AP1000核电机组稳压器支撑加固的工程实践

王 垣

（三门核电有限公司，浙江 三门 317112）

AP1000核电机组稳压器支撑加固的工程实践

王 垣

（三门核电有限公司，浙江 三门 317112）

AP1000核电机组稳压器通过底部4根垂直支撑进行支撑固定，三门核电1号机组稳压器垂直安装完成后，AP1000设计方美国西屋公司发布了设计变更，对稳压器支撑进行加固。文章主要介绍了三门核电1号机组稳压器垂直支撑设计变更的原因、设计变更现场实施的主要工序、现场施工的主要难点以及应对措施。

AP1000；稳压器；垂直支撑；加固

世界首台AP1000核电机组于2009年3月在浙江三门核电工程现场开工建造。鉴于AP1000机组的设计、制造和建安的不成熟性，三门核电一期工程AP1000机组建造过程遇到了一系列困难和挑战。本文介绍了由于首堆设计不完善，在AP1000稳压器安装就位并垂直支撑安装完成后，设计方美国西屋公司设计校核过程中发现稳压器垂直支撑强度不足，随后发布设计变更，要求对垂直支撑进行加固处理，给首台AP1000机组建造和工程进度带来较大影响。

1 AP1000稳压器支撑设计

AP1000稳压器支撑包含下部垂直支撑、下部水平支撑和上部水平支撑，其中下部垂直支撑包含4根垂直立柱，立柱底部通过预埋螺栓与混凝土地面连接，立柱顶部通过螺栓与稳压器本体相连，垂直支撑起到支撑本体垂直载荷作用；下部横向支撑包含8根lISEGA支架，一端与稳压器腔室CA01模块托架板销轴连接，另一端与稳压器垂直支撑顶部销轴连接；上部横向支撑包含两个半圆形环段，通过与稳压器腔室CA01模块托架板销轴连接，对稳压器本体进行水平方向固定和限位。

2 设计变更概述

截至2012年12月，三门核电1号机组先后完成了稳压器腔室地面混凝土浇筑、稳压器吊装就位、稳压器垂直支撑和下部水平支撑安装、稳压器垂直支撑底部预埋螺栓二次灌浆完成等工作。但在2013年5月，设计方美国西屋公司发布稳压器垂直支撑设计变更，提出三门核电1号机组稳压器垂直支撑设计输入仅考虑3 115 kN压力、1 557 kN拉力，经设计校核还需增加垂直支撑承受1 018 kN-M的弯矩载荷。因此现场按照原设计预埋的24个垂直支撑预埋螺栓（每个垂直支撑柱6个；材质：ASTM F1554 Grade 105；直径：38 mm；锚固深度457 mm）无法满足稳压器设计载荷要求，需对预埋螺栓补强加固。稳压器垂直支撑受力和变更如图1和图2所示。

图1 稳压器垂直支撑受力示意图Fig.1 Analysis of the pressurizer vertical support force

图2 稳压器垂直支撑变更示意图Fig.2 Design change for the pressurizer vertical support

设计方采取的加固措施为：在稳压器每组垂直支撑长边处补充钻孔，并种植3根国标HRB400直径50 mm钢筋（直径38 mm；锚固深度1 730 mm），再通过高强度水泥基灌浆料将钢筋锚固到已浇筑混凝土中，最终焊接补强钢板与原有稳压器支撑钢板后，通过螺母将新增加的补强钢板锚固到已浇筑的混凝土中，以增加稳压器垂直支撑预埋螺栓的锚固能力。

3 设计变更的主要施工步骤

3.1 锚固螺栓试验验证锚固力

为了验证稳压器垂直支撑补充钻孔锚固螺栓的拉拔力满足设计要求，在稳压器垂直支撑正式返修钻孔植筋前，按照设计要求在三门核电2号机组稳压器腔室完成3组锚固螺栓试验，试验孔径与正式孔径一致为77 mm，3组试验孔深度和钢筋布置分别为：一组试验孔深度为1.73 m，钢筋居中布置；一组试验孔深度为1.73 m，钢筋贴近孔壁；一组试验孔深度为1.37 m，钢筋居中布置，试验孔植筋的其他技术要求（如孔壁处理、钢筋和灌浆料材质、养护要求等）均与正式锚固钢筋要求一致。最终通过3组试验孔的试验数据来验证锚固钢筋的强度是否满足试验要求。

