反應(yīng)堆廠房安全殼預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)

陳戴文

（海南昌江核電廠 海南昌江）

一、工程概況

海南昌江核電反應(yīng)堆廠房安全殼底標(biāo)高為-13.5m，頂標(biāo)高為57.2 m，反應(yīng)堆安全殼結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)底板、筒身和穹頂三部分組成。其中，筒身和穹頂采用后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，筒身為預(yù)應(yīng)力混凝土圓柱殼，內(nèi)直徑φ=37 m，壁厚0.9 m；穹頂為預(yù)應(yīng)力混凝土的半球形殼體，內(nèi)表面半徑R=24 m，厚0.8 m。安全殼預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)包括豎向、環(huán)向和穹頂預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)三部分。

（1）豎向束共有 144束，鋼束類型為 36T16；水平束共有199束，鋼束類型為19T16；穹頂束共有174束，鋼束類型為19T16。

（2）預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)采用7股φ15.7 mm低松弛高級鋼絞線，強(qiáng)度等級為1770 MPa，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)BS 5896-1980。鋼束錨具采用柳州OVM公司生產(chǎn)的37K型和19K型兩種錨固系統(tǒng)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)符合技術(shù)規(guī)格書0738JT063中引用標(biāo)準(zhǔn)FIP Recommendations和JGJ 85-2002。為了保證鋼絞線在孔道中不致銹蝕，在孔道內(nèi)灌入水泥漿進(jìn)行保護(hù)，其中緩凝漿用于所有的預(yù)應(yīng)力鋼束灌漿，膨脹漿用于水平預(yù)應(yīng)力鋼束和彎頂鋼束的二次灌漿。

二、預(yù)應(yīng)力材料及張拉設(shè)備

（1）鋼絞線。預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)采用的是英國標(biāo)準(zhǔn)BS 5896-1980的7股φ15.7 mm的低松弛鋼絞線，其性能要求為：公稱抗拉強(qiáng)度為1770 MPa，公稱面積為150 mm2，最小破斷力為265 kN，延伸率≥3.5%，1000 h松弛值≤4.5%。借鑒秦山二期工程施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過比選，最終選用天津第一預(yù)應(yīng)力鋼絲廠生產(chǎn)的鋼絞線。

（2）錨固系統(tǒng)。預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)包括錨板、夾具、承壓板、喇叭口、灌漿連接器、錨頭保護(hù)蓋等。本工程選用了柳州OVM公司生產(chǎn)的錨固系統(tǒng)。

（3）張拉設(shè)備。本工程采用6臺YCW500H-250千斤頂，最大拉力4905 kN，最大行程250 mm，主要用于張拉水平束和穹頂束；4臺YCW1000H-250千斤頂，最大拉力8945 kN，最大行程250 mm，主要用于張拉豎向束。

三、預(yù)應(yīng)力施工前試驗(yàn)

1.摩擦試驗(yàn)

為有效控制鋼束張拉施工質(zhì)量，使安全殼得到預(yù)期的預(yù)應(yīng)力效果，在預(yù)應(yīng)力正式張拉前，需選擇具有代表性的鋼束，采用與實(shí)際張拉相同的鋼絞線、錨固系統(tǒng)、張拉設(shè)備及張拉方法進(jìn)行張拉試驗(yàn)，以測定孔道摩擦系數(shù)，據(jù)此確定最終張拉力。

2.灌漿試驗(yàn)

預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管灌漿的主要目的是防止預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕，保證預(yù)應(yīng)力筋與混凝土結(jié)構(gòu)間的有效粘結(jié)。根據(jù)預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管布置的特點(diǎn)，灌漿料采用了緩凝漿和膨脹漿2種水泥漿體。為驗(yàn)證灌漿設(shè)備、漿體成份及灌漿工藝是否可靠，而完全將漿體充滿孔道，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行灌漿試驗(yàn)。

