CAP1000核岛CV底封头A层钢筋模块化施工技术.pdf

0引言CAP1000核岛作为三代非能动大型压水堆核电站，秉承了世界先进的核电设计理念，属于先进的核电项目建造工程；该项目异形钢筋较多，集成化程度高，多采用36 mm和40 mm的大直径钢筋，并且钢筋密集，施工难度较大。随着建筑行业人口红利逐渐消失，劳动力紧缺，人工费上涨是未来核电建设面临的挑战。此外，为提高CAP1000的国际竞争力和整体经济性，必须提高钢筋施工效率，缩短建造工期。因此需要优化CAP1000钢筋施工工艺以应对这些挑战。以往，核电工程CV底封头下部A层钢筋施工时，钢筋直接在现场绑扎，存在以下弊端：球曲面结构的钢筋难以精准就位，标高控制困难；现场作业量大，钢筋绑扎效率低，在土建施工中占用时间较长，需投入大量人力资源；现场安全文明施工控制难度大。针对钢筋施工问题，业内人士进行了大量的研究。例如，王振兴等1对超高层钢筋绑扎施工技术进行研究，提出成品钢筋焊接网片代替散装人工绑扎；邹少俊等2对钢筋施工技术进行优化研究，提出钢筋绑扎可由机器人代替人工完成部分工序；王然3研究“华龙一号”核电站内部结构的SG2钢筋施工技术，提出钢筋笼模块化施工方法。本文通过对CAP1000核岛A层钢筋绑扎的研究实践，提出采用钢筋模块化工厂预制4和现场吊装建造技术实现异形结构钢筋模块化施工5，形成一套适用于球曲面钢筋安装工程的模块化施工工艺，填补了CV底封头下部A层钢筋模块化施工的空白。1工程概况CAP1000 核岛 A 层钢筋作为 CV 底封头下方的主要支撑结构，受CV底封头形状影响，钢筋模块整体呈球曲面，高约1.6 m，直径约18.4 m，钢筋主要为直径为36 mm的HRB500E钢筋，每根钢筋对应的标高均不相同，并且钢筋整体重量较大，约36.5 t，传统的钢筋支架对现场钢筋标高控制较困难。A层钢筋位于核岛正中心，周围是CR10钢结构组合模块，作业空间受到限制，导致A层钢筋施工的难度较大。2钢筋模块化施工方案确定2.1常规施工方案的弊端传统的常规施工流程如下：钢筋加工钢筋运输钢筋支架现场焊接钢筋绑扎模板支设混凝土浇筑。然而，采用常规施工方式除了工程周期长、不利于现场施工整体进度控制，还存在以下几个弊端。CAP1000核岛CV底封头A层钢筋模块化施工技术王建，夏光照，石立影，苏昭财，周开健（中国核工业二四建设有限公司 海阳核电项目部，山东 海阳 265100）【作者简介】王建，男，吉林长春人，任职于中国核工业二四建设有限公司海阳核电项目部，主任工程师，高级工程师，研究方向：土建施工技术；夏光照，男，湖北武穴人，任职于中国核工业二四建设有限公司海阳核电项目部，高级工程师，研究方向：土建施工技术；石立影，女，吉林长春人，任职于中国核工业二四建设有限公司海阳核电项目部，助理工程师，研究方向：土建施工技术；苏昭财，男，甘肃庆阳人，任职于中国核工业二四建设有限公司海阳核电项目部，助理工程师，研究方向：土建施工技术；周开健，男，江苏泰兴人，任职于中国核工业二四建设有限公司海阳核电项目部，助理工程师，研究方向：土建施工技术。【引用本文】王建，夏光照，石立影，等.CAP1000核岛CV底封头A层钢筋模块化施工技术 J.企业科技与发展，2023（8）：69-72.摘要：核电工业已进入安全、高效的发展时期，核电建设及施工单位对工程质量、工期、工程造价等均提出了越来越高的要求。文章结合第3代核电站模块化施工技术，以山东海阳CAP1000核岛CV（钢制安全壳）底封头A层钢筋工程为例，对异形钢筋模块施工方法、防变形工装设计、高精度模块就位控制及精调技术进行较深入的研究，形成一套成熟的模块化施工工艺，达到了加快施工进度、优化施工方法、降低工程成本的目的，可为后期钢筋模块施工工艺在类似工程中的推广应用提供参考。