某核电站双壳结构悬吊免拆施工技术

张仔红 李小明 毛立阳 邹少俊

摘  要：某核电站是目前我国自主研发的第三代压水堆核电站，该堆型核电站避免大飞机撞击，设计为双壳结构，外壳钢筋密集、結构截面尺寸大，双壳间空间狭小，施工难度大。双壳形成密闭空间，无材料倒运洞口。某核电5、6号机组采用悬吊免拆施工技术，解决了空间狭小、无法设置支撑体系、密闭空间封闭部位的施工，降低施工难度。同时，针对悬吊模板的设计、就位控制与加固，钢筋混凝土施工方法进行了研究，形成了一套成熟的施工工艺。

关键词：核电站;悬吊免拆;模板

引言

核随着核电工程的发展，我国自主设计的某三代核电站得到大力推广。核电站由于其特殊性，存在大量设备提前引入，导致楼板无法按照传统施工方法搭设支撑体系。部分区域为密闭空间，空间内施工材料清理后，需要对预留洞口进行封堵，人员无法进入空间内部。部分空间高度不足，人员无法操作，所有迫切需要研究一种新型施工工艺。

通过对某核电站双壳结构密闭空间楼板封闭悬吊免拆技术的研究和实践，以一种钢结构免拆模板、与型钢、钢筋、高强螺杆等组合免拆工装体系，顺利完成了双壳楼板封闭施工，形成一整套施工工艺。

1  工程概况

双壳结构楼板为两层，上层与下层楼板之间净距700mm，其间无其他支撑。下层楼板板厚500mm，上层楼板跨度52.600m，板厚1800mm，上层楼板钢筋为HRB500E/40mm，分为上中下垂直交叉共计10层。在上层楼板预留长度5.000m，宽3.500m二次浇筑区域，钢筋预留100%接头。

2  方案确定

2.1常规施工方法

施工工艺流程：支撑架搭设→板底模板铺设→施工缝处理及基层清理→ 测量定位放线→板底预埋件安装与验收→钢筋绑扎→板顶预埋件安装→模板支设→混凝土浇筑→混凝土养护→模板拆除。然而此类方法无法实施。主要存在以下问题。

1）两层楼板间空间狭小，人员无法正常操作，楼板支撑体系安装及拆除困难，施工效率低，安全风险较高;

2）预留洞口封闭形成密闭空间，无人员出入通道。

2.2悬吊免拆施工方法

施工工艺流程：预埋钢筋量测→悬吊模板设计加工→悬吊模板组装提升→悬吊模板加固→施工缝处理→钢筋绑扎→第一层混凝土浇筑→混凝土养护→施工处理→第二层混凝土浇筑。

采用悬吊免拆技术能避免常规方法的问题。

3  操作要点

本工程基材混凝土强度C60，结构钢筋为HRB500E直径40mm。悬吊模板钢板材质Q235B，钢板厚度25mm，悬吊杆件分为两部分，下部分与钢板焊接为HRB400直径20mm钢筋，上部分为直径160mm高强螺杆，此高强螺杆能承载9KN。

悬吊免拆施工技术主要施工工艺分为6阶段进行，各阶段主要工作如下。

1）测量现场预留钢筋位置，根据预留钢筋位置对悬吊模板体系进行设计，悬吊杆件与结构钢筋距离≥20mm。悬吊杆件间距≤650mm，为了悬吊模板能在双屋面狭小空间中操作方便，将悬吊模板设计为等分4块，每块上设置4个吊耳，吊耳钢筋采用直径10mm热轧光圆钢筋制作，吊耳与钢板焊接不小于50mm，焊接厚度3mm。

2）悬吊模板加工制作。对钢板进行切割，在车间按照设计图纸进行组装加工。钢板开孔22mm，钢筋与钢板采用穿孔塞焊，焊接处表面打磨平整度公差1.5mm。为了避免钢筋与周边预埋钢筋位置冲突，同时在双层屋面中可以调整位置，将钢筋分为两段，其中下段距离钢板面500mm处设置丝头。上段与其连接后最终长度1600mm。

3）悬吊模板的安装，根据安装图要求，将悬吊模板运至双层楼板间拼装加固，拼装完成后采用L50角钢或直径≥25mm。加固完成后，将悬吊杆件与剩余部分悬吊钢筋采用I级配套套筒进行连接，连接完成后外露丝扣≤2P。洞口上部垂直于洞口短边架设4组工字钢梁（根据现场实际可以增加），居中焊在钢筋棍上。每组两根I18工字钢，两根工字钢净间距20mm。通过6道高强拉杆吊设钢模板（25mm钢板）。工字钢端头下部放置两根钢梁下部放置两根I18工字钢，工字钢采用钢筋进行点焊，便于钢筋绑扎。由于现场钢筋较为密集，若出现悬吊钢筋与结构钢筋冲突的情况，在钢模板已经安装加固完的前提下，可根据现场需求，现场钻孔增加悬吊钢筋、拉杆，增设的悬吊钢筋安装加固完成后（增设后，悬吊钢筋间距不得大于原平面图要求），可割除与钢筋冲突的悬吊钢筋。