3.預(yù)應(yīng)力施工流程

預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管安裝隨混凝土結(jié)構(gòu)的施工同步進(jìn)行，待安全殼混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再進(jìn)行穿束、張拉、灌漿的預(yù)應(yīng)力施工，是按分層段的流水作業(yè)方式進(jìn)行的。

四、預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)施工技術(shù)

1.預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管施工

（1）預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管加工。豎向束、穹頂束采用剛性導(dǎo)管，水平束采用半剛性導(dǎo)管。在遇閘門口和某些貫穿件需以雙向彎曲的導(dǎo)管繞開處采用剛性導(dǎo)管。

（2）導(dǎo)管連接型式。半剛性導(dǎo)管（即波紋管）與剛性導(dǎo)管，以及剛性導(dǎo)管與剛性導(dǎo)管間的連接均采用承插式接頭，做法是用脹管機(jī)將剛性導(dǎo)管的一端擴(kuò)成鐘形口，連接時(shí)將導(dǎo)管插口端插入相鄰導(dǎo)管的鐘形口內(nèi)，并在接口處用環(huán)氧樹脂粘合，接口縫處外部采用遇熱可收縮的套管進(jìn)行密封，確保其密封性。

半剛性導(dǎo)管連接是將預(yù)先制作的長450 mm、φ100×0.6 mm相同波紋的套管全部擰到第一根半剛性導(dǎo)管上，然后將第二根導(dǎo)管定位，再把套管退擰到一半長度，將兩根導(dǎo)管連接，接口縫處外部采用遇熱可收縮的套管進(jìn)行密封。

（3）導(dǎo)管安裝。

①豎向管道安裝。由于豎向孔道較高，鋼管采用分層施工，隨著安全殼筒身混凝土施工逐漸上升。根據(jù)混凝土層高度、鋼襯里水平角鋼的位置確定豎向接頭的位置，一般以4 m（兩個(gè)混凝土施工層）左右為一接頭，特殊部位可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況將節(jié)長調(diào)整為2 m，對設(shè)備閘門處的曲線段可適當(dāng)加長。

②水平管道安裝。水平管道支撐在預(yù)先預(yù)制好的鋼筋支架上，支架要與鋼襯里加勁肋或相鄰的受力筋連接牢，以免導(dǎo)管在結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎或混凝土澆筑施工中發(fā)生移動(dòng)，間距為1.5～2 m。

③穹頂管道安裝。穹頂?shù)拿扛鶎?dǎo)管由A、B、C三段組成，B為直線管、A為平面曲管、C為空間曲管。在環(huán)梁施工時(shí)，將B管段安裝就位，待穹頂墊層混凝土澆筑后再接入C管段和A管段，在每根導(dǎo)管上拱段的拱頂及兩側(cè)應(yīng)對稱地設(shè)置排氣孔和灌漿孔。

對于預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的所有導(dǎo)管，每根導(dǎo)管應(yīng)在安裝完成后、混凝土澆筑過程中以及拆模后，均應(yīng)進(jìn)行通規(guī)檢查，以保證導(dǎo)管內(nèi)部的暢通。

2.預(yù)應(yīng)力穿束施工

（1）穿束前氣密性檢查。穿束前應(yīng)對待穿孔道進(jìn)行探查和清理，并查明導(dǎo)管上排氣孔、泌水孔、灌漿孔的具體位置及導(dǎo)管密封情況。密封性檢查方法是從灌漿孔打入壓力為0.5 MPa的壓縮空氣至其他開孔均已封閉的導(dǎo)管內(nèi)，先按3×105Pa打壓，合格后再分別加壓至4×105Pa、5×105Pa。判定合格的依據(jù)是每一級壓1 min，壓降＜1×105Pa為合格。打壓時(shí)應(yīng)在核島內(nèi)部安排一名工作人員對鋼襯情況進(jìn)行適時(shí)觀察，尤其是截椎體的部位需格外注意，避免發(fā)生鋼襯鼓包等質(zhì)量事件。當(dāng)密封性檢查不合格時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)人員合理地更換鋼束的張拉順序。

