AP1000核電核島廠房植筋穿孔塞焊后置埋件施工技術(shù)

邊 仕 成

(中國核電工程有限公司，江蘇 連云港 222000)

AP1000核電核島廠房植筋穿孔塞焊后置埋件施工技術(shù)

邊 仕 成

(中國核電工程有限公司，江蘇 連云港 222000)

主要介紹了AP1000核電核島廠房植筋穿孔塞焊安裝后置埋件的施工技術(shù)方法，對該法用于核島廠房門洞底部后置埋件施工的工藝流程及操作方法作了闡述，指出門洞底部后置埋件用于安裝大型防爆門門框，用植筋穿孔塞焊工藝能夠保證鋼板與鋼筋充分連接，此種焊接方式焊接質(zhì)量要求較高，可加強后置埋件的受力能力。

核島，植筋，后置埋件，施工技術(shù)

1 工程概況

AP1000核電技術(shù)是美國西屋公司設(shè)計研發(fā)的第三代核電技術(shù)，我國是全世界最先運用此技術(shù)建設(shè)核電站的國家。AP1000核電技術(shù)的一個主要特點是模塊化施工，很多結(jié)構(gòu)是先預(yù)制好再吊裝、拼裝組成主體結(jié)構(gòu)。因此，核電站主體結(jié)構(gòu)中有很多預(yù)埋件的設(shè)計，用于結(jié)構(gòu)的連接。因技術(shù)的逐漸完善，在建設(shè)過程中很多預(yù)埋件在土建主體結(jié)構(gòu)施工中并未預(yù)埋，這就造成了在主體結(jié)構(gòu)施工完成后仍需安裝很多后置埋件。后置埋件是土建施工完成后再把埋板固定在指定的位置，通過在建筑物上打孔種植錨桿而后安裝埋板的非預(yù)置埋件。傳統(tǒng)施工中采用機械膨脹螺栓錨固的后置埋件抗拉承載力較小，且固定后置埋板采用機械螺母緊固形式，后錨螺栓和螺母會突出埋板面，該法在承載力和連接方式上均不滿足后續(xù)門框的安裝需要。植筋穿孔塞焊后置埋件通過植筋為后置埋件的鋼板提供錨固能力，通過穿孔塞焊取代螺母機械連接，焊接過后鋼筋無需突出鋼板表面，很好的解決了此類用于門框安裝的后置埋件的功能需要。

2 施工工藝

2.1 工藝設(shè)計

植筋穿孔塞焊后置埋件是通過先在混凝土基層上種植鋼筋，然后根據(jù)種植的鋼筋位置在后置埋板上開孔，將后置埋板穿過種植的鋼筋，定位好標高、位置，最后將后置埋板與鋼筋焊接而完成安裝的后置埋件。植筋穿孔塞焊后置埋件施工中同時用到了鋼筋種植和鋼筋焊接兩種連接方式。鋼筋種植是用化學(xué)植筋膠將鋼筋與混凝土基層連接，鋼筋焊接是通過焊接將種植的鋼筋與后置埋板連接。因為種植的鋼筋要焊接后置埋板，焊接是個高溫加熱的過程，而植筋膠遇熱會削弱膠的化學(xué)品質(zhì)和錨固能力，因此植筋穿孔塞焊后置埋件的設(shè)計必須解決這一矛盾問題。植筋穿孔塞焊后置埋件在設(shè)計時增加了一個過渡段、通過用水或濕潤混凝土隔熱、控制焊接速度和焊接間隔時間等方法有效的控制了植筋膠部位的溫度，使植筋膠在焊接過程中不被破壞。后置埋件焊接施工示意圖見圖1。

2.2 工藝流程及操作方法

植筋穿孔塞焊后置埋件的主要施工步驟按先后順序如下：定位放線→表面混凝土鑿除→鉆孔→植筋孔清理→注射植筋膠、鋼筋種植→后置埋件安裝及鋼筋焊接→板底區(qū)域灌漿→鋼板表面處理及油漆防腐。

1)首先依據(jù)設(shè)計文件定位需安裝的后置埋件的位置和植筋孔的位置，然后根據(jù)定位的位置將后置埋件安裝區(qū)域里的混凝土鑿除至露出外層結(jié)構(gòu)鋼筋，為植筋鉆孔做準備。