2013年9月4日，现场完成了2号机组稳压器腔室3组试验锚固钢筋养护后的拉拔力试验，3组锚固钢筋分别拉拔至444.4 kN，反复拉拔5次，测量钢筋伸长量均为3～4 mm，钢筋直径收缩量在0.4 mm以内，锚固钢筋与灌浆料以及灌浆料与原混凝土间未出现可见裂纹，经设计确认锚固钢筋试验合格（见图3）。

图3 锚固钢筋拉拔试验Fig.3 Test tensile for specimens rebar

3.2 钻孔、清孔

在每组稳压器垂直支撑两侧分别凿出表面混凝土，露出结构钢筋位置，再根据设计孔洞定位并结合实际钢筋位置，在每组稳压器垂直支撑两侧分别钻3个深为1.73 m、直径为77 mm孔洞，孔洞凿除完成后需对实际孔洞位置进行复测，孔洞平面位置需达到设计要求的±12.7 mm，深度允许偏差为0～25.4 mm，垂直度小于3°。在孔洞位置确认后，清理孔洞内碎混凝土，并采用饮用水养护24 h使孔洞混凝土保持饱和，最后用压缩空气吹扫孔洞内积水、浮沉。

3.3 锚固螺栓安装、灌浆和养护

锚固螺栓选用HRB400直径50 mm钢筋，端部加工螺纹；灌浆料选用设计指定的美国五星FG100型灌浆料，灌浆料按照产品说明书进行配置和灌注。同时锚固螺栓安装平面位置偏差需满足±3.2 mm范围，且螺栓需与孔洞同心，垂直度偏差为±3.2 mm。为确保锚固螺栓在安装及灌浆中的位置满足要求，在锚固螺栓安装及灌浆过程中，需在锚固螺栓四周安装固定支架。

灌浆料灌注后裸露部分需及时进行保湿养护，养护时间不少于3天，最终养护时间不少于28天，完成养护后方可开展下一步工序。

3.4 基础延伸板以及其余附件板焊接

根据现场实测的灌浆后固定螺栓位置，对基础延伸板进行螺栓孔洞钻孔，并加工基础延伸板与原埋板的焊接坡口。随后将延伸板安装在固定螺栓上，根据此前完成的工艺评定要求，完成延伸板与原埋板的组对、预热、焊接和NDE检测。在延伸板焊接完成后，再依次完成设计要求的楔形板、连接板、过渡板等附件板焊接。最后切割原预埋螺栓至垂直支撑延伸板齐平，在原预埋螺栓位置焊接螺栓孔盖板固定（见图4）。

图4 稳压器垂直支撑延伸板及附件板焊接Fig.4 Welding for the pressurizer support baseplates and stiffener

3.5 二次灌浆和延伸板螺栓固定

采用西卡214灌浆料对新增延伸板区域进行灌浆、养护，待养护结束后在新增螺栓上部安装两组螺母，并手工拧紧固定；同时切割原基础板上螺杆，并采用封板焊接封闭。

至此，三门核电1号机组稳压器垂直支撑设计变更加固的施工工序全部完成。

4 施工难点分析及应对措施

4.1 钻孔过程中与已施工钢筋、预埋板干涉

稳压器腔室内上部已施工有1层25 mm抗裂钢筋，下层施工有4层50 mm结构钢筋，且垂直支撑底部还有蒸发器横向支撑预埋板，钻孔过程中需尽可能避让结构钢筋和预埋板位置，减少钢筋切割量。同时，钻孔过程中还可能遇到垂直方向钢筋与混凝土块连接，造成管孔过程中混凝土块无法取出的困难。

因此，在钻孔过程中首先要凿除表面混凝土，尽可能露出结构钢筋位置，设计方根据理论计算，也给出了最多可以切割8根50 mm结构主筋和6根抗裂温度筋，但实际钻孔过程中仍有部分孔洞，由于钢筋施工偏差仍有更多钢筋干涉，因此需报设计方修改钢筋位置后重新钻孔。因此，在正式孔洞全部钻完后，才可以准确切割延伸板并依据孔洞位置对延伸板开孔，否则可能造成延伸板由于实际孔位偏差而报废。

三门核电1号机组还遇到已钻孔芯块底部与钢筋连接，造成芯块与原混凝土无法脱离，芯块无法取出问题。现场首先采用凿碎芯块后清理碎混凝土方案，如深度太深无法凿除，也采用报设计方修改孔洞位置重新钻孔，同时对原孔洞灌浆封闭。