（2）穿束。采用穿束機(jī)將鋼絞線逐根推送至鋼束導(dǎo)管中，到達(dá)規(guī)定長度后切斷，直至達(dá)到規(guī)定的根數(shù)。豎向鋼束穿束時(shí)，鋼絞線自上向下穿入，環(huán)向鋼束和穹頂鋼束穿束時(shí)，從鋼束導(dǎo)管的一端穿入。穿束過程中應(yīng)對鋼絞線作外觀檢查，如發(fā)現(xiàn)鋼絞線的表面狀態(tài)低于“B”級要求，應(yīng)停止穿束，經(jīng)進(jìn)一步檢查確認(rèn)質(zhì)量合格后方可繼續(xù)穿入，否則需切除不符合部位或更換合格的鋼絞線盤卷后方可繼續(xù)施工。穿束完畢，對鋼絞線兩端外露部分用塑料薄膜進(jìn)行防護(hù)，防止雨水進(jìn)入鋼束導(dǎo)管，并盡快對鋼束進(jìn)行張拉。穿束施工與張拉施工時(shí)間間隔應(yīng)＜30 d。

（3）張拉施工。張拉工藝流程是鋼絞線端頭、承壓板表面清理→按照張拉順序?qū)︿撌M(jìn)行標(biāo)記→安裝錨頭、夾片→安裝張拉設(shè)備→張拉至初始應(yīng)力→安裝測量標(biāo)記并測量初始伸長值→分級加荷并測量各級荷載下的伸長值→加荷至最終值并持荷3 min→測量最終伸長值→頂錨、回油→測量內(nèi)縮量→拆除張拉設(shè)備→驗(yàn)收→切割多余鋼絞線頭。當(dāng)安全殼混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行張拉施工，張拉工作應(yīng)分階段進(jìn)行，即豎向束分6個(gè)階段，水平束分10個(gè)階段，穹頂束分3個(gè)階段。

（4）豎向鋼束張拉。豎向束采用2臺千斤頂對稱張拉，張拉控制力為7630 kN，經(jīng)計(jì)算（不考慮壓力表本身標(biāo)定數(shù)量差異，僅考慮千斤頂內(nèi)阻系數(shù)）其理論壓力值為42.4 MPa，張拉設(shè)備為YCW1000H-250千斤頂，采用上端分級張拉，下端固定；部分遇貫穿件的曲線束，上端張拉后，下端還要補(bǔ)張拉。張拉程序如下：

①施工初應(yīng)力為5 MPa時(shí)應(yīng)暫停，檢查設(shè)備及錨具情況，無異常在張拉至10 MPa，當(dāng)張拉力穩(wěn)定后，測量并記錄千斤頂?shù)某跏忌扉L值及初始張拉力。

②分別張拉并記錄20 MPa、30 MPa、40 MPa及最終張拉控制力時(shí)千斤頂?shù)纳扉L值及張拉力。

③對于補(bǔ)張拉束，當(dāng)上端分級張拉至40 MPa，為保證不出現(xiàn)超張拉情況，上端臨時(shí)錨固，在下端一次性補(bǔ)張拉至40 MPa，并記錄伸長值，最后上下兩端同時(shí)張拉至最終張拉控制力。

④鋼絞線束千斤頂卸荷至5 MPa時(shí)暫停，測量鋼絞線的毛內(nèi)縮量，鋼絞線內(nèi)縮量應(yīng)控制在5～8 mm內(nèi)，否則應(yīng)查明原因，松錨重新張拉直至合格。

⑤當(dāng)鋼絞線伸長值超過千斤頂一次最大行程時(shí)，可在千斤頂達(dá)到最大行程前進(jìn)行中間錨固，然后操作千斤頂活塞回縮，并進(jìn)行≥2次的張拉，以滿足鋼絞線達(dá)到張拉控制力和伸長值，伸長值應(yīng)為各級張力伸長值之和。錨固階段的內(nèi)縮量取最后一次錨固時(shí)的數(shù)據(jù)。

