張 強(qiáng)，劉 軍，曲殿英，陳開(kāi)欣，趙志強(qiáng)

(中國(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

核電站核島廠房?jī)?nèi)的電梯井、樓梯間、通風(fēng)井、電氣間、設(shè)備運(yùn)輸通道等形式復(fù)雜多變的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以三角形、矩形、菱形、梯形及不規(guī)則多邊形平面布置為主，結(jié)構(gòu)頂板厚300～1 500mm，周邊均為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，豎井結(jié)構(gòu)尺寸最大可達(dá)7.35m×3.00m，最小僅為0.9m×0.5m。支撐荷載超過(guò)550kN，豎井高度超過(guò)40m，采用傳統(tǒng)支撐形式時(shí)架體高、操作空間小、難度大、建設(shè)成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大，還易造成材料無(wú)法周轉(zhuǎn)使用的浪費(fèi)，影響豎井油漆等后續(xù)施工進(jìn)度，存在質(zhì)量隱患。

核電站封閉空間頂板支撐施工技術(shù)針對(duì)核島廠房電梯井、樓梯間、通風(fēng)井、電氣間、設(shè)備運(yùn)輸通道等密閉空間結(jié)構(gòu)樓板底模支撐采用鋼掛臺(tái)、鋼掛靴工裝進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，封閉空間內(nèi)交叉作業(yè)分層分區(qū)域設(shè)置防護(hù)裝置采用精細(xì)化管理方法，從而在工期、成本、質(zhì)量、安全上取得良好效益。

2 支撐結(jié)構(gòu)重難點(diǎn)

1)該工程支撐高度大，支撐荷載大，支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工環(huán)境多變，支撐體系密集，形式多變。

2)支撐架體搭設(shè)、使用、拆除周期長(zhǎng)，所用材料、搭設(shè)要求及方法應(yīng)結(jié)合具體施工部位制訂詳細(xì)的施工方案，工程量大。

3)鋼掛臺(tái)、鋼掛靴支撐系統(tǒng)的車間預(yù)制、爬錐埋設(shè)、架體搭設(shè)與拆除工序環(huán)環(huán)相扣，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都可能導(dǎo)致工裝失效，引發(fā)安全事故，因此對(duì)技術(shù)的準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)施工的一次性合格率提出更高的要求。

3 技術(shù)特點(diǎn)

1)支撐工裝設(shè)計(jì)科學(xué)有效 由鋼掛臺(tái)、鋼掛靴+型鋼+鋼管架形成結(jié)構(gòu)底板模板支撐系統(tǒng)，可提高搭設(shè)效率，節(jié)省鋼管架搭設(shè)勞動(dòng)力，降低生產(chǎn)建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)構(gòu)配件可循環(huán)利用，適應(yīng)當(dāng)前建筑業(yè)綠色施工的發(fā)展趨勢(shì)。

2)經(jīng)濟(jì)合理 采用車間加工預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝、勞動(dòng)力優(yōu)化、材料投入優(yōu)化等方式，盡可能減少設(shè)備投入、房間油漆施工的占用時(shí)間，提高工作效率及產(chǎn)品質(zhì)量，為土建結(jié)構(gòu)施工提供良好的條件。

3)管理有序 將流水化作業(yè)應(yīng)用于廠房施工中，對(duì)防變形措施、施工精度等實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)及工序化施工，同時(shí)對(duì)豎井、通道施工等復(fù)雜工序制訂詳細(xì)的施工進(jìn)度安排，采用交叉分區(qū)域分層施工的精細(xì)化管理方法，有效提升狹小空間交錯(cuò)結(jié)構(gòu)區(qū)域施工質(zhì)量和效率。

4 核島廠房封閉頂板支撐工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化

4.1 鋼掛臺(tái)支撐工裝設(shè)計(jì)

4.1.1鋼掛臺(tái)設(shè)計(jì)

依據(jù)施工方案等技術(shù)準(zhǔn)備文件要求及施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，編制構(gòu)件加工單，經(jīng)審批后由車間組織生產(chǎn)，制作完成后涂刷防腐油漆，驗(yàn)收通過(guò)后投入施工現(xiàn)場(chǎng)使用。

鋼掛臺(tái)牛腿由8，12mm厚Q235B鋼板焊接組合而成，鋼板間均為雙面滿焊，為保證螺栓孔處有足夠的抗剪強(qiáng)度，在鋼板開(kāi)孔位置設(shè)置60mm×60mm×8mm鋼板墊片，并進(jìn)行四面滿焊，焊角高度均為5mm。

4.1.2鋼掛臺(tái)受力驗(yàn)算

爬錐許用抗拉強(qiáng)度為500N/mm2，許用抗剪強(qiáng)度為310N/mm2。受力螺栓許用拉力為280.5kN，許用剪力為173.91kN。

利用ABAQUS CAE計(jì)算軟件，建立鋼掛臺(tái)計(jì)算模型，當(dāng)荷載輸入值為60kN時(shí)，計(jì)算結(jié)果如圖1，2所示。

