李冰玉 葉振東

（上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200030）

0 引言

核島底板大體積混凝土澆筑的工程質(zhì)量直接決定核島主體結(jié)構(gòu)的整體安全，事關(guān)核輻射安全，因此其澆筑施工質(zhì)量控制意義非常重大。某核電項(xiàng)目核島基礎(chǔ)底板混凝土澆筑量達(dá)到15420m3，澆筑總面積達(dá)到近4149m2，且底板尺寸大，形狀不規(guī)則，此澆筑量和澆筑難度的混凝土整體一次性澆筑在核電行業(yè)尚未有成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)施工組織和混凝土溫度、裂縫控制都是巨大挑戰(zhàn)。本文就該核電項(xiàng)目核島底板大體積混凝土的施工技術(shù)進(jìn)行淺析。

1 工程概況

該核電項(xiàng)目核島底板混凝土基礎(chǔ)底標(biāo)高為-15.900m，頂標(biāo)高為-12.200m，一般厚度3.700m，最大厚度5.700m，最小厚度2.224m?；A(chǔ)長(zhǎng)為91.4m，最大寬度為57.055m，最小寬度為33.820m，見(jiàn)圖1?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C35，理論澆筑總量為15420m3。

圖1 核島筏基底板尺寸示意圖

2 澆筑方案設(shè)計(jì)

通過(guò)ANSYS有限元軟件對(duì)核島底板混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)比幾種可選的澆筑順序從而選取最優(yōu)方案。并對(duì)澆筑和養(yǎng)護(hù)階段的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)變化進(jìn)行模擬分析，采取針對(duì)性的方案優(yōu)化措施，以減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。

2.1 多種澆筑順序的對(duì)比分析

施工澆筑順序有3種可選方案，分別為單側(cè)斜向分層澆筑、雙側(cè)斜向分層澆筑、全面分層澆筑，澆筑及計(jì)算過(guò)程激活順序依次見(jiàn)圖2、圖3、圖4。

圖2 單側(cè)斜向分層澆筑順序示意

圖3 雙側(cè)斜向分層澆筑順序示意

圖4 全面分層澆筑順序示意

利用其他相似核電項(xiàng)目底板混凝土澆筑過(guò)程數(shù)值模型標(biāo)定的相關(guān)參數(shù)及計(jì)算方法，對(duì)本項(xiàng)目核島底板進(jìn)行重新建模，分別計(jì)算3種澆筑順序下混凝土的溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將各方案溫度場(chǎng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)指標(biāo)整理成表1。

表1 3種澆筑順序溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由表1可以看出，施工順序的差異對(duì)筏基中部混凝土溫升的影響不大，但對(duì)里表溫差有一定的影響，主要體現(xiàn)在全面分層澆筑順序方案上，這是由于里表溫度到達(dá)最高點(diǎn)的時(shí)間相差較大而引起。此外，通過(guò)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析，單側(cè)斜向分層澆筑順序和雙側(cè)斜向分層順序的最終應(yīng)力場(chǎng)略有差別，但差別不明顯，而全面分層澆筑順序在局部會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力偏大情況。綜上，并考慮施工經(jīng)驗(yàn)和施工組織難度等方面的影響，最終選用單側(cè)斜向分層澆筑順序，沿長(zhǎng)邊從一側(cè)開(kāi)始推進(jìn)，見(jiàn)圖5。

圖5 核島底板斜向分層澆筑示意圖

2.2 澆筑方案優(yōu)化

由表1可以看出，混凝土底板越厚，其中部混凝土實(shí)際溫升越高，里表溫差越大，其中5.7m厚平臺(tái)中部溫升接近混凝土的絕熱溫升，里表溫差超過(guò)25℃。此外，通過(guò)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析，5.7m厚平臺(tái)邊緣存在一定程度的應(yīng)力集中。所以，為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)核島底板一次性整體澆筑至3.7m厚標(biāo)高位置，對(duì)5.7m平臺(tái)及0.3m加厚區(qū)域進(jìn)行二次澆筑。

按照選定的澆筑順序及優(yōu)化后的澆筑方案再次建立對(duì)應(yīng)的數(shù)值模型，對(duì)比分析方案優(yōu)化前后溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果。