⑥根據(jù)已測數(shù)據(jù)和初應(yīng)力以下的推算伸長值，計(jì)算出該鋼絞線束張拉時(shí)的實(shí)際伸長值和預(yù)應(yīng)力鋼絞線在錨固階段的內(nèi)縮量，將計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)規(guī)定比較是否相符。

⑦切除多余鋼絞線，外露長度為30～35 mm，并立即安裝灌漿帽。

（5）水平和穹頂鋼束張拉。水平、穹頂束張拉控制力為4027 kN，經(jīng)計(jì)算（不考慮壓力表本身標(biāo)定數(shù)量差異，僅考慮千斤頂內(nèi)阻系數(shù)） 其理論壓力值為 45.4 MPa，張拉設(shè)備為YCW500H-250千斤頂，采用兩端同時(shí)分級張拉。張拉程序與豎向鋼束相同。不同點(diǎn)是水平和穹頂鋼束伸長值是以兩端伸長值之和來計(jì)算；鋼絞線張拉至張拉控制力后，兩端分別錨固，即A端先行錨固，B端在A端錨固后補(bǔ)足張拉力后再進(jìn)行錨固。

3.張拉施工質(zhì)量控制

張拉設(shè)備使用前應(yīng)經(jīng)國家法定機(jī)構(gòu)配套標(biāo)定，油泵的工作油壓表在長期使用過程中必須定期進(jìn)行校核，即：每2周校核1次或每張拉75次后校核1次。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)需及時(shí)進(jìn)行檢修和校核。安裝千斤頂和工作錨時(shí)，應(yīng)保證千斤頂中心線、錨頭中心線和鋼束導(dǎo)管出口的中心線對中，鋼絞線在千斤頂體內(nèi)不得有交叉扭結(jié)。鋼束錨固后，應(yīng)檢查有無滑脫、斷絲現(xiàn)象，并檢查夾片有無破損，錨頭有無裂縫等缺陷。

4.預(yù)應(yīng)力孔道灌漿施工

（1）制漿。緩凝漿的制作應(yīng)在現(xiàn)場的制漿房集中進(jìn)行，制漿采用3臺0.5 m3的強(qiáng)制式水泥漿攪拌機(jī)，為防止?jié){體沉淀和能夠貯存足夠的水泥漿，還設(shè)置了3臺0.3 m3的貯漿攪拌機(jī)。制漿時(shí)先向緩凝漿攪拌機(jī)罐內(nèi)加入經(jīng)稱量的拌和水210 kg，接著向拌合水中加入外加劑“Conplast SP337A”14.4 kg，攪拌1 min，在攪拌過程中均勻加入經(jīng)稱量后的 P·Ⅱ42.5R硅酸鹽水泥600 kg，繼續(xù)攪拌5 min，攪拌完畢水泥漿經(jīng)篩網(wǎng)過濾后放入二次攪拌罐中，初步測定水泥漿流動(dòng)度及漿體溫度，應(yīng)滿足流動(dòng)度9～13 s，漿體溫度＜32℃。水泥漿在二次攪拌罐中停放45 min，然后在二次攪拌罐內(nèi)加入經(jīng)稱量的外加劑“Conplast RP264”，每個(gè)攪拌罐用量為2.4 kg，攪拌5 min（如果二次攪拌罐中放入2罐緩凝漿水泥時(shí)，應(yīng)加入“Conplast RP264”4.8 kg），需再次測定貯漿罐中水泥漿的流動(dòng)度及漿體溫度（技術(shù)指標(biāo)同上）。