圖1 鋼掛臺(tái)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果(單位：MPa)

由圖1,2可知，鋼掛臺(tái)最大應(yīng)力值位于底板邊緣跨中處，且最大應(yīng)力值δ=198.2MPa<[δ]=205MPa，滿足要求。鋼掛臺(tái)最大變形量位于底板邊緣跨中處，且最大位移量μz=0.59mm<[μz]=0.68mm，滿足要求。

4.2 鋼掛靴支撐工裝設(shè)計(jì)

4.2.1鋼掛靴設(shè)計(jì)

因核島廠房功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，存在三角形、多邊形、菱形豎井和洞口，采用傳統(tǒng)鋼管支撐架無(wú)法滿足施工要求，故利用鋼掛靴支撐系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際房間布置形式進(jìn)行360°調(diào)整。

鋼掛靴由[16+16mm Q235B鋼板+8mm Q235B鋼板及DN50鍍鋅鋼套管焊接組合而成，各組件接觸面均為滿焊，為保證在螺栓孔處有足夠的抗剪強(qiáng)度，在槽鋼腹板開(kāi)孔處設(shè)置100mm×70mm×16mm鋼板墊片，并進(jìn)行四面滿焊，焊腳尺寸均按5mm控制。

4.2.2鋼掛靴受力驗(yàn)算

爬錐許用抗拉強(qiáng)度為500N/mm2,許用抗剪強(qiáng)度為310N/mm2。受力螺栓許用拉力為280.5kN，許用剪力為173.91kN。

利用ABAQUS CAE計(jì)算軟件，建立鋼掛靴計(jì)算模型，當(dāng)荷載輸入值為45kN時(shí)，計(jì)算結(jié)果如圖3,4所示。

圖3 鋼掛靴強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果(單位：MPa)

圖4 鋼掛靴位移計(jì)算結(jié)果(單位：mm)

由圖3,4可知，鋼掛靴最大應(yīng)力值位于DN50套管與鋼板接觸處，且最大應(yīng)力值δ=198.1MPa<[δ]=205MPa，滿足要求。鋼掛靴最大變形量位于DN50套管底部處，且最大位移量μz=0.3mm<[μz]=0.796mm，滿足要求。根據(jù)JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》及本工程相關(guān)要求，鋼管支撐架單根承載力按30kN控制。

綜上所述，鋼掛靴承載力可滿足施工要求，鋼掛靴最大承載力為45kN。

5 核島廠房封閉頂板支撐工裝優(yōu)化

5.1 工藝流程

工藝流程：爬錐預(yù)埋及驗(yàn)收→混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)→混凝土澆筑后驗(yàn)收→鋼掛臺(tái)(鋼掛靴)安裝→鋼梁安裝、驗(yàn)收→支撐架搭設(shè)→主、次龍骨及面板鋪設(shè)→支撐體系驗(yàn)收→埋件、鋼筋物項(xiàng)安裝及驗(yàn)收→混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)→支撐體系拆除。

5.2 爬錐系統(tǒng)安裝

5.2.1安裝

在需要支撐的電梯間、樓梯間、電氣間結(jié)構(gòu)下方墻體或樓板上提前預(yù)埋爬錐系統(tǒng)，爬錐埋設(shè)間距、標(biāo)高嚴(yán)格按照相關(guān)方案控制。為便于爬錐拆除，在其表面均勻涂抹黃油，再用膠帶包裹，采用混凝土墊塊頂在模板上對(duì)爬錐錨固件進(jìn)行加固，或采用措施鋼筋與對(duì)拉螺栓點(diǎn)焊，再通過(guò)措施鋼筋與墻體鋼筋綁扎固定。在混凝土振搗過(guò)程中，盡量避免振搗棒直接觸碰爬錐錨固件。混凝土澆筑后，卸下4.8級(jí)M30定位螺栓，將模板后移，換為10.9級(jí)M30受力螺栓安裝在爬錐上。

5.2.2混凝土澆筑前爬錐檢查要求

1)爬錐體系外觀良好，可按要求裝拆。

2)高強(qiáng)螺栓擰入爬錐4cm(擰緊5cm)。

3)螺栓長(zhǎng)度滿足要求，無(wú)裂紋，擰出末端埋件板≥3絲，且與埋件板點(diǎn)焊或用鐵絲綁扎牢固。

4)其表面涂黃油，去除干凈埋入混凝土的高強(qiáng)螺栓油污。

5)錐體埋設(shè)標(biāo)高距墻體施工縫≥350mm，在施工過(guò)程中如遇洞口，則爬錐位置距孔洞≥200mm。

6)爬錐相對(duì)位置≤10mm，埋設(shè)高度準(zhǔn)確。

7)爬錐貼緊模板，安裝螺栓緊貼面板。

8)埋件板措施鋼筋與主筋連接牢固或?qū)敿庸檀胧├喂獭?/p>

5.3 混凝土澆筑

鋼筋、埋件、模板安裝完成經(jīng)三級(jí)驗(yàn)收均合格，簽字確認(rèn)后進(jìn)行混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)?；炷翝仓笈厘F檢查要求如下。

