某核電堆芯預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋施工技術(shù)

王 超

（中國核工業(yè)二四建設(shè)有限公司，河北 廊坊 065201）

0 引言

預(yù)應(yīng)力張拉鋼筋是熱軋精制螺紋鋼筋，一種用熱軋方法在鋼筋表面軋出不帶縱肋僅帶不連續(xù)橫肋的直條鋼筋，該鋼筋能夠用配套的機(jī)械接頭進(jìn)行接長，或擰上錨固螺母進(jìn)行錨固，無須冷拉與焊接，施工方便。精扎鋼筋具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。①高強(qiáng)度：精扎鋼筋屈服強(qiáng)度為830 MPa，抗拉強(qiáng)度為1 030 MPa。由于鋼筋的張拉應(yīng)力在構(gòu)件的制作和使用過程中會(huì)出現(xiàn)各種應(yīng)力損失，高強(qiáng)度特性可保證預(yù)應(yīng)力損失后依然能夠達(dá)到預(yù)計(jì)效果。②與混凝土有良好的黏結(jié)性：精扎鋼筋表面軋出不連續(xù)的橫肋，能夠與混凝土很好地黏結(jié)。③特制的錨固體系：精扎采用特制錨固螺母和承壓板，其中錨固螺母、承壓板分別做成凸面和凹面的錐面，可以通過凸面與凹面的配合，確保精軋鋼筋對(duì)中。某核電站內(nèi)部結(jié)構(gòu)堆芯0.00～3.55 m墻體水平方向使用了172根直徑為25 mm、14根32 mm的精軋螺紋鋼筋，豎向使用了93根直徑為32 mm的精扎鋼筋。水平向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋后期不進(jìn)行張拉施工，豎向鋼筋在混凝土強(qiáng)度滿足要求后進(jìn)行張拉。張拉采用一次張拉施工工藝，一次張拉分兩次進(jìn)行；第一階段張拉采用33%設(shè)計(jì)張拉力（即10 t），張拉過程隨拉隨擰緊螺母，完成第一階段張拉后保留穩(wěn)定狀態(tài)2 min，然后進(jìn)行第二階段張拉，第二階段采用105%設(shè)計(jì)拉力（即31.5 t）。

1 精軋螺紋鋼筋安裝的重點(diǎn)與難點(diǎn)

1.1 精軋鋼筋安裝前的注意事項(xiàng)

（1）原材料進(jìn)場(chǎng)后組織驗(yàn)收，包括外觀尺寸、力學(xué)性能等，確保在使用時(shí)張拉性能滿足要求。外觀不得有橫向裂紋、結(jié)疤、折疊等明顯的外觀損傷，總彎曲不大于其總長的0.4%且不大于4 mm/m［1］。力學(xué)性能指標(biāo)如下：屈服強(qiáng)度 Rel≥ 930 MPa，抗拉強(qiáng)度 Rm≥ 1 080 MPa，斷后伸長率A≥7%，最大力下總伸長率Agt≥3.5%，應(yīng)力松弛率Vr≤4%。無明顯屈服時(shí)，用規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度（Rp0.2）代替。

（2）精軋鋼筋配套材料需定制加工，采購時(shí)間較長，驗(yàn)收要求高；需提前發(fā)起采購計(jì)劃，將材料備好可用。配套材料環(huán)氧樹脂、力矩扳手等特殊物項(xiàng)也應(yīng)準(zhǔn)備齊全。連接板材質(zhì)多樣，需專門做焊接工藝評(píng)定；材料需提前進(jìn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)施工前完成工藝評(píng)定。

（3）精軋螺紋鋼切尺，根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求所需要的精軋螺紋鋼的長度不一，施工時(shí)自己切割產(chǎn)生廢料較多且需用砂輪鋸切割，不允許使用電弧或氧弧切割，局部加熱或急劇冷卻迫使這種高強(qiáng)度鋼材脆性變化，促使結(jié)構(gòu)整體受力受影響。所以在核電工程施工現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)按照?qǐng)D紙要求實(shí)際尺寸提供采購計(jì)劃，廠家直接加工、切割成滿足現(xiàn)場(chǎng)所需求的材料要求，進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收后直接投入安裝。

（4）預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋在裝卸、安裝過程中應(yīng)盡量避免碰傷螺紋，嚴(yán)禁點(diǎn)焊精軋螺粗鋼筋；儲(chǔ)存采取防御措施，鋼筋堆放應(yīng)按照要求墊高擱置，中間墊點(diǎn)間距不能過大，保證鋼筋在自重長期作用下不產(chǎn)生彎曲變形。

