陳葉紅

（上海斯耐迪工程咨詢有限公司， 上海 200233）

0 引 言

核電工程的首要目標是核安全。為了滿足結構安全和核輻射防護要求，核島底板設計一般采用整體澆筑的混凝土筏板基礎。如何避免底板出現(xiàn)有害裂縫，保證大體積混凝土的施工質量，已經成為核安全文化的一部分，是建設安全核電的基石和重中之重。

山東石島灣高溫氣冷堆示范工程地處山東半島北端，于2012 年 12 月 9 日至次年 3 月完成核島底板混凝土澆筑，是我國北方地區(qū)首個冬季施工的核電站大體積混凝土底板。通過參建各方的共同努力，工程實現(xiàn)“底板表面未發(fā)現(xiàn)明顯可見的有害裂縫”的質量目標。筆者通過總結核島底板冬季施工質量控制方面的經驗，為解決類似工程難點提供一定的借鑒。

1 工程概況

核島筏板基礎呈“L”形，其中東西向為反應堆廠房和乏燃料廠房，長 68.8 m、寬 34.5 m；南向為核輔助廠房，長 44.2 m、寬 28 m；筏板基礎總厚度 3 m，面積 3 628 m2，混凝土強度等級為 C30/P8，墻體(導墻)混凝土強度等級為C35/P8，混凝土用量約 11 410 m3。

根據(jù)《基礎底板澆筑分塊跳倉圖》中分層分塊要求，核島 3 m 厚基礎底板分兩層澆筑。從下向上，第 1 層澆筑厚度1 m，第 2 層澆筑厚度 2 m，每層根據(jù)功能區(qū)分成 A、B、C3塊(見下圖)。

圖1 核島廠房底板分塊圖

2 施工難點

2.1 冬季施工

核島底板下部 1 m 層在 2012 年 12 月澆筑，環(huán)境日平均氣溫達到 0℃ 以下，最低溫度－10℃；上部 2 m 層在 2013 年3 月澆筑，環(huán)境日平均氣溫在 5℃ 以下。高溫氣冷堆施工現(xiàn)場晝夜溫差大、大風降溫頻繁，混凝土終凝前防凍和冬季養(yǎng)護工作非常困難。

2.2 混凝土澆筑方量大

底板下部 1 m 層澆筑量約 4 006 m3，上部 2 m 層澆筑量約7 131 m3，最大單體澆筑量為 3 614 m3。

2.3 鋼筋密集

反應堆艙室壁、廠房共用墻體插筋區(qū)和底板下部受力鋼筋區(qū)的鋼筋密集，且鋼筋直徑大(φ36)，局部間距小于30 mm，不利混凝土下料，更不利振搗密實。

3 前期策劃

3.1 技術方案準備

綜合考慮工程特性、當?shù)貧夂驐l件、配套設施等影響因素，有針對性地編制大體積混凝土冬季施工方案。首先，成立混凝土澆筑實施組織機構，設置專項管理小組和澆筑作業(yè)班組。其次，結合核島周邊地形和分層分段混凝土量，規(guī)劃泵送的位置、運輸路線、檢測點、指揮部位置等；核算混凝土布料的可行性，計算混凝土澆筑的時間節(jié)點表，細化特殊部位的時間控制。再者，根據(jù)當?shù)氐臍v史氣溫數(shù)據(jù)，確定澆筑期間的環(huán)境溫控基準；結合攪拌站的生產控制標準，計算混凝土的控制溫度，核算大體積混凝土防裂的安全性保證系數(shù)。最后，編制各類專項施工方案，解決養(yǎng)護溫控、大體積混凝土測溫、施工現(xiàn)場保障等問題，并核算設定的技術指標，確保質量控制措施符合施工和質量驗收規(guī)范的要求。

3.2 方案演練

為了確?；炷翝仓ぷ鞯捻樌麑嵤?，編制核島底板大體積混凝土澆筑演練組織方案。在澆筑前，策劃實施現(xiàn)場的澆筑過程控制、各參建單位的全環(huán)節(jié)配合和各類應急預案的演練。通過演練查找不足，進而完善方案。

4 過程實踐

4.1 組織澆筑方案及應急預案的演練

2012 年 11 月 19 日，施工單位組織內部演練，重點檢查現(xiàn)場的內部協(xié)調配合情況。11 月 22 日，總包單位牽頭組織全體參建單位澆筑演練，所有崗位人員全部參與，重點檢查澆筑全過程各組織間的配合協(xié)調情況，同時開展 200 m3混凝土澆筑演練和泵管堵塞、現(xiàn)場停電等 9 個應急預案流程的演練。11 月 23 日，總包單位組織各參建單位召開專題會，分析解決演練過程中發(fā)現(xiàn)的問題，提出 44 項整改意見并逐條落實到人，在底板澆筑前完成整改。

