核电站封闭空间顶板支撑施工技术*

张 强，刘 军，曲殿英，陈开欣，赵志强

(中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概况

核电站核岛厂房内的电梯井、楼梯间、通风井、电气间、设备运输通道等形式复杂多变的钢筋混凝土结构，以三角形、矩形、菱形、梯形及不规则多边形平面布置为主，结构顶板厚300～1 500mm，周边均为钢筋混凝土剪力墙结构，竖井结构尺寸最大可达7.35m×3.00m，最小仅为0.9m×0.5m。支撑荷载超过550kN，竖井高度超过40m，采用传统支撑形式时架体高、操作空间小、难度大、建设成本高、安全风险大，还易造成材料无法周转使用的浪费，影响竖井油漆等后续施工进度，存在质量隐患。

核电站封闭空间顶板支撑施工技术针对核岛厂房电梯井、楼梯间、通风井、电气间、设备运输通道等密闭空间结构楼板底模支撑采用钢挂台、钢挂靴工装进行设计优化，封闭空间内交叉作业分层分区域设置防护装置采用精细化管理方法，从而在工期、成本、质量、安全上取得良好效益。

2 支撑结构重难点

1)该工程支撑高度大，支撑荷载大，支撑结构复杂，施工环境多变，支撑体系密集，形式多变。

2)支撑架体搭设、使用、拆除周期长，所用材料、搭设要求及方法应结合具体施工部位制订详细的施工方案，工程量大。

3)钢挂台、钢挂靴支撑系统的车间预制、爬锥埋设、架体搭设与拆除工序环环相扣，其中任何一个环节出现问题都可能导致工装失效，引发安全事故，因此对技术的准备、现场施工的一次性合格率提出更高的要求。

3 技术特点

1)支撑工装设计科学有效 由钢挂台、钢挂靴+型钢+钢管架形成结构底板模板支撑系统，可提高搭设效率，节省钢管架搭设劳动力，降低生产建设成本，实现构配件可循环利用，适应当前建筑业绿色施工的发展趋势。

2)经济合理 采用车间加工预制、现场安装、劳动力优化、材料投入优化等方式，尽可能减少设备投入、房间油漆施工的占用时间，提高工作效率及产品质量，为土建结构施工提供良好的条件。

3)管理有序 将流水化作业应用于厂房施工中，对防变形措施、施工精度等实现标准化设计及工序化施工，同时对竖井、通道施工等复杂工序制订详细的施工进度安排，采用交叉分区域分层施工的精细化管理方法，有效提升狭小空间交错结构区域施工质量和效率。

4 核岛厂房封闭顶板支撑工装设计优化

4.1 钢挂台支撑工装设计

4.1.1钢挂台设计

依据施工方案等技术准备文件要求及施工现场实际需求，编制构件加工单，经审批后由车间组织生产，制作完成后涂刷防腐油漆，验收通过后投入施工现场使用。

钢挂台牛腿由8，12mm厚Q235B钢板焊接组合而成，钢板间均为双面满焊，为保证螺栓孔处有足够的抗剪强度，在钢板开孔位置设置60mm×60mm×8mm钢板垫片，并进行四面满焊，焊角高度均为5mm。

4.1.2钢挂台受力验算

爬锥许用抗拉强度为500N/mm2，许用抗剪强度为310N/mm2。受力螺栓许用拉力为280.5kN，许用剪力为173.91kN。

利用ABAQUS CAE计算软件，建立钢挂台计算模型，当荷载输入值为60kN时，计算结果如图1，2所示。

图1 钢挂台强度计算结果(单位：MPa)

由图1,2可知，钢挂台最大应力值位于底板边缘跨中处，且最大应力值δ=198.2MPa<[δ]=205MPa，满足要求。钢挂台最大变形量位于底板边缘跨中处，且最大位移量μz=0.59mm<[μz]=0.68mm，满足要求。

4.2 钢挂靴支撑工装设计

4.2.1钢挂靴设计

因核岛厂房功能和结构设计特点，存在三角形、多边形、菱形竖井和洞口，采用传统钢管支撑架无法满足施工要求，故利用钢挂靴支撑系统可根据实际房间布置形式进行360°调整。

钢挂靴由[16+16mm Q235B钢板+8mm Q235B钢板及DN50镀锌钢套管焊接组合而成，各组件接触面均为满焊，为保证在螺栓孔处有足够的抗剪强度，在槽钢腹板开孔处设置100mm×70mm×16mm钢板垫片，并进行四面满焊，焊脚尺寸均按5mm控制。

4.2.2钢挂靴受力验算

爬锥许用抗拉强度为500N/mm2,许用抗剪强度为310N/mm2。受力螺栓许用拉力为280.5kN，许用剪力为173.91kN。

利用ABAQUS CAE计算软件，建立钢挂靴计算模型，当荷载输入值为45kN时，计算结果如图3,4所示。

图3 钢挂靴强度计算结果(单位：MPa)

图4 钢挂靴位移计算结果(单位：mm)

由图3,4可知，钢挂靴最大应力值位于DN50套管与钢板接触处，且最大应力值δ=198.1MPa<[δ]=205MPa，满足要求。钢挂靴最大变形量位于DN50套管底部处，且最大位移量μz=0.3mm<[μz]=0.796mm，满足要求。根据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》及本工程相关要求，钢管支撑架单根承载力按30kN控制。