膨脹漿的制作和灌注工作應(yīng)根據(jù)各灌漿孔的具體位置在其附近搭設(shè)的臨時(shí)工作平臺上進(jìn)行，首先向水泥漿攪拌機(jī)罐內(nèi)加入經(jīng)稱量的拌和水72 kg，接著向攪拌水中加入外加劑“Conplast SP337A”3 kg，攪拌1 min，攪拌過程中均勻加入經(jīng)稱量的P·Ⅱ42.5R硅酸鹽水泥200 kg，攪拌2 min，攪拌過程中加入經(jīng)稱量的“Intrajplast-Z”型外加劑1.8 kg，繼續(xù)攪拌4 min，攪拌完畢水泥漿經(jīng)篩網(wǎng)過濾后放入貯漿罐中，測定水泥漿的流動(dòng)度和罐中漿體溫度，水泥漿應(yīng)滿足：流動(dòng)度10～26 s內(nèi)，漿體溫度＜32℃，經(jīng)測定合格后盡快灌注。

（2）豎向孔道灌漿施工。豎向孔道灌漿采用緩凝漿，自下往上壓力灌漿。首先調(diào)整灌漿泵壓力裝置，將安全壓力表設(shè)定為1.8 MPa，再調(diào)整泵的壓力，使預(yù)應(yīng)力孔道中緩凝漿流速為10～14 m/min；當(dāng)上端的重力補(bǔ)漿裝置下部取樣口流出勻質(zhì)、流動(dòng)度為10～14 s的漿體時(shí)，關(guān)閉此取樣口；繼續(xù)泵壓，直到重力補(bǔ)漿裝置上部的溢漿口有漿體流出。使孔道內(nèi)的泌水往上排入重力補(bǔ)漿裝置中，同時(shí)重力補(bǔ)漿裝置中的漿體會(huì)對孔道內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充，12 h后或重力補(bǔ)漿裝置內(nèi)漿體開始變硬時(shí)，取下重力補(bǔ)漿裝置。

（3）穹頂孔道灌漿施工。穹頂預(yù)應(yīng)力孔道第一次灌注緩凝漿，先由一端（A端）灌向另一端（B端），待B端流出合格的水泥漿后關(guān)閉水泥漿進(jìn)、出孔道的閥門，暫停灌漿，10 min后再從B端向孔道拱頂?shù)淖罡唿c(diǎn)C和越過最高點(diǎn)的次高點(diǎn)D灌漿，待D處流出流動(dòng)度為10～14 s的水泥漿后關(guān)閉拱頂C和D處的閥門，繼續(xù)緩慢灌注水泥漿，使B端入口處壓力達(dá)到1 MPa。在第一次灌漿后3～5 h，用0.03 MPa的壓縮空氣將D、E間的水泥漿排空以備二次灌漿。

在緩凝漿初凝的1～7 d后，對拱起段灌注膨脹漿。灌漿前預(yù)先用少許水濕潤管道，再用壓縮空氣吹干。當(dāng)進(jìn)漿口處漿體流動(dòng)度在14～26 s時(shí)，將漿體從D（或E）處灌入孔道，直到出漿口E（或D）處流出勻質(zhì)漿體，流動(dòng)度達(dá)到14～26 s，漿體溫度＜32℃時(shí)關(guān)閉出口端。繼續(xù)泵漿，當(dāng)C處有均質(zhì)漿冒出時(shí)，關(guān)閉C處閥門，并加壓至0.5 MPa后停止壓漿。過1～5 min后，開啟E和C，開泵排出部分漿體，重復(fù)以上灌漿步驟再進(jìn)行一次，使出口處冒出均質(zhì)的濃漿為止。

（4）水平孔道灌漿施工。初次灌漿采用緩凝漿，對于拱高＞1.2 m的大拱度孔道，需在拱段二次灌膨脹漿。開始灌漿時(shí)將安全壓力表調(diào)為1 MPa，加載時(shí)調(diào)整孔道漿體流速為10～16 m/min。灌漿方向從最接近拱起端向另一端進(jìn)行，當(dāng)灌漿泵出口處漿體流動(dòng)度達(dá)到10～14 s時(shí)，連接進(jìn)口端，注意控制灌漿速度；當(dāng)出口端出現(xiàn)勻質(zhì)漿體，流動(dòng)度達(dá)到9～13 s時(shí)關(guān)閉出口端。升高泵壓，持壓30 s，以檢查水泥漿壓力的穩(wěn)定性。待緩凝漿灌入3～5 h后，用壓縮空氣對拱起段反復(fù)進(jìn)行吹氣，以吹掉該段的全部漿體和水，確保管道通暢。