4.2 锚固螺栓安装和灌浆过程中位置精度要求保障措施

锚固螺栓安装后的平面位置和垂直度要求偏差均为±3.2 mm，且螺栓需与孔洞同心，锚固螺栓安装精度要求高，且在安装和灌浆过程中易受干扰发生位移，一旦发生位置偏差无法修复，因此在锚固螺栓安装和灌浆过程中，必须采取加固措施确保螺栓最终精度在设计允许范围内。

对此，在锚固螺栓安装前需对每根垂直支撑6根锚固螺栓搭设整体钢筋加固支架，钢筋加固支架底部应确保水平，并选用25 mm钢筋作为竖向、横向和斜向钢筋支架，横向钢筋支架上搭设14 mm钢板对每根螺栓位置进行固定（见图5和图6）。在加固支架搭设完成后，先完成孔洞1/3灌浆后再插入锚固螺栓，锚固螺栓与钢板通过螺栓固定后，继续完成灌浆作业。

4.3 延伸板焊接过程中的反变形控制

稳压器垂直支撑基础延伸板厚度为50 mm，与原基础板采用宽坡口手工电弧焊接，焊接填充量和焊接变形量较大，而根据设计要求延伸板上孔洞与锚固螺栓的间隙仅4 mm，因此焊接过程中必须监测和控制好延伸板焊接过程变形，否则将造成延伸板由于焊接变形而使锚固螺栓受剪切力作用，而这是设计所不允许的。

图5 稳压器锚固螺栓加固支架Fig.5 Reinforcing support for the pressurizer support anchor rebar

对此，在正式焊接前，现场采用同材质、同尺寸板材进行了焊接模拟试验（见图7），以验证延伸板焊接过程中的焊接变形收缩量，确定焊接防变形工作。最终通过试验确定了每组延伸板焊接时采用3组门型加固工装，焊接过程中预留延伸板端头低于组对坡口处10 mm反变形量，来确保焊接完成后基础延伸板保持水平位置。同时在填充焊过程中，实时监测延伸板焊接变形量，并适时拆除门型支架。

图6 稳压器锚固螺栓加固支架照片Fig.6 Reinforcing support for the ressurizer support anchor rebar

图7 支撑延伸板焊接模拟试验Fig.7 Mockup test for baseplate welding

5 结束语

经过三门核电一期工程各参建方的相互合作和共同努力，三门核电1号机组稳压器垂直支撑设计变更加固的现场施工最终顺利完成，为后续三门核电2号机组以及海阳项目一期工程AP1000机组稳压器垂直支撑加固提供了宝贵经验，同时也为其他核电项目主设备支撑加固处理提供了参考和借鉴。

[1] 王甲强，魏光军. AP1000非能动余热排出系统瞬态工况分析[J]. 中国核电，2014，1：36-41.（WANG Jia-qiang，WEI Guang-jun. Analysis of Transients in Passive Residual Heat Removal System in AP1000[J]. China Nuclear Power，2014，1：36-41.）

[2] 稳压器房间钢柱埋件后置修补专项施工方案[R]. SMG-1120-GCH-270097.（Special Construction Scheme for Reparation of Embedment Postinstallation for Pressurizer Vertical Support[R]. SMG-1120-GCH-270097.）

[3] 稳压器垂直支撑设计变更[R]. CPP-1120-GEF-100060.(Baseplate Modification for Pressurizer Vertical support[R]. CPP-1120-GEF-100060.)

[4] 林诚格，郁祖盛. 非能动安全先进核电厂AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.（LIN Cheng-ge, YU Zu-sheng. AP1000 Advanced Passive Plant[M]. Beijing: Atomic Energy Press, 2008.）

[5] 顾军，缪亚民，等. AP1000核电厂系统与设备[M].北京：原子能出版社，2010.（GU Jun，MIAO Yamin，et al. Systems and Equipments of AP1000 Nuclear Power Plant[M]. Beijing: Atomic Energy Press，2010.）

The Engineering Practice for the First AP1000 Pressurizer Support Reinforcement

WANG Yuan
(Sanmen Nuclear Power Company，Sanmen of Zhejiang Prov. 317112，China)

AP1000 pressurizer is supported vertically by 4 columns. After the first AP1000 pressurizer (Sanmen Unit 1) installation finished, the AP1000 designer Westinghouse issued a design change to the pressurizer support for reinforcement. This article briefly describes the reinforcement reason, construction step, construction difficulties and countermeasures.

AP1000；pressurizer；vertical support；reinforcement

TL35Article character：A

：1674-1617(2014)04-0317-05

TL35

A

1674-1617(2014)04-0317-05

2014-08-19

王 垣（1982—），男，江苏人，工程师，学士，从事AP1000核岛建造工程管理工作。