李小明
(中國(guó)核工業(yè)二四建設(shè)有限公司,山東 海陽 265100)
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。
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)
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。
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?。ㄗ畲蟮耐鈧?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?,F(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。
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。
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。
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。
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。