华龙一号核电站海水泵房蜗壳施工技术研究及应用

刘志军

（上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 200000）

0 引言

蜗壳是泵房内循环水系统（WCW）及核电站第三回路的重要组成部分[1]，在土建施工项目中为核安全物项，不管是在福清核电一期、二期，还是其他现在已施工的核电，蜗壳极容易产生裂缝等质量缺陷，给后期处理带来了极大困难。“华龙一号”蜗壳泵与之前国内施工的AP1000、M310、EPR、VVER 堆型结构特点相类似，但“华龙一号”PX 联合泵房单机2 个蜗壳设置在中间，2 侧为WES 区，单个蜗壳图纸设计共分成9 次浇灌区，下支撑环灌浆在基座施工完安装完后即可灌浆，上支撑环灌浆待蜗壳施工完后启动灌浆，整个蜗壳浇筑厚度达到6.36 m，蜗壳泵螺旋状空腔大体积混凝土施工控制极为重要。在福清核电5、6 号机组蜗壳结构施工中，对蜗壳施工逻辑，蜗壳模板拼装，钢筋下料以及纤维混凝土浇筑等施工技术研究应用，为“华龙一号”堆型建设提供技术支持，也为后续类似工程提供借鉴和参考。

1 工程概况

1.1 结构概况

福清核电5、6 号机组7PX 联合泵房主体结构平面尺寸为118.86m×52.05m，其作用为在正常运转情况下，通过辅助冷却水系统向常规岛闭式冷却水系统热交换器提供冷却用海水，泵房内循环水系统（WCW）是核电站第三回路的重要组成部分。7PX 联合泵房包括2 个相同的部分5PX 和6PX，这2 个部分由一伸缩缝分开，共安装了4台循环水泵，蜗壳作为其重要的组成部分，其形状像蜗牛壳，在泵房中位于进水道上端，并与循环水涵洞相接，蜗壳模板由甲供。

1.2 工程特点、难点

1.2.1 逻辑施工顺序复杂

根据施工图纸蜗壳区一共分为9 次浇灌，下支撑环二次灌浆在第6 次浇灌完后进行，上支撑环二次灌浆在第9次浇灌后进行，其中进水流道区共分为3 次浇灌，蜗壳区分成4 次浇灌，蜗壳区北侧为鼓网区墙体，左右两侧为WES区墙体，南侧为基岩壁，施工时相互制约，蜗壳区施工影响着整个泵房的施工，其施工逻辑选择尤为重要[2]。

蜗壳泵二次灌浆也是蜗壳泵施工的重要组成部分，安装的介入时间直接影响了整个施工。在福清核电1、2 号机组施工时主体结构全部施工完成后再安装上下支撑环及中间连接筒，最后进行二次灌浆；在3、4 号机组蜗壳施工时与安装交叉作业，安装完成后再进行下支撑环和上支撑环二次灌浆，且北侧鼓网区进度较蜗壳提前；在5、6号机组2 个泵房施工工期较为紧张的情况下，施工时施工逻辑顺序的探讨显得尤为重要。

1.2.2 蜗壳模板施工

“华龙一号”为首堆，蜗壳模板为首次使用，模板拼装、加固存在风险，模板大面处于悬浮状态，四周受力不均匀，根据图纸要求蜗壳基座部位预埋M20 螺栓，高出水泥基础平面320 mm，钢管作为背楞进行加固。与GD1 沟接口位置9.2 m 长圆弧段全部处于悬空状态，且该部位模板由施工单位自行设计拼装并加固成型，模板上面混凝土达到1.9 m。

1.2.3 特殊混凝土施工，质量要求高

“华龙一号”7PX 联合泵房为大体积纤维混凝土，内掺适量粉煤灰、硅粉、聚丙烯微纤维及硫铝酸钙类HEA 抗裂防水剂。由于混凝土流动性较差，水化热较大，因此，如何控制蜗壳泵结构混凝土裂的产生缝，保证后续流水时安全稳定，是施工控制的重、难点。

2 蜗壳施工逻辑研究

该海水泵房施工中充分考虑了现场实际情况，我们将蜗壳施工逻辑分为2 种：1） 先主体后安装施工组织模式。2） 主体和安装交叉施工组织模式。对这2 种组织模式分别逻辑推演和分析，找出各自的优缺点，从中选择最合适的施工组织模式。