2)結(jié)合植筋孔的理論位置避開結(jié)構(gòu)鋼筋進行植筋孔鉆探，鉆孔時，對孔位偏差的要求低，鉆孔的靈活性較高，一般成孔數(shù)量不少于設(shè)計孔數(shù)便可，但要盡量使成孔位置分布均勻，有利于整個后置埋件的錨固力分布均勻。

3)鉆好孔后用高壓氣槍對植筋孔和鑿除混凝土區(qū)域吹風清理干凈，再用清孔刷清孔，經(jīng)多次吹刷直至達到種植鋼筋的要求。注意不能用水沖洗，以免殘留在孔中的水分破壞植筋膠的性質(zhì)。

4)選用適合的植筋膠，用注膠槍貼著孔壁從孔的底部開始均勻地注射粘膠劑，注意勿將空氣封入孔內(nèi)，注射完后應(yīng)立即將鋼筋平行于孔洞方向輕輕旋轉(zhuǎn)植入孔中，直至插入孔底。

5)根據(jù)植筋孔位置在后置埋板上開孔，并將孔加工成坡口，安裝后置埋板。確認埋板標高、位置無誤后焊接埋板。焊接之前在灌漿孔里注少量水，通過水隔熱控制下面的植筋膠溫度。

6)灌漿前，需對板底碎石等雜質(zhì)進行清理，保證灌漿區(qū)域干凈整潔。灌漿開始后，必須連續(xù)進行，不能間斷，并盡可能縮短灌漿時間。灌漿完成后開始養(yǎng)護，達到設(shè)計強度后，進行后續(xù)工序。

7)現(xiàn)場施工過程中，破壞了后置埋件的防腐涂層結(jié)構(gòu)，后置埋板表面處理完成后需對鋼板表面進行補漆，補漆完成后需要對補完漆的鋼板表面進行保護，以防止臨近區(qū)域施工對后置埋件涂層的破壞。

3 鋼筋拉拔試驗檢驗

以某AP1000核電工程一門洞后置埋件為例，基材混凝土強度為C35，種植筋為直徑22 mm，HRB400熱軋帶肋鋼筋。植筋孔分兩段，上面一段孔徑和孔深分別為50 mm和355 mm，此段為隔熱過渡段，最后用灌漿料填充；下面一段孔徑和孔深分別為28 mm和530 mm，此段為鋼筋主要錨固力，用植筋膠填充。灌漿料和植筋膠分別選用Sika Grout214高強灌漿料和HILTI RE500SD植筋膠。

因鋼筋拉拔試驗做的是破壞性試驗，試驗是通過在后置埋件植筋附近同類型基材上鉆3個同樣的試驗孔，植筋施工時同時在試驗孔植筋、灌漿孔注水、模擬后置埋件焊接過程對試驗鋼筋焊接加熱、灌漿孔灌漿，做到同條件。然后通過拉拔試驗孔3根種植筋得到的抗拉承載力數(shù)據(jù)證明后置埋件植筋是否在焊接過后破壞了植筋膠，是否滿足錨固力要求。

對于鉆孔植筋錨固，鋼筋與種植膠(灌漿料)之間的粘結(jié)力大于種植膠(灌漿料)與混凝土基層之間的粘結(jié)力，故當鋼筋受拉力達到一定程度時，固態(tài)植筋膠(灌漿料)會隨著鋼筋一起被拔出，即發(fā)生了粘結(jié)滑移破壞，此時施加的拉力為極限抗拉承載力,對于圓柱形介質(zhì)之間的極限抗拉承載力公式為：

P=λπDL

(1)

其中，λ為錨固體與混凝土基材的平均錨固力(摩擦力)；D為錨固體(即固態(tài)植筋膠或灌漿料)直徑；L為錨固長度。

將以上變量代入式(1)可以得到種植筋的極限抗拉承載力理論值為198 kN。直徑22 mm，HRB400鋼筋的抗拉屈服強度為152 kN，因此即使將鋼筋拉至屈服狀態(tài)也無法拔出鋼筋，故植筋的錨固力設(shè)計符合要求。

實際做拉拔試驗時3根都沒有被拉拔出來，用鋼筋拉拔儀持續(xù)緩慢施加拉拔力，當施加到鋼筋屈服變形后，此時再繼續(xù)施加拉力，拉拔儀壓力表讀數(shù)基本維持不變，數(shù)據(jù)記錄分別為：203.5 kN，208 kN,215.7 kN，均略大于198 kN的理論值，說明焊接過程沒有破壞種植膠，該施工方法可行。

