某核电项目核岛土建反应堆厂房的屏蔽墙是核电站抵抗内外部事故最重要的构筑物之一, 具有辐射屏蔽、飞射物防护、非能动冷却、抵抗龙卷风和地震事件等重要功能。屏蔽墙由普通混凝土结构 (以下简称“RC结构”) 和钢板混凝土结构 (以下简称“SC结构”) 组成, 首次采用SC结构作为核岛的主体结构。目前国内缺乏相关标准指导SC结构施工, 同时核电质量、安全具有区别于普通建筑的特殊意义。SC结构连接区域模块是使SC结构与RC结构形成屏蔽墙整体结构的关键部位。模块与RC结构连接形式复杂, 采用传统施工方法, 现场施工难度特别大, 同时受结构特点限制, 难以判断SC结构与RC结构是否有效连接, SC结构连接区域施工严重影响屏蔽墙的施工质量、安全、进度。对SC结构连接区域施工进行全比例模拟试验, 验证逆作施工方法可行性, 对施工过程中比较关键的问题, 如施工方法、施工顺序、质量控制进行重点分析, 给出确切答案, 保证工程质量、安全、进度。

某核电工程屏蔽墙中RC结构、SC结构连接区域模块、SC结构非连接区域模块位置关系如图1所示。

SC结构连接区域标准子模块弧度为30°, 弧长×高度×宽度=12.6m×1.5m×1.1m, 由内、外双层钢面板组成, 钢面板背部焊接加劲板、拉结钢筋、支撑板, 外半径为23.985m, 内半径为22.885m, 钢面板厚25mm, 每个标准子模块重约22t, 内部结构如图2所示。

SC结构连接区域模块共15块, 通过ϕ40锚固钢筋与RC结构预留套筒连接, 锚固钢筋共3 840根, 环向净间距110mm, 纵向净间距55mm, 连接示意如图3所示。

SC结构连接区域施工具有以下特点。

模块支撑板上开锚固孔, 锚固钢筋穿过孔洞与RC结构竖向钢筋连接, 连接方式为套筒连接, 锚固钢筋数量多, 所穿过的连接区域模块内部结构复杂, 下部RC结构钢筋密集。

按照传统施工工艺施工有2种施工方法:①先施工锚固钢筋后吊装连接区域模块;②先吊装连接区域模块后施工锚固钢筋。

这两种施工方法都存在严重缺陷, 按照第1种施工方法施工, 锚固钢筋较多, 锚固钢筋拧紧后, 模块锚固孔无法与锚固钢筋一一对应, 模块无法吊装就位;按照第2种施工方法施工, 模块吊装就位后, 施工锚固钢筋时, 作业人员无法观测套筒情况, 锚固钢筋难以与套筒对正、拧紧。

为解决上述问题, 采用逆作施工方法施工, 即先施工上部SC结构模块后施工下部RC结构, 根据文献[1]的相关规定将锚固钢筋套筒连接变更为锚固钢筋搭接。

采用逆作施工方法有以下技术难点需解决。

1) 连接区域模块安装精度要求高, 连接区域模块对上部其他SC结构模块具有基准作用, 标高和半径的安装公差仅为±3mm。模块吊装就位后施工下部RC结构时, 模块易受RC结构模板、混凝土施工影响, 安装精度难以保证。

2) RC结构为普通混凝土结构, SC结构为自密实混凝土结构, 规格型号不同, 模块吊装就位后施工下部RC结构时, 受结构特点限制, 两者之间混凝土施工缝处理困难。

为解决上述问题, 需设计专用支撑工装支承水平连接区域模块, 在满足支撑要求的同时将SC结构与RC结构部分的钢筋、模板完全隔离, 减少RC结构施工对SC结构模块安装质量的影响;根据文献[1]的相关规定并结合文献[2]的相关内容, RC结构普通混凝土与SC结构自密实混凝土施工采用同时施工、分层浇筑的施工方法, 以解决混凝土施工缝处理困难问题。

为验证SC结构连接区域逆作施工技术的可行性, 掌握SC结构连接区域施工技术难点, 保证SC结构后续施工的顺利进行, 对SC结构连接区域逆作施工技术进行试验验证, 试验内容如下所述。

SC结构连接区域模块逆作施工方法是借用钢结构支撑工装先施工上部SC结构连接区域模块, 后施工下部RC结构, 具体步骤如下:工装预埋件位置放线→工装预埋件安装→工装预埋件部位混凝土浇筑→支撑工装位置放线→RC结构钢筋绑扎→支撑工装安装→支撑工装检查→模块安装位置放线→模块吊装就位→模块组对→模块焊接→无损检测→锚固钢筋安装→RC结构模板安装→混凝土浇筑。

为保证SC结构连接区域模块施工质量, 应主要对模块安装公差、支撑工装设计、混凝土浇筑3个方面进行控制。

为保证连接区域模块安装公差, 应重点对模块就位环境和模块就位后的RC结构模板、混凝土施工进行控制。

安装公差控制项包括半径、标高、墙体厚度、高度、52mm支撑板上开洞位置、错边量、就位位置等, 其中半径、标高公差要求最严格且最难控制。

连接区域模块质量大、体积大, 就位后公差调整困难, 在模块安装前做好各项检查工作, 在模块就位时充分利用辅助工装控制模块半径和标高。

支撑工装安装时严格控制支撑工装端板水平度和标高, 端板水平度控制在0～1mm范围, 标高控制在±1mm范围。同时, 吊装前充分检查模块下口水平度, 使其符合设计要求, 减少模块吊装就位后的调整工作。