2.1 “先主体后安装”施工组织模式

“先主体后安装”施工组织模式，即对二次灌浆区进行预留，等浇筑完成后再进行上下支撑环的安装，然后再进行二次灌浆。该模式的优点包括以下2 点：1） 在进水流道施工完成后即可进行蜗壳钢筋绑扎等施工，加快现场施工进度，在满足整体工期的要求下，保证提前封顶。2） 对于二次灌浆区留浆等容易进行处理。该模式的缺点是在主体结构施工完成后再进行安装，安装时受制约较多，二次灌浆区钢筋绑扎困难，同时需要另外配置一套二次灌浆模板。

2.2 “主体和安装交叉”施工组织模式

主体和安装交叉施工组织模式，即在进水流道施工完成后启动安装，然后进行蜗壳施工，同时在基座施工完成后即进行下支撑环的二次灌浆，待蜗壳浇筑完成后再进行上支撑环的灌浆。该模式的优点包括以下4 点：1） 在蜗壳基座施工完成后即可对下支撑环进行二次灌浆。2） 不需要另外配置一套二次灌浆施工模板。3） 不需要对二次灌浆支撑环位置钢筋进行二次绑扎。4） 便于后期安装方便。该模式的缺点包括以下2 点：1） 在施工过程中对二次灌浆区拦设施工缝钢丝网无法进行拆除。2） 主体和安装交叉施工，造成主线施工工期增长，给后面封顶带来压力。主体和安装交叉如图1 所示。

进行综合对比分析后可知，由于主体和安装交叉施工更有利于后期二次灌浆，减少对安装的影响，能节约后期处理成本，有效地提高效率。因此决定采用第2 种方法进行施工。

另外，根据施工图纸整个蜗壳区分层九次浇灌区，结合前期施工经验，我们提出将第1 次浇灌和第2 次浇灌合并在筏基共同浇筑，并浇筑标高变更为-24.100 m，B 层进水流道施工将第3、4、5 次浇灌合并进行浇筑，B 层蜗壳基座单独进行施工，C 层蜗壳区将第7 次和第9 次浇灌合并进行浇筑，D 层将第8 次与第9 次部分区域合并进行浇筑模式。蜗壳泵分层示意图如图1 所示。

3 蜗壳模板探讨与分析

3.1 蜗壳模板简介

蜗壳模板共分为23 段及人孔模板，第1 段～16 段为蜗轮型，第17 段～22 段形状渐渐变为圆型，每段模板由4块组成，现场加工第23 段圆形并安装。

3.2 蜗壳模板试组装

由于蜗壳模板生产厂家更换，蜗壳模板在实体安装前，需要提前进行试拼装检查模板结构及尺寸，组装的顺序与正式安装过程相同。

试组装的目的有2 个：1） 熟悉蜗壳模板的安装操作程序。2） 检查蜗壳模板在运输途中变形误差，尺寸误差、有无拼缝不严等质量问题。

3.3 蜗壳模板安装

先将第1 段安装在第6 次浇筑平台上，并使用预埋在平台砼上的预埋螺栓进行预固定，预固定前应确认好其位置。

在蜗壳模板上标有水平标高线，根据标高线检查模板位置进行调整，调整至位置准确。

安装一个段前，用稳定支撑固定好模板，用同样的方法安装第2 段，与第1 段进行螺栓连接，并用钢管与螺栓调整模板之间的拼缝，模板之间拼缝达到要求后，然后采用预埋在混凝土平台上的螺栓进行固定；模板拼接时应严格按剖切线控制其位置，以减少拼缝误差。检查剖面的连续性，按从第3、4、5、……21、22、23 段的顺序，用上述方法安装其他段，使表面吻合。

3.4 蜗壳模板开孔

蜗壳模板第18～22 段及现场拼装第23 段模板，下部均为悬浮模板，该部分模板较宽较长（椭圆形模板平面投影尺寸宽 为3 600 mm，长为14 600 mm），并且模板下部钢筋较为密集且又复杂，为了保证整体证蜗壳区混凝土浇筑质量及外观尺寸，在模板底部开设φ100 mm 圆形孔或150mm×150mm 方形孔（排距为1 m，横距为0.6 m），便于在模板底部不同部位插入振捣棒，能方便振捣混凝土，保证混凝土排出空气，振捣密实。

图1 蜗壳泵主体和安装交叉施工

3.5 模板安装检查

蜗壳模板安装检查包括以下4 个步骤：1） 根据泵轴线检查模板水平及垂直，检查蜗壳模板是否与基坑里衬、分水角等设备拼接稳。2） 检查“拆模空隙”中每一框架内所有小块的正确位置，竖向支撑的稳定性也要检查。3） 钉好铁质拆模销。4） 钢筋绑扎完成，在浇筑混凝土前，检查所有分块、支承点、支撑管、铁质销钉及整体刚度。