4 施工難點質(zhì)量控制

4.1 植筋膠密實

保證種植鋼筋的錨固力不僅要保證植筋孔的干燥、干凈，更重要的是保證植筋膠密實，充分填充鋼筋和孔洞之間間隙，不形成氣孔。注射植筋膠時應(yīng)沿孔洞一側(cè)將注膠槍口探入孔底緩緩注膠，一邊注膠一邊提升槍口直至植筋膠達到2/3孔深位置，注膠結(jié)束后需盡快植筋。植筋時應(yīng)該將鋼筋保持豎直，一邊緩緩旋轉(zhuǎn)(順螺紋方向)一邊下探，直至孔底。

4.2 種植筋位置測量

因需要避開基礎(chǔ)原有的結(jié)構(gòu)鋼筋，植筋位置必然分布不規(guī)則，種植筋的位置直接影響后置埋板的開孔位置。如果植筋的相對位置測量不準確可能會導(dǎo)致后置埋板上開孔位置和現(xiàn)場鋼筋位置不符，直接導(dǎo)致后置埋件無法穿過所有種植筋，后置埋板安裝不上，因此種植筋的位置測量是此類后置埋件施工過程中一個需嚴格控制的過程。至于測量方法，經(jīng)施工過程中的經(jīng)驗積累，基本形成一個簡單有效的測量方法。對于這種植筋孔較多且植筋孔周圍混凝土已經(jīng)挖鑿處理的后置埋件，可以用測量放線用的白棉線繃拉形成一個二維坐標系，然后用鋼卷尺測量每根鋼筋在該坐標系的二維坐標，測量時一定要仔細、精確，通過這樣的方法可以很精確的定位每一根鋼筋的位置。

4.3 焊接變形控制

此類后置埋件一般尺寸比較大，也因錨固力的需要，一般設(shè)計的錨固鋼筋比較多，這就可能造成焊接過程中后置埋板因受熱不均導(dǎo)致鋼板變形。因此在焊接時一定要嚴格控制焊接速度以及各植筋孔之間的焊接時間間隔，最好是每焊接好一個植筋孔之后暫停焊接，等后置埋板溫度降下來后再進行下一個植筋孔焊接。另一個可以有效的控制焊接變形的方法就是合理的選擇每個植筋孔的焊接順序，焊接時先將后置埋件標高定位好，先焊接后置埋板四個角位置的植筋孔，按照對角順序依次焊接；然后再將后置埋件靠近中心位置的孔焊接；最后是其他區(qū)域的孔焊接，也是按照對角順序依次焊接。這樣不僅從工藝上控制埋板的變形也間接的控制了埋板因受熱不均而變形。

5 結(jié)語

世界任何核電站或者類似的大型建筑工程項目都運用到后置埋件的施工，普通膨脹螺栓機械連接錨固類型的后置埋件與預(yù)埋件相比在錨固力和長期的穩(wěn)定性上都相差甚遠。對于設(shè)計使用年限長、安全級別高的大型工程項目，種植鋼筋穿孔塞焊錨固類型后置埋件施工工藝可以很好的彌補普通膨脹螺栓錨固類型后置埋件的不足。此施工技術(shù)已經(jīng)廣泛運用于AP1000核電項目，基本成熟，可推廣運用于類似施工要求、類似工程項目上。

[1] 柯梅生.化學(xué)植筋技術(shù)的實驗研究與工程應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2001,30(2):36-38.

On construction technique of post-install after planted bar piercing plug welding at workshop of AP1000 nuclear-power nuclear island

Bian Shicheng

(ChinaNuclear-powerEngineeringCo.,Ltd,Lianyungang222000,China)

The paper mainly introduces the construction technical methods for the post-install after the installation of the planted bar piercing plug welding of AP1000 nuclear-power nuclear island workshops, illustrates the craft procedure and operation methods for the post-install construction of the entrance bottom of the nuclear island workshop, and points out the post-install of the entrance bottom can be adopted in the installation of large explosion door frames, and the planted bar piercing plug welding technique can ensure the full connection between the steel plate and the reinforcement, so the welding approach has the high demands for the welding quality, and it can enhance the stress capacity of the post-install.

nuclear island, planted bar, post-install, construction technique

2015-02-26

邊仕成(1987- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)13-0117-02

TM623

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