4.2 搭設養(yǎng)護保溫棚

核島底板 1 m 層混凝土防護棚的支撐墻柱采用雙排鋼管，在 A 區(qū)與 C 區(qū)的中間起脊雙向排水、B 區(qū)單坡排水；“田”字架采用鋼管加工成單片體，上鋪安全兜網和防水油布，棚頂再加鋪 2 層土工布+1 層防水帆布。

在 2012 年 12 月 9 日前現(xiàn)場有降雪過程，防護棚搭設期間增加了 300 mm 棉被進行保溫。經實踐驗證，增加保護層后，在整個 1 m 層的澆筑和養(yǎng)護初期中間，A 區(qū)防護棚內溫度基本在 5℃ 以上，有效地保障了大體積混凝土的養(yǎng)護。

4.3 混凝土生產和運輸

在底板 1 m 層澆筑期間，攪拌站一方面以封閉骨料倉并加裝暖氣的方法，提升骨料溫度并將溫度保持在 25℃ 左右；另一方面采用鍋爐加熱的方法，將拌合水控制在 43℃ 左右。這樣，混凝土的出機溫度平均在 17.5℃ 上，最低為 15℃；滿足在氣溫－10℃ 情況下澆筑溫度的控制要求。運輸罐車均采用“罐體套裝罐車保溫被”方式保持混凝土的溫度。

4.4 澆筑過程控制

4.4.1 混凝土澆筑

混凝土澆筑采用斜面分層法施工。每層混凝土的澆筑厚度不大于 500 mm，斜面坡度≤1∶6，分層、斜向推進布料。控制混凝土最大自由落差不大于 1.5 m，局部調整防裂鋼筋網片留設布料孔。

在底板 1 m 層澆筑之前混凝土防護棚已經封閉，澆筑時防護棚頂部單片保溫層“隨拆隨澆”。底板 1 m 層 A1 區(qū)先澆筑核疏水箱地坑，然后從 1-1 軸線分層推進至 1-11 軸線施工縫。澆筑完成后，處理兩道豎向施工縫，綁扎 C 區(qū)和 B 區(qū)的底板鋼筋，并技術間歇 7 d～10 d。自 1-1 軸開始，連續(xù)澆筑C1 區(qū)和 B1 區(qū)至 1 m 層全部澆筑完畢。因各區(qū)域澆筑面的寬度較大，混凝土澆筑過程中未做到分層推進。

底板 2 m 層澆筑前，施工單位總結 1 m 層澆筑經驗和不足，澆筑的推進方式更換為推移式連續(xù)施工；現(xiàn)場結合 1 m層施工縫清理施工情況，A2 區(qū)改由 1-11 軸線向 1-1 軸推進，待混凝土終凝后可以提前處理近 B 區(qū)的豎向施工縫，縮短了施工周期。

混凝土的振搗采用單一的行列式“直上直下、快插慢拔”振搗方式。振搗棒采用梅花法插點移動，間距不超過400 mm，振搗時間為 20s～30s，接搓部位振搗超出搭接部位至少 500 mm，振搗上層時插入下層 50 mm 左右，在初凝前完成二次振搗。在鋼筋密集區(qū)，振搗前先用鋼筋作為導向管試插，使用小直徑的振搗棒或在振動棒上加焊φ16 鋼筋的方法進行振搗，適當?shù)匮娱L振搗時間、減小移動間距，來保證混凝土的振搗質量。

在澆筑 B2 區(qū)環(huán)板埋件部位時四周布料，從預埋件一側向另一側推移澆筑；混凝土高出埋件 50 mm，直到混凝土不再下沉(以混凝土表面不再出現(xiàn)氣泡、表面泛出灰漿為準)，并在初凝前二次振搗，保證環(huán)板埋件下部的混凝土密實。

在混凝土澆筑前，按設計要求設置混凝土標高控制樁，間距不大于 3 m。房間四周用細木條綁在鋼筋上，以下口為標高控制線；房間內部用短鋼筋焊在主筋支撐架上，以上口為標高控制線。

在混凝土振搗密實后，用木刮尺按設計標高刮平混凝土表面，用木抹子壓實抹平混凝土表面；初凝前抹壓一遍并及時消除混凝土的泌水，終凝前進行二次抹壓。泌水現(xiàn)象較輕的地方采用長木桿加海綿或采用吸塵器吸水；泌水現(xiàn)象嚴重的地方在模板上開洞放水處理，避免混凝土中泌出水分結冰。

