，由西北角至東南角方向整體澆筑。

澆筑分層方法：蝸殼模板下部主要采用分塊分層澆筑，每層澆筑厚度為300 mm 左右，澆筑至模板底部時(shí)，模板西側(cè)砼面高于弧底300 mm～500 mm，在振搗棒的引導(dǎo)及砼自重作用下將模板下部澆筑密實(shí)。蝸殼模板側(cè)壁采用分塊分層澆筑，每層澆筑厚度為300 mm 左右，澆筑過程中必須對稱布料，以防模板出現(xiàn)偏位。此過程主要環(huán)繞蝸殼模板區(qū)域布料，在東南角區(qū)域控制澆筑量，在該過程中加強(qiáng)監(jiān)控，避免砼初凝。澆筑至蝸殼模板頂部后由西北角至東南角方向整體分層澆筑，每層澆筑厚度300 mm左右。

考慮蝸殼模板表層鋼筋密集且相互交叉，部分模板下部有較大的懸空區(qū)域，為了保證蝸殼模板區(qū)域混凝土澆筑質(zhì)量及外觀尺寸在蝸殼模板及圓形段模板下部開設(shè)振搗孔，振搗孔沿泵出口方向間距為1 000 mm，沿?cái)嗝婊⌒畏较驗(yàn)?00 mm，振搗孔為150 mm×150 mm，便于振搗棒能插入模板底部不同部位振搗混凝土，保證混凝土振搗密實(shí)，并通過洞口設(shè)置高強(qiáng)對拉螺桿，提高模板的整體穩(wěn)定性；同時(shí)在蝸殼模板周圍的鋼筋層上預(yù)留下人孔操作區(qū)，預(yù)留操作區(qū)為500 mm×500 mm，以便于振搗人員到達(dá)底部模板周圍進(jìn)行振搗。

為了使蝸殼圓弧段模板底部混凝土振搗密實(shí)，振搗人員從下人孔到達(dá)底部模板周圍進(jìn)行振搗，澆筑至模板底最后一層時(shí)采取從一側(cè)下料，另一側(cè)用振搗棒引導(dǎo)，下料側(cè)混凝土要高出弧底300 mm～500 mm，直至引導(dǎo)側(cè)混凝土高出弧底200 mm～300 mm，在澆筑的同時(shí)派工人在模板內(nèi)振搗孔進(jìn)行振搗，并用木錘敲打模板內(nèi)側(cè)，以利于模板底砼密實(shí)劑殘余氣體的排出。然后兩邊再同時(shí)對稱下料，兩側(cè)高差不宜超過300 mm，中間不留施工縫，砼下料高度超過2 m 時(shí)應(yīng)采用的塑料軟管，與布料機(jī)軟管相連接設(shè)置串筒，避免砼產(chǎn)生離析[3]。

砼泵送前，檢查塌落度及入模溫度是否符合規(guī)定（（14 ±2） cm、＜30 ℃）的要求，砼入模溫度按照＜28 ℃控制，超出時(shí)及時(shí)提醒相關(guān)部門。

4.2 混凝土養(yǎng)護(hù)措施

砼澆筑后，應(yīng)及時(shí)在砼表面覆蓋1 層塑料薄膜5 層麻袋保溫保濕，保溫層厚度根據(jù)測溫情況、天氣情況具體控制，始終控制混泥土內(nèi)外溫差規(guī)范要求（25 ℃）。麻袋一層壓一層的密鋪，要求鋪設(shè)整齊，保證麻袋和砼表面有很好的接觸，將砼的溫度梯度控制在允許范圍以內(nèi)。

大體積混凝土澆時(shí)8 h～10 h 后應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，具體要求保溫層厚度根據(jù)測溫情況、天氣情況具體控制，砼內(nèi)外溫差內(nèi)外溫差應(yīng)小于25℃。

4.3 混凝土拆模條件

當(dāng)蝸殼區(qū)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后，且混凝土表面溫度、混凝土中心溫度和大氣環(huán)境溫度基本平衡后，才能將蝸殼模板拆除。E 塊外側(cè)模板應(yīng)結(jié)合環(huán)境溫度及測溫情況在砼強(qiáng)度能保證其表面及棱角不因拆模板而受損壞，不因環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生裂縫時(shí)才可以拆除。模板保溫層、模板等拆除后，繼續(xù)灑水養(yǎng)護(hù)，保證砼充分澆水濕潤，防止砼出現(xiàn)干縮裂縫。

5 結(jié)語

泵房內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)（WCW）是核電站第三回路的重要組成部分，蝸殼泵是其重要的組成部分，在土建施工項(xiàng)目中為核安全物項(xiàng)，其施工邏輯關(guān)乎整個(gè)廠房的施工，根據(jù)施工圖紙蝸殼區(qū)共分成9 次澆灌，優(yōu)化其施工邏輯，同時(shí)采用土建和安裝交叉施工模式，很好節(jié)約施工工期，節(jié)約成本；對蝸殼甲供模板加固在底部混凝土澆筑前預(yù)埋M16對拉螺桿，預(yù)埋長度為280 mm，中間設(shè)置錐體，在模板安裝過程中，上口再安裝M16 螺桿與錐體相連，保證外漏長度為320 mm，此方法簡單方便，便于拆卸，便于后期修補(bǔ)；通過對蝸殼纖維混凝土施工優(yōu)化，混凝土外觀質(zhì)量大幅提升，有效地控制裂縫產(chǎn)生。

蝸殼成功實(shí)施，節(jié)約了成本，縮短了工期，提高了經(jīng)濟(jì)效益，為后面蝸殼泵施工提供強(qiáng)有力的支持，也為“華龍一號”后續(xù)施工提供保障和核心競爭力。