3.6 蜗壳模板整体加固

蜗壳模板共分为23 段，第1 段～17 段为蜗轮型，第17 段～22 段逐渐变为圆形，第23 段为圆形并由现场加工安装。根据蜗壳模板第1 段～17 段、第18 段～22 段、第23 段布置位置情样，蜗壳模板加固方式具体分为以下3种。1） 蜗壳模板第1 段～17 段为蜗轮型，蜗壳模板底模利用预埋锥体，并与M16 高强对拉螺杆拉接固定；蜗壳模板内部的支撑钢管按间距@500 mm 布置，并支撑在模板龙骨档上，并沿模板圆弧布置；侧面模板可通过泵中心脚手架沿圆周圈加钢管支撑，设置2～3 道，即在泵中心支设钢管脚手架，并从流道往泵中心搭设，立杆间距按@800 mm 布置，步距为1200 mm，底部钢管可以利用预埋螺栓加固（立杆斜面处采用木楔垫平，同时利用进水道平面上预埋的锥体增加钢管斜撑），水平钢管支撑到流道内表面，保证脚手架整体平稳。2） 蜗壳模板第18 段～22段模板形状渐渐变为圆型，模板底部为已浇筑完成混泥土面作为支撑面，因模板为圆形，支撑面较小，且混泥土浇筑中模板四周均受力，则模板内侧背面设置@600 mm 2 根φ48 mm 钢管横肋，纵肋上设有@600mm 的M16 对拉螺栓，一端锚如下部已浇筑完成砼内，另一端用蝴蝶扣和压板卡在横肋上。3） 第23 段蜗壳模板是现场加工，且为圆形，圆形模板底部需制作支撑架，支撑架一端用蝴蝶扣和压板卡在横肋上，另一锚如下部已浇筑完成砼内。

3.7 蜗壳模板拆除

在模板的拆除过程中，对一项具体操作都进行严格的监督，施工单位派专人进行专项管理，这对于模板的保护尤为重要。

蜗壳模板和C 块模板拆除，应保证混凝土强度达到设计强度的100%后，且混凝土表面温度与大气环境温度温差不大于20 ℃，上环二次灌浆完成并具备模板拆除时，才可以进行，同时蜗壳的入水口、出水口两端应封堵严实。

3.8 蜗壳模板底部加固措施

由于蜗壳模板为首次使用，需要对模板进行试拼装，对于模板加固1 种方法是采用厂家设计图纸预埋M20 螺栓，外露长320 mm，螺纹长80 mm，但是应用该方法无法与甲供模板很好地加固到位，没有配套背楞可用，加固难度大，同时后期需要对螺杆进行切割，然后对孔洞进行修补，在后期海水侵蚀及冲刷下，极容易锈蚀和被冲刷掉；2 种方法在蜗壳底部混凝土浇筑前预埋M16 对拉螺杆，预埋长度为280 mm，中间设置锥体，在模板安装过程中，上口再安装M16 螺杆与锥体相连，保证外漏长度为325 mm，此方法简单方便，便于拆卸，便于后期修补。经过对比分析，并与厂家进行充分沟通，最终选择2 种。

4 特殊混凝土施工技术研究

由于蜗壳泵内部构造形状复杂，内腔为不规则螺旋状，并且蜗壳模板大量处于悬浮状态，且混凝土结构中钢筋过于密集，有些部位无法插入震动棒振捣，特别是设计时考虑到防渗抗裂，在混凝土中掺加了聚丙烯纤维、硅粉等，对混凝土的流动性影响给混凝土施工带来了难度，客观上增加了混凝土施工振捣的难度。因此，对核电站联合泵房蜗壳泵特殊混凝土施工方法进行分析、总结具有极其重要的作用。

4.1 混凝土浇筑施工方法

浇筑布料顺序：在蜗壳泵混凝土浇筑过程中，首先从泵出水口位置（即蜗壳模板悬浮位置，主要包括圆形段模板）西南角区域开始进行浇筑，并沿泵出水口中心线往泵中心浇筑（即由南向北），浇筑至模板侧壁时需要进行对称浇筑，在浇筑蜗壳模板中心线以下部位时主要围绕模板区域进行浇筑，同时注意对东南角适当覆盖砼，避免砼初凝。待蜗壳模板顶部浇筑完成后，由西北角至东南角方向整体浇筑。