在緩凝漿初凝的1～7 d后對拱起段灌注膨脹漿。水平孔道的二次灌漿與穹頂管道相同。

（5）灌漿施工質(zhì)量控制。

①灌漿時(shí)，對灌漿壓力應(yīng)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，豎向孔道灌漿口的壓力控制在1.8 MPa內(nèi)，穹頂和水平孔道的第一次灌漿壓力控制在1 MPa內(nèi)，二次灌漿壓力控制在0.5 MPa內(nèi)。同一孔道灌漿發(fā)生3次中斷時(shí)，應(yīng)停止灌漿，并將孔道內(nèi)水泥漿排空，重新灌漿?？椎赖墓酀{一般在鋼束張拉后7 d內(nèi)完成，特殊情況下，必須在張拉后的15 d內(nèi)完成。

②在夏季環(huán)境溫度＞32℃的天氣施工時(shí)，為使水泥漿的制漿溫度滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)盡量安排在夜間進(jìn)行灌漿，并對原材料、儲漿裝置等進(jìn)行降溫處理。

③豎向孔道灌漿時(shí)應(yīng)在核島內(nèi)部安排一名工作人員對鋼襯情況進(jìn)行適時(shí)觀察，尤其是截椎體的部位需格外注意，避免發(fā)生鋼襯鼓包等質(zhì)量事件。

5.預(yù)應(yīng)力施工總結(jié)

海南昌江核電工程反應(yīng)堆廠房，在預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)施工前便對施工方案進(jìn)行深入討論和優(yōu)化，例如，結(jié)合地區(qū)的特殊氣候環(huán)境對相關(guān)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行了變更，使預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)施工過程中較為順利。2個(gè)反應(yīng)堆的預(yù)應(yīng)力施工期限，均比計(jì)劃提前了34 d和45 d，且未出現(xiàn)質(zhì)量問題。具體效果如下：

（1）因其他核電站在預(yù)應(yīng)力孔道密封性檢查時(shí)出現(xiàn)過因打壓導(dǎo)致鋼襯里鼓包的事件，為避免類似事件發(fā)生，經(jīng)與設(shè)計(jì)人員討論，決定將密封性檢查的壓力從0.6 MPa降為0.5 MPa，并采取分級加壓，即先按0.3 MPa加壓，合格后再分別加壓至0.4 MPa、0.5 MPa，若某一級壓降超標(biāo)，就要停止加壓，查找原因。同時(shí)在打壓時(shí)安排專人在反應(yīng)堆內(nèi)部對應(yīng)的孔道位置進(jìn)行觀察，以免導(dǎo)管漏氣至鋼襯里側(cè)，對鋼襯里造成不利影響而導(dǎo)致鼓包事件發(fā)生。

（2）技術(shù)規(guī)格書0738JT061中規(guī)定“經(jīng)攪拌后的水泥漿溫度應(yīng)＞25℃”，但考慮到本工程預(yù)應(yīng)力施工期間的平均溫度是26～29℃，且＞35℃的高溫天氣居多，因此參考方家山核電站的施工經(jīng)驗(yàn)，將水泥漿溫度調(diào)至32℃。同時(shí)盡量安排在夜間施工，不但較好的控制了水泥漿溫度，也確保了灌漿施工質(zhì)量。

（3）本工程預(yù)應(yīng)力張拉施工時(shí)采用的油泵油壓表最小刻度為2 MPa，而豎向鋼束和水平（穹頂）鋼束最終壓力分別為42.4 MPa和45.4 MPa，因油壓表的精度較低，而導(dǎo)致在現(xiàn)場進(jìn)行讀數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差。為此，在后續(xù)工程施工時(shí)建議采用精度更高的油壓表，以提高讀數(shù)的準(zhǔn)確性。