（1）采用優(yōu)化后方案，5.7m 平臺(tái)區(qū)域中部溫度較大幅度降低（見(jiàn)圖6），使得內(nèi)外溫差縮小，最大為19.1℃，小于25℃的要求，在可控范圍內(nèi)。

圖6 5.7m平臺(tái)區(qū)域中部溫度變化曲線

（2）采用優(yōu)化后方案，應(yīng)力主要出現(xiàn)在底板邊緣及四周角部，分布較優(yōu)化前更為均勻，數(shù)值也略有下降。見(jiàn)圖7。

圖7 方案優(yōu)化前后底板底面澆筑7d的應(yīng)力場(chǎng)

3 施工組織

3.1 施工組織難點(diǎn)

該項(xiàng)目核島底板整澆混凝土量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)（實(shí)際澆筑87.5h），混凝土供應(yīng)、檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)施工均分屬無(wú)直接合同關(guān)系的不同單位，現(xiàn)場(chǎng)施工一次投入的人、材、機(jī)數(shù)量多、強(qiáng)度大，僅單班作業(yè)人員已達(dá)到338人，人員密集，各施工區(qū)域與施工工藝均有搭接，不可避免交叉重疊作業(yè)。無(wú)論是混凝土生產(chǎn)供應(yīng)還是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工，施工組織均存在較大難度。

3.2 管理措施

（1）建立完善的澆筑相關(guān)人員組織管理機(jī)構(gòu)，成立專項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組，進(jìn)行合理地分工和責(zé)任劃分。

（2）編制澆筑技術(shù)參數(shù)管理手冊(cè)，對(duì)混凝土原材料、生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程、澆筑養(yǎng)護(hù)過(guò)程、外觀質(zhì)量檢查、應(yīng)急管理預(yù)案等方面進(jìn)行全面梳理。結(jié)合技術(shù)手冊(cè)分組分區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)交底培訓(xùn)，使各個(gè)崗位人員熟知自己的職責(zé)范圍、管理流程及詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)。

（3）預(yù)先進(jìn)行全過(guò)程的實(shí)操演練，保證相關(guān)人員熟悉澆筑流程，確保人員及機(jī)械交接有序進(jìn)行，有效應(yīng)對(duì)機(jī)械故障、停電及極端天氣應(yīng)急情況，保證混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。演練主要內(nèi)容包括指令傳遞流程、應(yīng)急管理流程、質(zhì)量控制流程、實(shí)時(shí)澆筑站位等。

4 混凝土養(yǎng)護(hù)

采用保溫保濕的養(yǎng)護(hù)方法，并搭設(shè)養(yǎng)護(hù)棚以降低外部天氣變化對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)的影響，通過(guò)掛設(shè)三防布隔簾形成四個(gè)養(yǎng)護(hù)分區(qū)。混凝土澆筑完后覆蓋材料為：1層土工布—2層塑料膜—1層5cm巖棉—2層土工布—1層塑料膜，核島底板所有側(cè)面均采用帶模養(yǎng)護(hù)。

通過(guò)對(duì)筏基混凝土溫度及應(yīng)變監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施。重點(diǎn)關(guān)注墻體插筋區(qū)、結(jié)構(gòu)突變位置以及養(yǎng)護(hù)棚拆除后混凝土面的保溫保濕措施，保證降溫速率一直處于合理的范圍內(nèi)。

養(yǎng)護(hù)周期：當(dāng)混凝土中心溫度與表面溫度相差小于20℃且表面溫度與環(huán)境最大溫差小于15℃時(shí)方可拆除模板和保溫層[1-2]。

5 裂縫控制

5.1 對(duì)裂縫易發(fā)部位的優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)值模擬分析結(jié)果，應(yīng)力集中區(qū)域主要分布在左右弧端區(qū)域和中心圓邊緣區(qū)域，另外在方形坑洞邊緣、圓弧區(qū)域上部在整個(gè)過(guò)程中也出現(xiàn)了較大應(yīng)力，見(jiàn)圖8。

