核島底板大體積混凝土施工技術淺析

李冰玉 葉振東

（上海核工程研究設計院有限公司，上海 200030）

0 引言

核島底板大體積混凝土澆筑的工程質量直接決定核島主體結構的整體安全，事關核輻射安全，因此其澆筑施工質量控制意義非常重大。某核電項目核島基礎底板混凝土澆筑量達到15420m3，澆筑總面積達到近4149m2，且底板尺寸大，形狀不規則，此澆筑量和澆筑難度的混凝土整體一次性澆筑在核電行業尚未有成功經驗，對施工組織和混凝土溫度、裂縫控制都是巨大挑戰。本文就該核電項目核島底板大體積混凝土的施工技術進行淺析。

1 工程概況

該核電項目核島底板混凝土基礎底標高為-15.900m，頂標高為-12.200m，一般厚度3.700m，最大厚度5.700m，最小厚度2.224m。基礎長為91.4m，最大寬度為57.055m，最小寬度為33.820m，見圖1。混凝土強度等級為C35，理論澆筑總量為15420m3。

圖1 核島筏基底板尺寸示意圖

2 澆筑方案設計

通過ANSYS有限元軟件對核島底板混凝土澆筑和養護過程進行數值模擬計算，對比幾種可選的澆筑順序從而選取最優方案。并對澆筑和養護階段的溫度場和應力場變化進行模擬分析，采取針對性的方案優化措施，以減少混凝土裂縫的產生。

2.1 多種澆筑順序的對比分析

施工澆筑順序有3種可選方案，分別為單側斜向分層澆筑、雙側斜向分層澆筑、全面分層澆筑，澆筑及計算過程激活順序依次見圖2、圖3、圖4。

圖2 單側斜向分層澆筑順序示意

圖3 雙側斜向分層澆筑順序示意

圖4 全面分層澆筑順序示意

利用其他相似核電項目底板混凝土澆筑過程數值模型標定的相關參數及計算方法，對本項目核島底板進行重新建模，分別計算3種澆筑順序下混凝土的溫度場及應力場。根據計算結果，將各方案溫度場的關鍵數據指標整理成表1。

表1 3種澆筑順序溫度場計算結果對比

由表1可以看出，施工順序的差異對筏基中部混凝土溫升的影響不大，但對里表溫差有一定的影響，主要體現在全面分層澆筑順序方案上，這是由于里表溫度到達最高點的時間相差較大而引起。此外，通過對應力場計算結果分析，單側斜向分層澆筑順序和雙側斜向分層順序的最終應力場略有差別，但差別不明顯，而全面分層澆筑順序在局部會出現應力偏大情況。綜上，并考慮施工經驗和施工組織難度等方面的影響，最終選用單側斜向分層澆筑順序，沿長邊從一側開始推進，見圖5。

圖5 核島底板斜向分層澆筑示意圖

2.2 澆筑方案優化

由表1可以看出，混凝土底板越厚，其中部混凝土實際溫升越高，里表溫差越大，其中5.7m厚平臺中部溫升接近混凝土的絕熱溫升，里表溫差超過25℃。此外，通過對應力場計算結果分析，5.7m厚平臺邊緣存在一定程度的應力集中。所以，為規避風險，對核島底板一次性整體澆筑至3.7m厚標高位置，對5.7m平臺及0.3m加厚區域進行二次澆筑。

按照選定的澆筑順序及優化后的澆筑方案再次建立對應的數值模型，對比分析方案優化前后溫度場和應力場的計算結果。

（1）采用優化后方案，5.7m 平臺區域中部溫度較大幅度降低（見圖6），使得內外溫差縮小，最大為19.1℃，小于25℃的要求，在可控范圍內。

圖6 5.7m平臺區域中部溫度變化曲線

（2）采用優化后方案，應力主要出現在底板邊緣及四周角部，分布較優化前更為均勻，數值也略有下降。見圖7。

圖7 方案優化前后底板底面澆筑7d的應力場

3 施工組織

3.1 施工組織難點

該項目核島底板整澆混凝土量大，持續時間長（實際澆筑87.5h），混凝土供應、檢測、現場施工均分屬無直接合同關系的不同單位，現場施工一次投入的人、材、機數量多、強度大，僅單班作業人員已達到338人，人員密集，各施工區域與施工工藝均有搭接，不可避免交叉重疊作業。無論是混凝土生產供應還是現場實際施工，施工組織均存在較大難度。

3.2 管理措施

（1）建立完善的澆筑相關人員組織管理機構，成立專項領導小組，進行合理地分工和責任劃分。

（2）編制澆筑技術參數管理手冊，對混凝土原材料、生產運輸過程、澆筑養護過程、外觀質量檢查、應急管理預案等方面進行全面梳理。結合技術手冊分組分區域進行單獨交底培訓，使各個崗位人員熟知自己的職責范圍、管理流程及詳細的技術參數。