（5）豎向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋較長，平面位置的安裝要求高，且豎向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋需在墻體鋼筋綁扎完成后安裝；平面位置按照設(shè)計(jì)文件要求的安裝難度較大。在墻體施工前，需將預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋的位置提前投點(diǎn)，墻體鋼筋綁扎前利用腳手鋼管或木方等措施材料占位，并形成一個(gè)整體、保證垂直度。

（6）定制好的鋼筋應(yīng)進(jìn)行化學(xué)成分、力學(xué)性能、重量偏差檢驗(yàn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目、取樣方法和試驗(yàn)方法如下［2］：①化學(xué)成分按照GB/T 20066要求取樣，試驗(yàn)方法參照GB/T 222、GB/T 223、GB/T 4336、GB/T 20123、GB/T 20125，每爐做1次；②拉伸性能任選2根，試驗(yàn)方法參照GB/T 28900、GB/T 20065；③松弛率每1 000 t任選1根，試驗(yàn)方法參照GB/T 21839、GB/T 20065；④重量偏差試驗(yàn)方法參照GB/T 20065-2016。

1.2 精軋鋼筋安裝過程中的控制點(diǎn)

（1）對(duì)核島反應(yīng)堆廠房堆芯這種鋼筋密集、高精度埋件、物項(xiàng)較多部位施工，施工前必須梳理一套合理、可行的工藝順序指導(dǎo)施工。精軋鋼筋安裝與墻體鋼筋安裝邏輯先后順序尤為重要，順序搞反可能導(dǎo)致精軋鋼筋無法安裝就位，造成現(xiàn)場(chǎng)成本損失。為保證施工進(jìn)度且在質(zhì)量可控的前提下，唯有一次把事做對(duì)，只有這樣，才能確保效益最大化。

（2）豎向精軋螺紋鋼筋作為豎向預(yù)應(yīng)力體系用于混凝土的主應(yīng)力，在施工過程中精軋鋼筋的安裝誤差造成的預(yù)應(yīng)力損失往往不能得到有效的控制，造成混凝土結(jié)構(gòu)的豎向應(yīng)力不能滿足要求甚至失效。豎向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋應(yīng)力損失的室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)室研究表明，當(dāng)豎向精軋鋼筋安裝偏角超過2°，錨固應(yīng)力損失將超過20%［3］。安裝偏角超過5°預(yù)應(yīng)力損失更大。因此可以推斷施工水平不高造成的豎向鋼筋安裝存在較大誤差是導(dǎo)致豎向精軋螺紋鋼筋難以達(dá)到要求的主要原因之一。因此，豎向精軋鋼筋安裝的垂直度及位置點(diǎn)應(yīng)作為主控目標(biāo)。

（3）水平預(yù)應(yīng)力鋼筋安裝要求：擰緊由標(biāo)定后的校準(zhǔn)扭轉(zhuǎn)扳手控制，扭矩為1 500 N·m；加勁板水平誤差應(yīng)控制在±5 mm范圍內(nèi)；焊接應(yīng)滿足《壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備焊接規(guī)范》（NB/T 20002—2013）；預(yù)應(yīng)力鋼筋必須擰至套筒底部，不留空隙，方可用螺母鎖緊。

（4）豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋安裝要求：豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)根據(jù)投點(diǎn)放線定位進(jìn)行安裝；鋼筋安裝完成后及時(shí)對(duì)鋼筋頂張拉區(qū)及外露張拉端進(jìn)行清理干凈；頂部張拉區(qū)采用鋼管或波紋導(dǎo)管作為護(hù)筒，護(hù)筒底部密封，鋼筋張拉區(qū)內(nèi)涂刷防腐劑；外露張拉段必須用膠帶紙等措施進(jìn)行保護(hù)；當(dāng)豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋與水平加勁板沖突時(shí)，可對(duì)水平加勁板進(jìn)行局部切割。

2 預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋安裝

2.1 豎向精軋鋼筋安裝

2.1.1 施工流程

豎向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋施工流程：精扎鋼筋位置投點(diǎn)放線→堆坑底部鋼筋綁扎→預(yù)埋管就位→堆坑鋼筋綁扎完成→精扎鋼筋就位→拔出預(yù)埋管→位置復(fù)測(cè)、定型模板加固。

2.1.2 精扎鋼筋位置投點(diǎn)放線

首先進(jìn)行精扎鋼筋數(shù)據(jù)放樣，要將每一根豎向精扎鋼筋的位置進(jìn)行放樣，確定坐標(biāo)。提前放樣可以進(jìn)行精確的定位，保證每一根精扎鋼筋的位置精度。將每一根豎向及橫向精軋鋼筋位置用全站儀定位在已澆筑完成的0 m板砼面上，用油漆做標(biāo)記。豎向鋼筋位置使用小鋼筋棍焊接“井”字固定框，邊長為48 mm。橫向鋼筋用油漆標(biāo)記墻體表面外側(cè)以方便吊線。

