秦山核电二期扩建反应堆安全壳预应力施工技术

摘要 秦山核电二期扩建工程的是我国自主设计、自行建造的2×600MW 压水堆核电站,反应堆安全壳为内部有钢衬里的预应力混凝土结构,采用后张有粘结预应力体系的反应堆安全壳。本文介绍了该工程的预应力施工技术及施工经验。

关键词 安全壳;预应力;张拉施工

中图分类号TL3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2010)18-0080-02

1 工程概况

秦山核电二期扩建核电站是在原二期的基础上扩建的,共2个反应堆,分别为3#、4#反应堆,由基础底板、筒身和穹顶3部分组成。

安全壳预应力张拉系统为法国FREYSSINET公司K系列后张群锚体系。预应力筋分为竖向、水平和穹顶束3种。竖向束下端锚固于预应力廊道顶板,上端锚固于环梁的顶面,钢束类型为36T16,共144 束,沿筒体一周均匀布置;水平束两端交错锚固于两个扶壁柱的两侧,钢束类型为19T16,共199束,为全圆周的曲线束,沿高度方向分内(R=19 030mm)、外(R=19 230mm)两层交错布置;穹顶束两端均锚固于环梁的外侧,钢束类型为19T16,共174束,由三组互成120°的三层钢束组成。

2 预应力施工机具和材料

2.1 张拉设备

本工程采用的千斤顶为法国进口的张拉千斤顶。6台前置式K500F型液压双向穿心式千斤顶,最大张拉力为4905kN,最大行程为250mm,主要用于张拉水平束和穹顶束;4台K1000千斤顶,最大张拉力为8 945kN,最大行程为250mm,主要用于张拉竖向束;1台C30千斤顶,最大张拉力为310kN,最大行程为180mm,主要用于单根钢绞线张拉后的松锚和钢绞线滑丝时的补张拉。

2.2 穿束机

FREYSSINET公司2V型双速电动穿束机,共3台,有0.6m/s和2.40m/s两档穿束速度,用于将单根钢绞线穿入孔道内。

2.3 锚固系统材料

本工程的预应力锚固系统采用的是法国原装进口的FREYSSINET公司K系列后张群锚体系,该体系是专门为反应堆安全壳而设计,由锚头及夹片、承压板、喇叭口、灌浆连接器、灌浆帽等组成。

2.4 钢绞线

钢绞线采用英国标准BS5896:1980超级7股 15.7mm的1770级低松弛钢绞线,且将标准中的3.5%的延伸率保证值提到到4%。预应力钢绞线为国内产品,能与Freyssinet公司K系列锚具匹配。本工程采用了天津第一预应力钢丝有限公司作为钢绞线的供应商。

3 预应力摩擦实验

为有效控制钢束张拉施工质量,使安全壳得到预期的预应力效果,在预应力正式张拉前,必须选择具有代表性的钢束,采用与实际张拉相同的钢绞线、锚固系统、张拉设备及张拉方法进行张拉试验以测定孔道摩擦系数,据此确定最后张拉力。

4 预应力张拉施工

4.1 穿束

在孔道编号和孔道探查合格后,钢绞线采用双速穿束机向导管内进行单根推送。竖向束由上向下穿送,水平、穹顶束则由一端穿向另一端。穿束时,钢绞线从放线盘架中引出,经导向滑轮由穿束机送出,再经导向管进入孔道,待钢绞线从孔道另一端伸出时,用对讲机通知控制人员,以低速进退钢绞线,调整好钢绞线在穿出端的的外露长度,同时用砂轮切割机在穿入端的适当位置切断钢绞线,保证张拉用的外露长度,并将钢束的外露部分裹上二层塑料薄膜进行保护。

4.2 张拉

张拉工作在混凝土强度达到设计要求后方可分阶段进行,竖向束分6个阶段,水平束分10个阶段,穹顶束分3个阶段,张拉顺序由设计给定。

根据设计技术条件0401JT060B《安全壳预应力系统后张拉和灌浆》的要求张拉力不得超过抗拉极限强度保证值的80%。

4.2.1 张拉工艺

穿束过程中安装锚头、夹片安装张拉设备张拉至初始应力(50bar)安装测量标记并测量初始值分5级加荷(100bar、200bar、300bar、400bar、最终张拉力)并测量各级荷载下的伸长值加荷至最终值并持荷3分钟测量最终伸长值顶锚、回油测量内缩量拆除张拉设备验收切割多余钢绞线头。