关键词：核电站；CV底封头；异形钢筋模块；吊装；就位控制中图分类号：TU71文献标识码：A文章编号：1674-0688（2023）08-0069-04企业技术实践王建，夏光照，石立影，等.CAP1000核岛CV底封头A层钢筋模块化施工技术69（1）现场球面支架焊接作业量大，施工环境复杂，交叉施工多，作业空间小；钢筋绑扎效率低，施工进度缓慢；钢筋难以精准就位，标高控制困难。（2）钢筋直径大，导致单根钢筋重量大，在一定程度上增大了施工安全风险。（3）现场作业量大，需投入大量人力资源，而随着人口红利的逐渐消失，工艺熟练的钢筋工人越来越少，在一定程度上制约了传统钢筋施工工艺的使用。（4）施工现场需设置大量临时堆场堆放钢筋，钢筋绑扎过程会产生较多的建筑垃圾，导致现场安全文明施工控制难度大。2.2钢筋模块化施工方案钢筋模块化施工是指在场外提前加工预制工装，然后将钢筋安装至预制工装，形成钢筋模块，再将钢筋模块整体吊装就位的施工工艺。模块化施工方案可解决现场施工环境复杂、作业空间小、钢筋施工效率低等问题；同时，因为是提前预制整体钢筋模块，所以减少了交叉作业的影响，加快了施工进程。模块化施工存在模块变形、就位控制等技术难题需要解决，并且对工装设计的可靠度和有效性要求较高。海阳二期4号机组通过以下方面进行创新优化。（1）利用BIM绘制A层钢筋的三维模型，展示各层钢筋整体形状及位置关系，为A层钢筋支撑工装的设计提供支持。（2）优化A层钢筋支撑，采用弯曲成型的“H”形钢作为支撑，增强支架整体刚度，对钢筋整体形状及标高进行更精准的控制。3钢筋模块化施工工艺流程及操作要点A层钢筋模块化施工主要流程如下：测量定位放线预制工装设计制作钢筋加工及运输钢筋模块预制钢筋模块吊装吊装就位。3.1测量定位放线通过测量控制网采用全站仪进行主要轴线的测量定位工作；放线工根据所定出的轴线进行细部尺寸的放线工作；测放队在现场及预制场地分别建立水平微网和标高控制点，采用全站仪按照施工图放出钢筋控制线。钢筋位置通过现场的相对位置反投在预制场地上并采用多种测量方法复核。预制工装的标高采用水准仪进行复核，确保测量结果无误。3.2预制工装设计制作钢筋模块的预制工装根据CV底封头形状及钢筋就位位置进行设计，采用弯曲成型的“H”形钢作为主体材料，工装整体刚度增强，有利于吊装过程中的变形控制。预制工装部件直接在加工厂制作完成，根据运输能力可选择是否在加工厂进行组装焊接。预制工装组装件运输至钢筋模块预制场地进行整体拼装焊接，拼装完成后，进行钢筋绑扎。预制工装制作时，需按设计要求进行检查，检查合格后方能运输至现场。钢筋模块预制工装模型如图1所示。图1钢筋模块预制工装模型图3.3钢筋加工及运输进场的钢筋必须有出厂合格证、质量证明文件，并经有关部门复检合格，钢筋的各种性能须满足设计及规范要求，钢筋表面清洁无损伤，不允许带有颗粒状或片状铁锈、裂纹、结疤、油渍、漆污等，钢筋断头应平直无弯曲。所有钢筋进场时，应按国家现行标准 钢筋混凝土用钢 第 2 部分：热轧带肋钢筋（GB1499.2）及设计要求进行材料报验、复检；具体要求如下。（1）所有钢筋在钢筋加工厂完成加工后由技术员根据设计图纸和施工方案编制钢筋料表。（2）成型钢筋的品种、根数、长度、弯曲位置、弯折角度及弯钩平直段的长度都应控制在允许范围内。钢筋的长度偏差在10 mm 以内，保持钢筋平直无扭曲，表面无裂纹、油污、颗粒或片状老锈现象。（3）每份料单加工完成后，为便于区分并防止错用，经自检合格后，挂牌分类标识，标识内容注明使用子项、部位、规格型号、数量等，以方便查找和核对。（4）钢筋的运输主要是从钢筋加工厂运至指定堆场，钢筋运输应按施工计划随用随运。