堆坑墻體鋼筋綁扎：預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋放線完成后，先仔細(xì)檢查所有墻體插進(jìn)鋼筋位置是否與精軋鋼筋沖突，對(duì)有影響的插筋按照規(guī)范要求進(jìn)行調(diào)整，以滿足精軋鋼筋所需空間。最后進(jìn)行墻體鋼筋綁扎，按圖紙施工順序，合理安排下層鋼筋及豎向鋼筋的綁扎。原則上鋼筋綁扎過程中鋼筋最少預(yù)留離定位鋼管不小于20 mm空間，方便后期鋼管拔出及精軋鋼筋就位。

墻體鋼筋施工至+2.705 m標(biāo)高時(shí)，需要關(guān)注水平精軋螺紋鋼筋位置。將之前0 m引至墻表皮外側(cè)控制線吊上來，觀察墻體立筋是否有影響并及時(shí)調(diào)整。確定水平精軋螺紋鋼筋標(biāo)高，標(biāo)識(shí)出精軋鋼筋具體平面位置，墻體普通鋼筋安裝時(shí)與精軋鋼筋位置應(yīng)錯(cuò)開，按照普通鋼筋避讓精軋鋼筋的原則調(diào)整。

2.1.3 預(yù)埋管就位

現(xiàn)場(chǎng)采用鋼管提前占位的方式進(jìn)行施工，施工前要準(zhǔn)備好 93 根 4.5 m 長筆直鋼管，鋼管直徑為 48 mm［3］。如果鋼管不夠筆直會(huì)影響后續(xù)施工，因此要保證鋼管的筆直，對(duì)鋼管進(jìn)行挑選使用，必要時(shí)調(diào)直后再進(jìn)場(chǎng)。

鋼管中心對(duì)準(zhǔn)下部已經(jīng)按照位置焊好的“井”字定位框就位，先將鋼管一根一根就位，再將鋼管進(jìn)行調(diào)整，保證鋼管必須垂直地面，并在鋼筋施工第一階段標(biāo)高處（+1.8 m）用6 mm的圓鋼焊接成的鋼筋網(wǎng)格進(jìn)行第二層加固，加固完成后按照施工順序繼續(xù)綁扎堆坑鋼筋，并確保每次加固鋼管的垂直度。

2.1.4 豎向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋就位

堆坑鋼筋綁扎完成后，將精軋螺紋鋼筋插入鋼管中，精軋螺紋鋼筋放好后人工將鋼管拔出即可。預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋可以在端頭涂色予以區(qū)分。

2.1.5 預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋位置復(fù)測(cè)、加固

精軋螺紋鋼筋就位后，用全站儀先對(duì)每根精軋螺紋鋼筋平面位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，初步就位完成后簡單綁扎加固。然后進(jìn)行標(biāo)高復(fù)測(cè)，保證允許誤差控制在5 mm之內(nèi)。最后將位置精調(diào)到位，頂部往下30～80 cm區(qū)間安裝好波紋管并用膠帶兩頭裹嚴(yán)。使用8 mm的鋼筋在精軋螺紋鋼筋周圍焊接成“井”字架進(jìn)行穩(wěn)固加固。精軋鋼筋應(yīng)逐根調(diào)整、逐根加固，再用限位板總體加固，防止混凝土澆筑時(shí)精軋鋼筋發(fā)生二次擾動(dòng)、偏位。

2.1.6 精軋螺紋鋼筋保護(hù)

精軋螺紋鋼筋就位加固后，對(duì)上部80 cm長度范圍內(nèi)用環(huán)氧膠合劑進(jìn)行涂抹，涂抹完成后頂外露30 cm使用無紡布包裹，以防止砼施工時(shí)污染。安裝精軋螺紋鋼筋時(shí)，嚴(yán)禁接觸焊接火花。

2.2 水平精軋螺紋筋安裝

2.2.1 水平預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋施工流程

錨固鋼環(huán)板安裝就位→連接套筒涂抹環(huán)氧樹脂→堆坑墻體鋼筋綁扎→水平預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋連接。

2.2.2 鋼環(huán)板安裝

水平預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋定位要求高，錨固鋼環(huán)板制作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件中對(duì)半徑、弧度的要求進(jìn)行加工；出廠前必須組織驗(yàn)收合格后方可出廠?，F(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，按照要求進(jìn)行定位安裝并加固完成。

2.2.3 環(huán)氧樹脂涂抹

鋼環(huán)板安裝完成后，預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋安裝前需在連接套筒內(nèi)涂抹環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂需涂抹均勻且足夠量，精軋鋼筋擰至套筒底部后，環(huán)氧樹脂需填充整個(gè)縫隙直至溢出外表面。