4.4.2 混凝土養(yǎng)護

在 A 區(qū)底板混凝土終凝后，拆除豎向施工縫鋼絲網模板并鑿毛處理。處理部位的保溫層隨揭隨蓋，控制揭開面積；處理完畢立即恢復保溫層。

養(yǎng)護方法采用保溫保濕法，持續(xù)時間不少于 14 d。底板1 m 層混凝土澆筑在 12 月份，養(yǎng)護工作主要是防凍。澆筑前，底板側模外面掛 4 層麻袋片和 1 層保溫棉被，采取長時間帶模養(yǎng)護。澆筑完成后，在面層上覆蓋 1 層塑料薄膜，然后再蓋 4 層干麻袋片和 1 層保溫棉被；待養(yǎng)護 3 d 后降溫階段，根據(jù)現(xiàn)場情況和測溫數(shù)據(jù)分析，實時調整保溫層厚度。底板 2 m 混凝土層澆筑在 3 月份，養(yǎng)護工作主要是保濕。澆筑前，底板側模外側掛的保溫層不變。澆筑后，升溫階段面層覆蓋 1 層濕麻袋片，再覆蓋 1 層塑料薄膜，防止水分和熱量流失；降溫階段再增加 1 層塑料薄膜及 2 層麻袋片，根據(jù)測溫情況局部增加保溫棉被。

A 區(qū)混凝土澆筑前，在豎向施工縫外 2 m 范圍處掛設一道棉被，形成局部封閉空間。澆筑完成后，立即在施工縫上懸掛保溫層，厚度與水平施工縫一致。在施工處理期間，局部拆除并在封閉空間內加設暖風機取暖。

養(yǎng)護期間安排專職養(yǎng)護人員，每班 4 人每天 2 班倒換。技術人員根據(jù)測溫情況，隨時安排養(yǎng)護人員調整養(yǎng)護覆蓋層數(shù)。定期檢查防護棚內溫、濕度，檢查頻率前 7 d 為 2 h 觀察1 次，以后為 4 h 觀察 1 次；發(fā)現(xiàn)混凝土表面干燥及時進行局部灑水保持表面溫潤，養(yǎng)護用水在加熱后用噴霧器噴灑至混凝土表面。

4.4.3 混凝土溫度監(jiān)測

底板 1 m 層混凝土溫度監(jiān)測工作由施工單位自行操作，采用 JDC-Ⅲ 型建筑電子測溫儀及配套的測溫線、測溫探頭進行集成式測溫。核島底板 1 m 層澆筑前，在 A1 區(qū)設置 13 個測溫點、B1 區(qū)設置 6 個測溫點、C1 區(qū)設置 5 個點。底板 1 m層混凝土測溫頻率是前 7 d 為 1 次/2 h，7 d 后為 1 次/4 h；同時測量大氣溫度，降溫速率控制在 2.0 ℃/d。溫度監(jiān)測工作在2012 年 12 月 9 日 7 時開始，至 2013 年 1 月 22 日結束，專人24 h 輪流監(jiān)測。監(jiān)測結果與方案計算的數(shù)值基本相同。

2012 年 12 月 27 日，A1 區(qū)混凝土表觀質量檢查未發(fā)現(xiàn)明顯可見的有害裂縫。在底板混凝土鑿毛施工前，分區(qū)檢查底板實體外觀質量均未發(fā)現(xiàn)有害裂縫。

底板 2 m 層混凝土溫度監(jiān)測工作委托給中治建筑研究總院有限公司建筑工程檢測中心實施。監(jiān)測工作采用DATATAKER 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，全過程實時監(jiān)測混凝土內外溫差及應力變化，用實時監(jiān)測數(shù)據(jù)指導施工和養(yǎng)護工作。核島底板 2 m 層混凝土澆筑前，共布置 66 個測溫點；分層布置的應變與溫度傳感器的上下兩層分別距離上下表面 5 cm，中間層位于厚度正中。溫度檢測工作自 2013 年 3 月 7 日 8：30 澆筑前 2 h 啟動，至 4 月 22 日全部結束；采集頻率 1 次/15 min。三區(qū)實測混凝土平均入模溫度為 17.9℃，澆筑混凝土時大氣溫度在 8℃ 左右，混凝土截面中心溫度的峰值達到54.4℃。