运输前，加工厂发料人与施工队点料人共同对所运输钢筋的施工子项、部位、型号、数量等进行确认，无误后移交施工队。运至指定堆场的钢筋应堆放整齐，钢筋不能直接放在地面上，以免钢筋锈蚀。钢筋水平运输工具采用平板拖车，垂直运输采用现场塔吊。3.4钢筋模块预制3.4.1钢筋绑扎钢筋预制工装安装合格后，按图纸进行钢筋绑企业科技与发展，2023年，第8期，总第502期70扎，并且需要与提前投放的控制点对应。预制钢筋模块时，可根据现场实际情况，定出每层第1根钢筋的位置，根据钢筋设计的间距排布并标识出其他钢筋的位置，在钢筋中心线下部20 mm处的支架上点焊钢筋短头或小钢板，保证钢筋安装后不会出现滑移。第4层钢筋以7轴为控制轴线（如图2所示），按图纸中要求的水平间距由7轴向两边进行绑扎就位；第5层钢筋以N轴线为控制轴线（如图3所示），按图纸中要求的水平筋间距由N轴向两边进行绑扎就位6。接着进行第9a层（9a-009a-04）钢筋绑扎，9a层钢筋为环向布置，封圈时可采用锥套锁紧套筒进行连接。钢筋间距均为钢筋中心距离的间距。所有钢筋交叉点均采用扎丝逐扣满绑，绑扎方法采用“八”字绑法，以加强网片的稳定性7。钢筋绑扎完成的三维模型图和俯视模型图如图4、图5所示。152152钢筋编号：4-006436133 mm钢筋编号：4-01 4-646436133 mm钢筋编号：4-01 4-64R-9144图2第4层钢筋平面示意图N钢筋编号：5-006436133 mm钢筋编号：5-015-646436133 mm钢筋编号：5-015-64152152图3第5层钢筋平面示意图图4钢筋绑扎完成三维模型图图5钢筋绑扎完成俯视模型图3.4.2成品保护钢筋机械接头的带螺纹端，必须有塑料保护帽保护，避免螺纹损伤和污染。对绑扎好的钢筋骨架应注意保护其成品，防止重物堆压而变形，尤其在支设模板时，不允许用电、气焊随意将主筋割断。此外，为防止钢筋被污染，混凝土浇筑面以上的部分需要用塑料保护帽对丝头进行保护；伸出浇筑面的钢筋在刚完成混凝土浇筑时，需及时清理和扶正。3.5钢筋模块吊装钢筋模块吊装的流程如下：钢筋模块吊装准备模块试吊模块正式吊装钢筋模块就位吊钩摘钩。3.5.1钢筋模块吊装准备采用650 t履带式起重机进行吊装，吊车站位中心坐标为X=4 064 229.039，Y=489 553.502。模块吊装过程中，周边障碍物根据现场情况避让。吊装高度约为12 m，吊装半径为42 m，超起平衡重50 t时，额定吊装重量为78.9 t，吊装重量满足吊车性能参数表中的要求；钢筋模块底部设置溜绳；钢筋模块单个吊点共16个，最大拉力标准值为65 kN；吊装采用额定载荷为100 kN和250 kN的吊装带，吊装调平采用10 t倒链调整，采用5.8 m的50 t平衡梁，下部挂16根额定载荷为100 kN的吊装带，顶部采用4根额定载荷为250 kN的主吊装带与吊车挂钩连接；钢梁圆弧顶面最低点至上吊点垂直距离为20 m。现场使用的吊具、机具经检验安全合格方可使用。具体的负荷率计算见表1。吊装前的注意事项如下。（1）对吊装带、卸扣等吊装设备进行检查，合格后才可吊装，不符合要求的物品应及时进行更换退库，严禁强制吊装。（2）进行风速测量，只有当风速5级（8.010.7m/s）时，才可以进行钢筋模块吊装作业。（3）检查钢筋模块钢筋绑扎的牢固程度，避免吊装时钢筋掉落。王建，夏光照，石立影，等.CAP1000核岛CV底封头A层钢筋模块化施工技术71（4）对模块就位点应采用厚度不同的钢板进行标高调整，保证就位点标高在89.200 m，在7轴线附近预埋模块定位钢筋。（5）检查吊装路径及回转半径范围内是否有影响吊装的物项，设置安全警戒线，保证障碍物与吊装区域安全距离大于1.5 m。