2.2.4 預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋安裝

將精軋螺紋鋼筋擰到連接套筒上，并按照反向鎖緊螺母，預(yù)應(yīng)力鋼筋必須擰至套筒底部，不留空隙。在鎖緊螺母上施加一個(gè)擰緊力矩1 500 N·m，使得精軋鋼筋連接可靠。水平精軋螺紋鋼筋典型安裝圖如圖1所示。

圖1 水平精軋鋼筋安裝圖

3 豎向預(yù)應(yīng)力精軋鋼筋張拉施工

3.1 精軋鋼筋張拉施工流程

基層清理→鋼筋保護(hù)套內(nèi)灌環(huán)氧樹脂→膠泥找平的同時(shí)安裝錨墊板→預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉→過程記錄→切割、防腐。

預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉流程：千斤頂安裝→第一階段張拉至初應(yīng)力（19%設(shè)計(jì)張拉力，即57 kN）→第二階段張拉至最終張拉力（30 t，即 300 kN）→持荷 5 min 并旋緊螺母固定→卸荷至0 應(yīng)力→第三階段張拉至最終張拉力（30 t，即300 kN）→旋緊螺母固定→拆除千斤頂、切除多余鋼筋并進(jìn)行防腐處理。

3.2 基層清理

結(jié)構(gòu)施工時(shí)混凝土頂面標(biāo)高按照正誤差進(jìn)行控制；張拉施工前需按照設(shè)計(jì)文件要求對(duì)承壓板位置的混凝土打磨，滿足安裝標(biāo)高和初步平整度的要求。

3.3 平整度處理

打磨后的基層無法滿足混凝土平整度要求的，需在混凝土表面涂薄膠泥，保證承壓板的最終平整度。

3.4 承壓板安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，將承壓板套進(jìn)精軋鋼筋內(nèi)，與基層緊密貼合，調(diào)整承壓板的安裝角度和位置。特別需要注意的是，部分承壓板與通風(fēng)組件沖突部位，承壓板缺角，不可混用。

3.5 千斤頂安裝

在待張拉鋼筋處無吊點(diǎn)區(qū)域搭設(shè)腳手架作為吊點(diǎn)，先將千斤頂與支架連接，完成千斤頂?shù)慕M裝，利用倒鏈將組裝后的千斤頂提起，支架朝下，放在待張拉鋼筋正上方；安裝張拉桿底部的張拉連接頭、連接器，并與鋼筋連接，鋼筋應(yīng)滿伸連接器；放松倒鏈，使千斤頂穿過張拉桿，并將支架頂壓在錨墊板上，確保鋼筋、張拉桿在一個(gè)垂直面，并鎖緊張拉桿上部的螺母；連接拉繩傳感器、位移表、油泵，使位移表歸零。

3.6 鋼筋張拉

預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉采用一次張拉施工工藝，一次張拉分兩個(gè)階段進(jìn)行，具體施工工藝如下。①張拉前用管鉗再次確認(rèn)錨固螺母已鎖緊預(yù)應(yīng)力鋼筋，保證未施加拉力前錨固螺母已鎖緊預(yù)應(yīng)力鋼筋。②啟動(dòng)油泵開始第一階段張拉：張拉至初應(yīng)力57 kN（即19%設(shè)計(jì)張拉力），張拉過程隨拉隨擰緊，記錄油壓值和位移表讀數(shù)。③啟動(dòng)油泵以均勻速度進(jìn)行第二階段張拉：使張拉力達(dá)到300 kN，保持壓力穩(wěn)定，持荷5 min，緊擰螺母并填寫記錄表。④操作油泵卸荷至0 應(yīng)力。⑤啟動(dòng)油泵以均勻速度進(jìn)行第三階段張拉：使張拉力達(dá)到300 kN，緊擰螺母并填寫記錄表。⑥拆除千斤頂，用切割機(jī)將多余的預(yù)應(yīng)力鋼筋切割修整，鋼筋錨固后的外漏長度不應(yīng)小于48 mm。⑦張拉完成后對(duì)外漏在混凝土面以上的錨墊板、鋼筋涂抹防腐劑予以保護(hù)。

4 結(jié)語

核島廠房精軋螺紋鋼筋的施工要求較高，因此在鋼筋高密度區(qū)域，做好安裝精度等方面的控制尤為重要。實(shí)踐證明，該施工技術(shù)有效地保證了精軋螺紋鋼筋安裝的施工質(zhì)量，節(jié)省了施工時(shí)間，為后續(xù)同類工程施工提供了經(jīng)驗(yàn)。