4）悬吊免拆模板提升加固，将组装完成的悬吊模板上部与直径16mm高强螺杆焊接。焊缝长度不小于50mm，焊角高度8mm。焊接牢固后，采用螺母扣件悬吊在预铺的I18工字钢，均匀调节螺母扣件，使悬吊模板缓慢提升，提升至与楼板地面紧密贴合。具体详见附图5。

5）绑扎上部楼板钢筋，楼板钢筋需与悬吊杆件交叉错开。

6）混凝土浇筑。按照悬吊模板受力计算要求，混凝土浇筑分两层施工，每层厚度900mm，施工下层混凝土确保上层混凝土强度100%。

4  施工关键及难点

4.1悬吊模板设计关键及难点

由于前期预埋钢筋位置已经固定，无法移动，新加工的悬吊模板需避让原预留钢筋，对原预留钢筋进行测量，测量精度要求较高。

4.2悬吊模板安装关键及难点

1）由于钢筋共计10层，预留孔洞周边钢筋已经形成，中部钢筋未绑扎，悬吊模板吊杆需要调整位置，确保悬吊杆件能穿过10层钢筋。

2）悬吊杆件采用机械连接或焊接方式，对焊接工艺和质量要求高。

5  理论计算

根据结构特点，主要对上部钢梁、悬吊模板钢板、悬吊钢筋与高强螺杆焊接、吊耳进行验算。按最不利情况，取最大荷载进行计算：

5.1钢梁计算：

每组工字钢底部物项自重：混凝土自重+钢模板板自重，混凝土自重=0.65×3.4×1.8×25=99.45kN，钢模板自重=4.73kN，施工活荷载=0.65×3.4×3=6.63kN，总荷载1.2×（99.45+4.73）+1.4×6.63=134.3kN，纵向线荷载为39.5kN/m。

1）钢梁荷载验算：

钢梁下部荷载为拉杆传递，可视为点荷载，中间六根拉杆荷载分别为16.79 kN、24.69 kN、25.68kN、25.68kN、24.69 kN、16.79 kN。单根工字钢荷载为一组钢梁荷载值的一半，即钢梁承受中间六根拉杆荷载分别为8.4 kN、12.35 kN、12.48kN、12.48kN、12.35 kN、8.4 kN。

通过結构力学求解器得工字钢承受最大剪力33.23 kN，最大弯矩27.16 kN*m。

（a）受力简图

（b）剪力图

（c）弯矩图

钢梁抗弯验算

钢梁抗弯强度：σ=M/W=27.16×106/185000=146.8N/mm2

钢梁抗剪验算

τ= VSx/Ixtw=33.23×1000×106.5/（1160*6.5*10）=47N/mm2

挠度值为0，挠度可忽略。

5.2底部钢模板验算

单根悬吊钢筋下部钢模板面积为650mm×650mm，拉杆位置为钢模板剪力和弯矩最大位置，取模板对角线的一半长，100mm宽为计算单元，承受荷载为：

1.2×（0.46×0.1×1.8×25+0.46×0.1×0.025×79）+1.4×（3×0.1×0.46）=2.79kN，沿长边的线荷载为6.07kN /m。

得出最大剪力为2.79kN，最大弯矩为0.64kN.m，因为计算模型为对角线的一半，故钢板最大剪力为5.58 kN，最大弯矩为1.28kN.m。

（a）受力简图

（b）弯矩图

1）钢板（100×25mm）抗弯验算

钢板抗弯强度：σ=M/W=1.28×106/10417=122.88N/mm2

2）钢板（100×25mm）抗剪验算

τ= VSx/Ixtw=5.58×1000×7.81/（13.02×10×12.5）=26.78N/mm2

3）钢板（100*25mm）挠度计算

钢板挠度变形验算：?=q×l4/8EI=1.255mm

5.3吊环验算

钢板自重为196.25Kg/㎡，每块钢板重量：1.75×1.15×196.25=395Kg=3950N，根据《建筑计算手册》第四版10-101，采用10mm的钢筋制作，每块钢板上4个吊环。

σ=9807G/nA=9807×0.5（6×78.5）=10.5N/mm2≤60N/mm2，满足。

根据上述计算单个吊环所承受的钢板重量为3950/4=988N。

焊缝验算：采用E4316焊条焊接，吊环两支腿长度均为50mm，支腿两侧均设置焊缝，焊脚尺寸取hf=3mm进行验算。其焊缝强度计算如下： <[f]，满足。

其中  N——垂直于焊缝长度方向的力;

he——角焊缝的计算厚度，对直角焊缝等于0.7hf，hf为焊脚尺寸;

lw——角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2hf。

6 结论

根据某核电站双壳楼板密闭空间、狭小空间的特点，采取悬吊免拆技术，有效克服了间空间狭小人员无法正常操作，密闭空间人员无法出入等困难;通过对悬吊免拆技术的工艺分析，理论核算、工艺操作要点论述，能有效保证结构施工质量，同时为同类工况施工提供了参考。

参考文献

[1]  中华人民共和国住房和城乡建设部。钢结构设计规范GB50017-2017。北京：中国建  筑工业出版社。2017.

[2]  中国建筑技术研究院，JGJ99-98高层民用建筑钢结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1998.