（3）預先進行全過程的實操演練，保證相關人員熟悉澆筑流程，確保人員及機械交接有序進行，有效應對機械故障、停電及極端天氣應急情況，保證混凝土澆筑和養護質量。演練主要內容包括指令傳遞流程、應急管理流程、質量控制流程、實時澆筑站位等。

4 混凝土養護

采用保溫保濕的養護方法，并搭設養護棚以降低外部天氣變化對混凝土養護的影響，通過掛設三防布隔簾形成四個養護分區。混凝土澆筑完后覆蓋材料為：1層土工布—2層塑料膜—1層5cm巖棉—2層土工布—1層塑料膜，核島底板所有側面均采用帶模養護。

通過對筏基混凝土溫度及應變監測，根據監測結果動態調整養護措施。重點關注墻體插筋區、結構突變位置以及養護棚拆除后混凝土面的保溫保濕措施，保證降溫速率一直處于合理的范圍內。

養護周期：當混凝土中心溫度與表面溫度相差小于20℃且表面溫度與環境最大溫差小于15℃時方可拆除模板和保溫層[1-2]。

5 裂縫控制

5.1 對裂縫易發部位的優化設計

根據數值模擬分析結果，應力集中區域主要分布在左右弧端區域和中心圓邊緣區域，另外在方形坑洞邊緣、圓弧區域上部在整個過程中也出現了較大應力，見圖8。

圖8 應力偏大區域示意圖

為控制裂縫的產生，針對應力集中區域進行優化設計，在開裂高風險部位增設并優化抗裂鋼筋網片，對于核島圓弧區與直段相交部位進行倒角處理。

5.2 配合比設計

為盡可能降低混凝土水化放熱量，控制絕熱溫升，選用低水化熱水泥P·I42.5。根據數值模擬分析結果，25%和30%兩種比例粉煤灰摻量混凝土對核島底板溫度場的影響基本相同，差別在1%以內，可以忽略，在考慮經濟性的情況下，選擇摻加30%的粉煤灰。添加減水劑以減少拌合水的用量，添加引氣劑以改善混凝土的保水性和和易性，將混凝土坍落度控制在175mm左右。

5.3 裂縫控制施工措施

5.3.1 溫度控制

通過調節原材料的溫度控制出機溫度。通過各個環節測溫，確認混凝土出機后溫度隨時間的變化情況，提前預判并改進，以保證出機后90min內滿足入模溫度要求，即入模溫度在5～26℃之間[3]。

在養護階段，嚴格按照規定頻率[2]進行溫度監測，出現異常情況需增加監測頻率，以便及時調整養護措施，滿足各項溫控指標。為消減溫升峰值，升溫期間可適當延緩保溫層覆蓋進度；降溫階段，為防止降速過快或過緩，可根據測溫情況增減保溫層或升降棚內溫度。

混凝土降溫速率和表里溫差滿足規定要求（降溫速率不大于2℃/d，表里溫差不大于25℃），且表面溫度與環境溫度的最大差值小于25℃時，方可停止測溫工作[4]。

5.3.2 振搗

采用插入式振搗棒，振搗棒插入按照“直上直下、快插慢拔”的原則進行操作，保證每點的振搗時間，直至混凝土表面呈水平不再顯著下沉、不再出現氣泡、混凝土表面穩定泛漿時為宜。

混凝土單點布料完成后開始振搗，在振搗上層混凝土時，將振搗棒插入下層混凝土內5～10cm，以便上下層混凝土能有效地結合。

對上下層澆筑時間間隔超過2h的布料層，需單獨對該層混凝土進行二次振搗，二次振搗時間間隔以2h左右為宜，以增加混凝土的密實度，減少內部微裂紋，提高混凝土強度和抗裂性。

5.3.3 抹面處理

對于平整表面壓面處理區域，表面處理不得少于三遍抹壓。由于澆筑混凝土較厚，面層的浮漿較多，壓面人員需隨時觀察混凝土表面情況，發現裂縫時，及時再次壓面。

6 結束語

該核電項目結合數值模擬對混凝土澆筑和養護過程的溫度場和應力場的計算分析、施工經驗、項目實際人機料配置能力，合理地確定澆筑方案、養護方法、溫控方案及裂縫控制措施，并有針對性地對各個環節進行優化，形成了一整套完備的核島底板大體積混凝土施工技術，為核島底板施工質量提供有效保障。此外，此種理論分析與施工實踐相結合、對設計施工養護全過程進行分析優化的模式，可為后續類似工程提供參考和經驗。