设专人监护，严禁非作业人员入内，作业人员严禁站在吊装物正下方，吊装过程必须安排专职安全员旁站。（6）吊索具通过连接吊车吊钩与模块吊耳组成吊装系统。吊装系统需严格按照顺序进行连接，吊装系统连接分2个阶段进行，第一阶段为预制工装吊耳与吊索具连接；第二阶段为吊车吊钩与吊索具连接。3.5.2模块吊装（1）模块正式吊装前，先进行试吊。确认各种吊索具无误后进行试吊，钢筋模块吊装应缓慢平稳，在起吊后，将钢筋模块吊离地面200500 mm，并在原地静止3 min，观察钢筋模块是否有变形情况，如果出现变形或不稳定的情况应及时加固调整。（2）模块正式吊装时，吊运钢筋模块达到离预定区域上方约3 m处停止，钢筋工人拉好溜绳，调整钢筋模块方向，使之缓慢下降。吊装作业时，须有专人指挥，使用同一指挥信号或手势，凡参加吊装作业的人员必须熟悉吊装方案和工作内容，按照方案要求施工，并严格执行规程规范，在整个吊装过程中遵守现场秩序，不允许擅自离开工作岗位。3.5.3钢筋模块就位与摘钩（1）起吊开始后，作业人员牵引钢筋模块上的缆风绳进行控制，严禁直接手扶钢筋模块。在钢筋模块就位前先对28个钢柱就位点标高进行复核，确保就位点标高位于89.200 m。在现场7轴线附近预埋定位钢筋，当钢筋模块距离现场就位点约1 000 mm时，稳定模块，沿定位钢筋下落，确保模块准确就位。（2）吊车摘钩条件：钢筋模块已完全就位，吊机荷载释放完成，主吊索处于松弛状态；模块吊耳与吊索具连接装置拆除。4施工难点和关键点综上所述，钢筋模块化施工技术的难点及施工关键点总结如下：钢筋与CV底封头形状匹配，呈球形布置，对支架形状、标高精度及弧形钢筋加工精度要求都较高。环向钢筋采用机械套筒方式连接，封圈位置采用锥套锁紧套筒连接，钢筋直径大，对钢筋工人的技能要求高。模块吊装就位过程中需注意与CR10钢结构模块之间的距离，避免发生冲突。模块就位精度要求高，钢筋要求与CR10钢结构上部钢筋及 CV 底封头相互匹配，就位标高精度要求为5 mm，就位精度平面内要求为10 mm。模块体积、重量大，施工过程中变形控制困难。模块化施工过程中会产生大量测量数据，数据之间的关联性很强，直接影响模块就位，保证控制线及过程数据的准确性是模块安装就位的关键。5结语本文通过对 CAP1000核岛 CV底封头 A层钢筋模块化施工技术的研究实践，解决了传统人工绑扎方法施工难度大、费工费时、安全风险较大、机械利用率低等问题。经验收检验和质量评定，钢筋施工质量达到设计要求。此项技术的应用与创新，取得了一定的社会效益与经济效益，有利于提高核电站建造质量和环境管理目标的实现，具有良好的推广应用价值，为后续三代非能动压水堆核电站的建造奠定了技术基础。6参考文献1 王振兴，孔涛涛，王卫新，等.钢筋焊接网片在超高层建筑施工中的应用 J.施工技术，2018，47（10）：131-132，137.2 邹少俊，屈璐.基于智慧建造的“华龙一号”钢筋施工技术优化研究 J.中国核电，2022，15（6）：811-817.3 王然.“华龙一号”钢筋笼模块化施工技术研究与应用 J.企业科技与发展，2023（2）：91-94.4 GB 500172017，钢结构设计标准 S.5 JGJ 2762012，建筑施工起重吊装工程安全技术规范 S.6 JGJ 1072016，钢筋机械连接通用技术规程 S.7 GB 502042002，混凝土结构工程施工质量验收规范 S.表1负荷率计算表项目模块总重量吊索具重量吊机吊钩及滑轮组重量吊装总重量（合计）负荷率计算吊装总重量（t）吊装工作半径（m）LDAL工况选择额定吊装重量（t）负载率（%）重量（t）43.1421762.1462.1442SHB-S7，超起配重50 t78.978.76企业科技与发展，2023年，第8期，总第502期72