1)爬錐相對(duì)位置≤10mm，埋設(shè)高度準(zhǔn)確。

2)測(cè)量緊固深度≥45mm，即受力螺栓外側(cè)有效長(zhǎng)度距混凝土面最大約為28mm。

3)觀察爬錐內(nèi)是否有混凝土漿流入。

4)同時(shí)驗(yàn)收過(guò)程需檢查爬錐情況，具體見(jiàn)5.2.2節(jié)。

5)安裝掛架時(shí)混凝土強(qiáng)度應(yīng)≥15MPa。

5.4 鋼掛臺(tái)支撐工裝施工

利用10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓將鋼掛臺(tái)固定在爬錐處，利用塔式起重機(jī)將支撐鋼梁逐根吊裝就位在已安裝好的鋼掛臺(tái)上，鋼梁與鋼掛臺(tái)采用木楔子等夾緊，鋼梁間采用直徑≥16mm的鋼筋點(diǎn)焊連接成整體，形成結(jié)構(gòu)底模支撐受力平臺(tái)，鋼梁上按鋼管位置焊接直徑≥25mm、長(zhǎng)度≥150mm的鋼筋頭用于對(duì)鋼管的限位。在封閉空間內(nèi)的支撐架設(shè)置縱、橫向頂墻桿，可調(diào)螺栓外露長(zhǎng)度≤300mm，立桿頂端懸挑長(zhǎng)度≤500mm，模板體系采用80mm×200mm雙木方主龍骨+50mm×100mm(100mm×100mm)次龍骨+18mm木膠合板，支撐架搭設(shè)完成后組織五方聯(lián)合驗(yàn)收并簽字確認(rèn)投入使用，確保支撐架安全穩(wěn)固，滿足施工要求。鋼掛臺(tái)支撐如圖5所示，鋼掛臺(tái)使用間距如表1所示。

圖5 鋼掛臺(tái)支撐示意

表1 鋼掛臺(tái)使用間距

5.5 鋼掛靴支撐工裝施工

利用10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓將鋼掛靴固定在爬錐處，在鋼掛靴DN50套管插入塔架調(diào)節(jié)螺栓+可頂托座，結(jié)合房間布置形式調(diào)整頂托方向并鎖死，調(diào)節(jié)托撐螺栓插入套管內(nèi)的長(zhǎng)度≥150mm，調(diào)節(jié)螺栓懸挑長(zhǎng)度≤500mm，在頂托上鋪設(shè)鋼梁或80mm×200mm雙木方+次龍骨50mm×100mm(100mm×100mm)+18mm木膠合板，支撐架搭設(shè)完成后組織五方聯(lián)合驗(yàn)收并簽字確認(rèn)投入使用，確保支撐架安全穩(wěn)固，滿足施工要求。鋼掛靴支撐如圖6所示，鋼掛靴使用間距如表2所示。

圖6 鋼掛靴支撐示意

單個(gè)鋼掛臺(tái)總重僅18.2kg，單個(gè)鋼掛靴總重僅20.7kg，安裝時(shí)2人互相配合，安裝工藝流程方便快捷、操作簡(jiǎn)單、施工風(fēng)險(xiǎn)低。

表2 鋼掛靴使用間距

5.6 埋件、鋼筋、混凝土施工

根據(jù)設(shè)計(jì)文件組織開(kāi)展施工，其中埋件安裝要求參見(jiàn)《預(yù)埋件安裝工作程序》，鋼筋綁扎要求參見(jiàn)《鋼筋綁扎和安裝工作程序》，經(jīng)三級(jí)檢查驗(yàn)收均合格，簽字確認(rèn)后進(jìn)行混凝土澆筑?；炷翝仓罢駬v要求參見(jiàn)《混凝土澆筑及振搗工作程序》，混凝土澆筑后組織灑水養(yǎng)護(hù)并搭設(shè)養(yǎng)護(hù)棚養(yǎng)護(hù)7d，養(yǎng)護(hù)到期后經(jīng)審批通過(guò)方可拆除養(yǎng)護(hù)棚，其余養(yǎng)護(hù)要求參見(jiàn)《混凝土養(yǎng)護(hù)工作程序》。

6 結(jié)語(yǔ)

核島廠房?jī)?nèi)通風(fēng)豎井、電梯井、樓梯間等封閉空間結(jié)構(gòu)底模支撐鋼掛臺(tái)、鋼掛靴工裝的設(shè)計(jì)應(yīng)用極大地優(yōu)化了現(xiàn)場(chǎng)施工邏輯，簡(jiǎn)化了施工現(xiàn)場(chǎng)此類結(jié)構(gòu)支撐形式，實(shí)現(xiàn)了土建結(jié)構(gòu)、裝修、安裝施工緊密銜接，形成流水作業(yè)，縮短施工周期，有效降低架體搭設(shè)高度和安全風(fēng)險(xiǎn)，減少鋼管用量，節(jié)約勞動(dòng)力和降低建設(shè)成本。