利用径向限位装置控制模块半径, 通过测量确定径向限位装置位置, 内侧钢面板处的径向限位装置与模块理论内半径一致, 外侧钢面板处径向限位装置距模块理论外半径30mm, 利于模块吊装就位和半径调整, 模块调整完毕后用楔铁卡紧模块, 如图4所示。

模块安装完成, 后续施工主要包括RC结构锚固钢筋安装、模板安装、混凝土浇筑。

锚固钢筋搭接长度为2 624mm, 为使锚固钢筋能够搭接, 将RC结构竖向钢筋整体环向移动40mm。锚固钢筋与模块本体直接接触, 为避免模块本体产生移动, 将模块与支撑工装端板点焊, 禁止暴力施工, 预防锚固钢筋与模块产生剧烈碰撞。

锚固钢筋共3 840根, 可多段同时施工。从上至下将锚固钢筋穿过支撑板、连接区域模块、RC结构, 拧紧螺母。

支撑工装位于RC结构两侧, 影响RC结构模板安装, 根据文献[2]的相关规定, 支撑工装处模板采用补模的方式安装。

根据文献[3]的相关观点, 模板紧贴支撑工装时, 混凝土浇筑产生的侧压力使支撑工装产生微量侧向移动, 影响模块的安装公差。为避免模板安装、混凝土浇筑对已安装模块的影响, 支撑工装与RC结构混凝土间预留模板安装空间, 将支撑工装与模板分离, 支撑工装与混凝土墙面净间距为150mm, 模板安装完毕后, 模板与支撑工装净间距为10mm。

SC结构连接区域下部每隔10°设置1组支撑工装, 支撑工装采用4根型钢作为主体结构, 型钢径、环向间采用钢筋或角钢连接形成稳定的整体结构, 支撑工装高度稍大于钢筋搭接长度, 与预先安装的牛腿和侧向埋件焊接。

支撑工装应在受10%模块自重的水平侧向力情况下, 强度、稳定性满足文献[4]的相关要求, 支撑工装布置如图5所示, 结构如图6所示。

RC结构普通混凝土与SC结构自密实混凝土分开施工时, 受SC结构连接区域模块影响, 二者施工缝处于相对密闭空间内, 作业人员无法处理。为解决上述问题, RC结构普通混凝土与SC结构自密实混凝土采用同时施工、分层连续浇筑的施工方法。

混凝土浇筑前合理布置汽车泵、布料机, 保证混凝土充分搅拌均匀, 保证混凝土各批次之间的均匀一致性。确定混凝土的初凝、终凝时间以及外加剂对混凝土的影响。混凝土的各项指标应满足设计要求。

每台布料机布置合理的混凝土运输车, 对所有混凝土运输车编号, 并沿指定路线运输, 尽量缩短混凝土运输时间, 保证现场混凝土连续供应。在入泵口对混凝土各项性能指标进行取样检测, 保证混凝土质量。

RC结构普通混凝土振捣采用插入式振动棒, 振动棒插入时要求 “直上直下、快插慢拔”, 每点的振捣时间根据混凝土表面呈水平不再显著下沉、不再出现气泡、混凝土表面稳定泛浆时为宜, 约15s。SC结构自密实混凝土无须振捣。

混凝土分层浇筑时, 每层混凝土高度约500mm, SC结构水平连接区域模块自密实混凝土应在RC结构普通混凝土初凝后、终凝前浇筑, 减少施工缝处理环节。

混凝土浇筑完成后12h内对裸露的混凝土进行覆盖并保温养护, 覆盖物表面洒水, 保持混凝土表面处于湿润状态, 养护时间≥14d。

浇水养护期间, 混凝土周围气温的最大降幅1h内≤2.8℃, 24h内≤16.7℃。

目前国内钢结构与混凝土连接形式多为预埋件连接, 施工形式多为从下向上顺序施工, 本文所述如此复杂结构的连接形式、公差控制标准和施工方法业内少见。

本文对SC结构连接区域这一特殊施工区域的技术难点、施工方法进行分析, 创造性地提出连接区域逆作施工技术, 采取一系列措施保证施工质量安全, 并通过试验验证这一施工技术可行性, 得出以下主要结论。

1) 这种充分利用钢结构、混凝土结构性能特点的逆作施工技术可解决因结构复杂锚固钢筋无法对接, 上部连接区域模块无法安装的问题, 值得后续类似结构施工借鉴, 并进行深入研究。

2) 在模块安装和后续施工中, 通过合理设置工装、营造良好施工环境, 可有效控制模块安装公差, 半径、标高安装公差控制在±3mm范围, 完全满足设计要求。

3) 施工中充分利用混凝土凝固时间, 可解决2种不同规格型号混凝土间施工缝受环境影响处理困难问题。

4) SC结构连接区域模块采用逆作施工方法, 至少缩短工期45d, 减少3 840个机械套筒, 在确保质量安全的前提下, 极大地提高施工效率、节约成本。