浇筑分层方法：蜗壳模板下部主要采用分块分层浇筑，每层浇筑厚度为300 mm 左右，浇筑至模板底部时，模板西侧砼面高于弧底300 mm～500 mm，在振捣棒的引导及砼自重作用下将模板下部浇筑密实。蜗壳模板侧壁采用分块分层浇筑，每层浇筑厚度为300 mm 左右，浇筑过程中必须对称布料，以防模板出现偏位。此过程主要环绕蜗壳模板区域布料，在东南角区域控制浇筑量，在该过程中加强监控，避免砼初凝。浇筑至蜗壳模板顶部后由西北角至东南角方向整体分层浇筑，每层浇筑厚度300 mm左右。

考虑蜗壳模板表层钢筋密集且相互交叉，部分模板下部有较大的悬空区域，为了保证蜗壳模板区域混凝土浇筑质量及外观尺寸在蜗壳模板及圆形段模板下部开设振捣孔，振捣孔沿泵出口方向间距为1 000 mm，沿断面弧形方向为500 mm，振捣孔为150 mm×150 mm，便于振捣棒能插入模板底部不同部位振捣混凝土，保证混凝土振捣密实，并通过洞口设置高强对拉螺杆，提高模板的整体稳定性；同时在蜗壳模板周围的钢筋层上预留下人孔操作区，预留操作区为500 mm×500 mm，以便于振捣人员到达底部模板周围进行振捣。

为了使蜗壳圆弧段模板底部混凝土振捣密实，振捣人员从下人孔到达底部模板周围进行振捣，浇筑至模板底最后一层时采取从一侧下料，另一侧用振捣棒引导，下料侧混凝土要高出弧底300 mm～500 mm，直至引导侧混凝土高出弧底200 mm～300 mm，在浇筑的同时派工人在模板内振捣孔进行振捣，并用木锤敲打模板内侧，以利于模板底砼密实剂残余气体的排出。然后两边再同时对称下料，两侧高差不宜超过300 mm，中间不留施工缝，砼下料高度超过2 m 时应采用的塑料软管，与布料机软管相连接设置串筒，避免砼产生离析[3]。

砼泵送前，检查塌落度及入模温度是否符合规定（（14 ±2） cm、＜30 ℃）的要求，砼入模温度按照＜28 ℃控制，超出时及时提醒相关部门。

4.2 混凝土养护措施

砼浇筑后，应及时在砼表面覆盖1 层塑料薄膜5 层麻袋保温保湿，保温层厚度根据测温情况、天气情况具体控制，始终控制混泥土内外温差规范要求（25 ℃）。麻袋一层压一层的密铺，要求铺设整齐，保证麻袋和砼表面有很好的接触，将砼的温度梯度控制在允许范围以内。

大体积混凝土浇时8 h～10 h 后应进行养护，具体要求保温层厚度根据测温情况、天气情况具体控制，砼内外温差内外温差应小于25℃。

4.3 混凝土拆模条件

当蜗壳区混凝土强度达到设计强度的100%后，且混凝土表面温度、混凝土中心温度和大气环境温度基本平衡后，才能将蜗壳模板拆除。E 块外侧模板应结合环境温度及测温情况在砼强度能保证其表面及棱角不因拆模板而受损坏，不因环境温度变化而产生裂缝时才可以拆除。模板保温层、模板等拆除后，继续洒水养护，保证砼充分浇水湿润，防止砼出现干缩裂缝。

5 结语

泵房内循环水系统（WCW）是核电站第三回路的重要组成部分，蜗壳泵是其重要的组成部分，在土建施工项目中为核安全物项，其施工逻辑关乎整个厂房的施工，根据施工图纸蜗壳区共分成9 次浇灌，优化其施工逻辑，同时采用土建和安装交叉施工模式，很好节约施工工期，节约成本；对蜗壳甲供模板加固在底部混凝土浇筑前预埋M16对拉螺杆，预埋长度为280 mm，中间设置锥体，在模板安装过程中，上口再安装M16 螺杆与锥体相连，保证外漏长度为320 mm，此方法简单方便，便于拆卸，便于后期修补；通过对蜗壳纤维混凝土施工优化，混凝土外观质量大幅提升，有效地控制裂缝产生。

蜗壳成功实施，节约了成本，缩短了工期，提高了经济效益，为后面蜗壳泵施工提供强有力的支持，也为“华龙一号”后续施工提供保障和核心竞争力。