综上所述，钢挂靴承载力可满足施工要求，钢挂靴最大承载力为45kN。

5 核岛厂房封闭顶板支撑工装优化

5.1 工艺流程

工艺流程：爬锥预埋及验收→混凝土浇筑及养护→混凝土浇筑后验收→钢挂台(钢挂靴)安装→钢梁安装、验收→支撑架搭设→主、次龙骨及面板铺设→支撑体系验收→埋件、钢筋物项安装及验收→混凝土浇筑及养护→支撑体系拆除。

5.2 爬锥系统安装

5.2.1安装

在需要支撑的电梯间、楼梯间、电气间结构下方墙体或楼板上提前预埋爬锥系统，爬锥埋设间距、标高严格按照相关方案控制。为便于爬锥拆除，在其表面均匀涂抹黄油，再用胶带包裹，采用混凝土垫块顶在模板上对爬锥锚固件进行加固，或采用措施钢筋与对拉螺栓点焊，再通过措施钢筋与墙体钢筋绑扎固定。在混凝土振捣过程中，尽量避免振捣棒直接触碰爬锥锚固件。混凝土浇筑后，卸下4.8级M30定位螺栓，将模板后移，换为10.9级M30受力螺栓安装在爬锥上。

5.2.2混凝土浇筑前爬锥检查要求

1)爬锥体系外观良好，可按要求装拆。

2)高强螺栓拧入爬锥4cm(拧紧5cm)。

3)螺栓长度满足要求，无裂纹，拧出末端埋件板≥3丝，且与埋件板点焊或用铁丝绑扎牢固。

4)其表面涂黄油，去除干净埋入混凝土的高强螺栓油污。

5)锥体埋设标高距墙体施工缝≥350mm，在施工过程中如遇洞口，则爬锥位置距孔洞≥200mm。

6)爬锥相对位置≤10mm，埋设高度准确。

7)爬锥贴紧模板，安装螺栓紧贴面板。

8)埋件板措施钢筋与主筋连接牢固或对顶加固措施牢固。

5.3 混凝土浇筑

钢筋、埋件、模板安装完成经三级验收均合格，签字确认后进行混凝土浇筑及养护。混凝土浇筑后爬锥检查要求如下。

1)爬锥相对位置≤10mm，埋设高度准确。

2)测量紧固深度≥45mm，即受力螺栓外侧有效长度距混凝土面最大约为28mm。

3)观察爬锥内是否有混凝土浆流入。

4)同时验收过程需检查爬锥情况，具体见5.2.2节。

5)安装挂架时混凝土强度应≥15MPa。

5.4 钢挂台支撑工装施工

利用10.9级高强螺栓将钢挂台固定在爬锥处，利用塔式起重机将支撑钢梁逐根吊装就位在已安装好的钢挂台上，钢梁与钢挂台采用木楔子等夹紧，钢梁间采用直径≥16mm的钢筋点焊连接成整体，形成结构底模支撑受力平台，钢梁上按钢管位置焊接直径≥25mm、长度≥150mm的钢筋头用于对钢管的限位。在封闭空间内的支撑架设置纵、横向顶墙杆，可调螺栓外露长度≤300mm，立杆顶端悬挑长度≤500mm，模板体系采用80mm×200mm双木方主龙骨+50mm×100mm(100mm×100mm)次龙骨+18mm木胶合板，支撑架搭设完成后组织五方联合验收并签字确认投入使用，确保支撑架安全稳固，满足施工要求。钢挂台支撑如图5所示，钢挂台使用间距如表1所示。

图5 钢挂台支撑示意

表1 钢挂台使用间距

5.5 钢挂靴支撑工装施工

利用10.9级高强螺栓将钢挂靴固定在爬锥处，在钢挂靴DN50套管插入塔架调节螺栓+可顶托座，结合房间布置形式调整顶托方向并锁死，调节托撑螺栓插入套管内的长度≥150mm，调节螺栓悬挑长度≤500mm，在顶托上铺设钢梁或80mm×200mm双木方+次龙骨50mm×100mm(100mm×100mm)+18mm木胶合板，支撑架搭设完成后组织五方联合验收并签字确认投入使用，确保支撑架安全稳固，满足施工要求。钢挂靴支撑如图6所示，钢挂靴使用间距如表2所示。

图6 钢挂靴支撑示意

单个钢挂台总重仅18.2kg，单个钢挂靴总重仅20.7kg，安装时2人互相配合，安装工艺流程方便快捷、操作简单、施工风险低。

表2 钢挂靴使用间距

5.6 埋件、钢筋、混凝土施工

根据设计文件组织开展施工，其中埋件安装要求参见《预埋件安装工作程序》，钢筋绑扎要求参见《钢筋绑扎和安装工作程序》，经三级检查验收均合格，签字确认后进行混凝土浇筑。混凝土浇筑及振捣要求参见《混凝土浇筑及振捣工作程序》，混凝土浇筑后组织洒水养护并搭设养护棚养护7d，养护到期后经审批通过方可拆除养护棚，其余养护要求参见《混凝土养护工作程序》。

6 结语

核岛厂房内通风竖井、电梯井、楼梯间等封闭空间结构底模支撑钢挂台、钢挂靴工装的设计应用极大地优化了现场施工逻辑，简化了施工现场此类结构支撑形式，实现了土建结构、装修、安装施工紧密衔接，形成流水作业，缩短施工周期，有效降低架体搭设高度和安全风险，减少钢管用量，节约劳动力和降低建设成本。