通過溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，底板上部和側面降溫快，中心降溫慢；底部降溫最慢?；A中心溫度梯度變化在 1.5℃/d以內。基礎溫度場以中心溫度高、四周溫度低分布；測點中心溫升值也類似。此監(jiān)測結果與施工方案中計算結果基本相符，監(jiān)測溫度的變化與養(yǎng)護條件的調整相吻合；總方量 7 200余 m3無施工縫三次連續(xù)澆注的作法是成功的，滿足設計要求。

2013 年 4 月 9 日，現(xiàn)場目視檢查 A 區(qū)反應堆艙室、蒸發(fā)器艙室等區(qū)域混凝土實體表觀質量，未發(fā)現(xiàn)有害裂縫。4 月17 日混凝土養(yǎng)護工作結束后，實體表觀質量及重點檢查裂縫情況，未發(fā)現(xiàn)有明顯可見的有害裂縫。

5 大體積混凝土冬季施工質量控制的經驗反饋

5.1 設計方面

(1)核島廠房底板下設防水卷材層，防止地下水滲入侵蝕底板，減少底板與基巖間約束作用。

(2)綜合考慮底板形狀、結構受力、施工難度和攪拌站生產能力等因素，設計單位將底板劃分“兩層三區(qū)”，在兩區(qū)間設臨時施工縫，技術間歇 7 d～10 d 后再澆筑混凝土，最大程度地保證底板的整體性。

(3)在核島底板基礎每層的側面和表面，均增加 1 層φ12的鋼筋網片，稱為“溫度筋”或“抗裂筋”，以提高混凝土的抗裂性能。

(4)優(yōu)化混凝土配合比，減少每立方米混凝土的水泥用量，有效降低絕熱溫升值。

5.2 施工方面

(1)溫控計算。根據(jù)施工擬采用的防止溫度裂縫措施和現(xiàn)有的施工條件，進行混凝土裂縫控制的理論計算；根據(jù)實測溫度和溫度升降曲線，計算每階段降溫時混凝土的累計拉應力。

(2)改善施工工藝。采用二次振搗方式增加混凝土的密實度，提高抗裂性能。采用二次抹壓方式控制混凝土表面裂縫。

(3)實行溫控監(jiān)測。通過全自動溫度監(jiān)控，隨時掌握混凝土內外溫差及應力變化，指導混凝土養(yǎng)護工作；及時發(fā)現(xiàn)異常，及時調整養(yǎng)護措施和調整降溫速率，有效避免混凝土開裂。

(4)搭設養(yǎng)護棚。在冬季澆筑大體積混凝土時搭設養(yǎng)護棚，能有效地起到防氣溫突變、防風、防雨雪的作用。

(5)采取主動混凝土養(yǎng)護方式，結合天氣變化情況及時調整降溫速率和養(yǎng)護措施。

5.3 施工組織

(1)各參建單位聯(lián)合成立澆筑管理組織機構，各崗位人員輪換旁站監(jiān)督。在澆筑實施前，各責任單位分別組織參與人員培訓學習，掌握組織機構中各部門的職責、管理要求，落實具體聯(lián)絡人。

(2)方案模擬演練。通過演練暴露方案缺陷并加以完善，進而減少過程風險，保證質量受控。高溫氣冷堆工程自 2009年 9 月起多次啟動 FCD，每次均進行方案演練。方案雖經多次完善，但仍存在缺陷，比如說養(yǎng)護前期的技術措施和中間施工環(huán)節(jié)的銜接。

(3)成立專項小組并安排專業(yè)人員 24 h 輪流監(jiān)控，安排專職施工人員不間斷養(yǎng)護，發(fā)現(xiàn)異常及時處置，能有效保障大體積混凝土的養(yǎng)護質量。

5.4 改進建議

(1)混凝土澆筑完成后，根據(jù)溫度變化階段分層覆蓋養(yǎng)護材料；在滿足前期不受凍的前提下，盡量降低混凝土的最高溫升。

(2)建議 3 m 厚核島筏板基礎一次性澆筑成型，有效發(fā)揮筏板基礎下部防水滑動層的作用，可大大地減小混凝土裂縫產生的風險。

6 結 語

高溫氣冷堆示范工程核島底板是我國北方地區(qū)首個冬季澆筑的核電站大體積混凝土基礎，實體表面未發(fā)現(xiàn)明顯可見的有害裂縫。它的成功實施充分說明：只要認真策劃、合理施工、養(yǎng)護得當，一次性澆筑大體積混凝土是完全可行的，裂縫是可控的，完全可以保證施工質量。

高溫氣冷堆核島底板大體積混凝土冬季施工的成功經驗，能較好地適應大型工程建設需要，并從根本上解決地下工程中伸縮縫漏水和堵漏的難題，值得類似工程借鑒。