圖8 應(yīng)力偏大區(qū)域示意圖

為控制裂縫的產(chǎn)生，針對(duì)應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在開(kāi)裂高風(fēng)險(xiǎn)部位增設(shè)并優(yōu)化抗裂鋼筋網(wǎng)片，對(duì)于核島圓弧區(qū)與直段相交部位進(jìn)行倒角處理。

5.2 配合比設(shè)計(jì)

為盡可能降低混凝土水化放熱量，控制絕熱溫升，選用低水化熱水泥P·I42.5。根據(jù)數(shù)值模擬分析結(jié)果，25%和30%兩種比例粉煤灰摻量混凝土對(duì)核島底板溫度場(chǎng)的影響基本相同，差別在1%以內(nèi)，可以忽略，在考慮經(jīng)濟(jì)性的情況下，選擇摻加30%的粉煤灰。添加減水劑以減少拌合水的用量，添加引氣劑以改善混凝土的保水性和和易性，將混凝土坍落度控制在175mm左右。

5.3 裂縫控制施工措施

5.3.1 溫度控制

通過(guò)調(diào)節(jié)原材料的溫度控制出機(jī)溫度。通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)測(cè)溫，確認(rèn)混凝土出機(jī)后溫度隨時(shí)間的變化情況，提前預(yù)判并改進(jìn)，以保證出機(jī)后90min內(nèi)滿足入模溫度要求，即入模溫度在5～26℃之間[3]。

在養(yǎng)護(hù)階段，嚴(yán)格按照規(guī)定頻率[2]進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)異常情況需增加監(jiān)測(cè)頻率，以便及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施，滿足各項(xiàng)溫控指標(biāo)。為消減溫升峰值，升溫期間可適當(dāng)延緩保溫層覆蓋進(jìn)度；降溫階段，為防止降速過(guò)快或過(guò)緩，可根據(jù)測(cè)溫情況增減保溫層或升降棚內(nèi)溫度。

混凝土降溫速率和表里溫差滿足規(guī)定要求（降溫速率不大于2℃/d，表里溫差不大于25℃），且表面溫度與環(huán)境溫度的最大差值小于25℃時(shí)，方可停止測(cè)溫工作[4]。

5.3.2 振搗

采用插入式振搗棒，振搗棒插入按照“直上直下、快插慢拔”的原則進(jìn)行操作，保證每點(diǎn)的振搗時(shí)間，直至混凝土表面呈水平不再顯著下沉、不再出現(xiàn)氣泡、混凝土表面穩(wěn)定泛漿時(shí)為宜。

混凝土單點(diǎn)布料完成后開(kāi)始振搗，在振搗上層混凝土?xí)r，將振搗棒插入下層混凝土內(nèi)5～10cm，以便上下層混凝土能有效地結(jié)合。

對(duì)上下層澆筑時(shí)間間隔超過(guò)2h的布料層，需單獨(dú)對(duì)該層混凝土進(jìn)行二次振搗，二次振搗時(shí)間間隔以2h左右為宜，以增加混凝土的密實(shí)度，減少內(nèi)部微裂紋，提高混凝土強(qiáng)度和抗裂性。

5.3.3 抹面處理

對(duì)于平整表面壓面處理區(qū)域，表面處理不得少于三遍抹壓。由于澆筑混凝土較厚，面層的浮漿較多，壓面人員需隨時(shí)觀察混凝土表面情況，發(fā)現(xiàn)裂縫時(shí)，及時(shí)再次壓面。

6 結(jié)束語(yǔ)

該核電項(xiàng)目結(jié)合數(shù)值模擬對(duì)混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)過(guò)程的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算分析、施工經(jīng)驗(yàn)、項(xiàng)目實(shí)際人機(jī)料配置能力，合理地確定澆筑方案、養(yǎng)護(hù)方法、溫控方案及裂縫控制措施，并有針對(duì)性地對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，形成了一整套完備的核島底板大體積混凝土施工技術(shù)，為核島底板施工質(zhì)量提供有效保障。此外，此種理論分析與施工實(shí)踐相結(jié)合、對(duì)設(shè)計(jì)施工養(yǎng)護(hù)全過(guò)程進(jìn)行分析優(yōu)化的模式，可為后續(xù)類似工程提供參考和經(jīng)驗(yàn)。