4.2.2 张拉控制力

整个安全壳的最终预应力全部由外部所施加的张拉力获得,张拉控制力的准确性直接影响混凝土预压应力能否准确形成。张拉力是预应力张拉施工中最直接、最关键的控制指标之一,在张拉过程中必须严格控制。钢束实际张拉力通过千斤顶油压泵的油压表中的油压值P来控制。

4.2.3 实际伸长值的计算

在施工过程中,实际伸长值的计算应按照下式计算:

ΔL实=∆L1+∆L2-A-B-C

∆L1――从初始应力到张拉控制应力之间的实测伸长值(mm);∆L2――初始应力以下的推算伸长值(mm)(本工程初始应力取油压值为100bar时的应力);A――锚具楔紧引起的钢束内缩值(mm);B――千斤顶体内钢束的张拉伸长值(经计算K1 000千斤顶为5.7mm,K500F为2.3mm);C――混凝土构件的弹性压缩值(本工程可略去不计)。

4.2.4 伸长值校核与判断

钢束张拉除采用控制张拉力外,还应校核实际张拉伸长值和内缩值,根据EJ/T998-96《压水堆核电厂预应力混凝土安全壳建造规范》和设计规定实测伸长值应在理论计算伸长值的95%～108%之间,钢绞线内缩量控制在5～8mm范围内。否则应查明原因,松锚重新张拉直至合格。

5 施工中注意事项

5.1 穿束过程中注意事项

1)钢束穿束之前,应对钢绞线的表面状态再进行一次外观检查,表面状态应符合A、B级,表面状态低于C级时被认为是致命的缺点,应坚决拒用;

2)同一孔道中钢绞线应采用同一盘的钢绞线,在不得已的情况下,最多采用力学相近的两盘钢绞线,且两盘钢绞线其弹性模量之差不能超过5Gpa;

3)钢绞线在穿束完毕后,切割钢绞线时应采用切割机或砂轮锯,不得采用电弧切割。

5.2 张拉过程中的注意事项

1)张拉顺序要遵守对称原则。本工程张拉顺序由设计给定;

2)千斤顶与油泵及压力表应定期配套校验,且在施工过程中,张拉设备出现反常现象或千斤顶检修后都应重新校验;

3)在安装千斤顶前应检查锚具、夹片等是否有磨损现象,如果有磨损现象,应做报废处理;

4)在张拉前应检查钢束、夹片清理是否彻底,夹片与钢束之间或夹片与锚环之间是否有油、锈或杂物等,以免在张拉时发生滑丝现象;

5)工具锚的夹片,应注意保持清洁和良好的状态。第一次使用前,应在夹片的背面涂上脂,以后每使用5～10次,向锚板的锥孔中重新涂上一层剂,以防夹片在退楔时卡住。3#、4#机组均出现过竖向钢束张拉完毕后退楔时卡住夹片的现象,有的最终采用切割的方式才将将工具锚取下。

6 结论

在秦山核电二期扩建的3#、4#反应堆安全壳预应力施工过程中虽然出现了一些问题,但是及时采取了措施,均未造成最终的质量缺陷,约99%钢束在设计张拉应力下的伸长值满足设计要求,其余伸长值偏小,但偏差范围不大,经设计论证认为可以接受。2009年底3#反应堆安全壳已经初步通过了安全壳整体性实验,认为3#反应堆安全壳完全满足核级要求,认为可以使用。

参考文献

[1] 核工业标准,压水堆核电厂预应力混凝土安全壳建造规范EJ/T998-96,中国核工业总公司,1996.

[2] 核工业准则,RCC-G核电厂土建工程设计和建造规则,中国核工业总公司.

[3] 蒋译汉编著.预应力混凝土实用施工技术,成都:四川科学技术出版社,2000,7.

[4] 熊学玉,黄鼎业.预应力工程设计施工手册,北京:中国建筑工业出版社,2003.

[5] 核二院技术规格书,安全壳预应力系统后张拉和灌浆0401JT060B等.