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核电站厂房大型混凝土墙切割及断面处理施工技术

2024-06-25 52 上传者：管理员

摘要：在“双碳”背景下，核电从单一发电到居民供暖，再到工业供汽，核能正在综合利用领域逐步摸索进化，从“单一型选手”向“多功能互补”转变。核电在转变进化过程中，厂房的结构改造越来越多，包括结构的拆除、开孔、增加结构和增加其他功能等。核电厂房物项繁多、结构复杂、墙体宽厚、钢筋密集和混凝土强度等级高，加上在运行期间，实施窗口受限；因此，针对核电厂房的改造难度大，传统的改造工艺已无法满足需要。通过对某核电站某项目闸门井改造施工技术进行研究，采用绳锯模块式切割拆除大型钢筋混凝土墙体，断面处理选用新型材料硅烷浸渍剂对灌浆层表面进行防腐处理，很好地解决核电升级转型过程中涉及大型混凝土墙体改造的需求。

关键词：
切割
断面处理
核电运行厂房
硅烷浸渍防腐剂
金刚石绳锯
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随着人们生活的不断变化，建筑物的改造工程越来越多。在碳达峰碳中和与能源转型大背景下，核电为了升级增型，相关厂房的结构改造也越来越多。目前，各个核电厂均在积极探索核能利用转换其他能源等多种方式的核能综合利用。核电站原设计为单一的发电转变为多面手，意味着已经稳定运行发电的核电站根据功能增加需要对原有混凝土结构局部进行改造，包括拆除、开孔、增加结构及增加其他功能等。核电运行发电厂房，由于长期处于运行发电状态，只有机组停用大修期间，部分厂房才有时间窗口和作业条件可以进行施工改造。且核电厂房结构复杂，结构特点墙体厚大、钢筋密集、混凝土强度等级高，在有限且固定的工期下，及结构复杂的厂房空间下，研究核电运行厂房结构改造如何高效完成，对核电升级增型具有十分重要的意义。

1、工程概况

某核电站某项目排水隧洞排水闸门井改造项目位于核电站综合办公楼东侧，根据设计施工图，需要对闸门井-6.5 m混凝土墙体拆除形成3个联通孔及补强、防腐施工，主要针对大型钢筋混凝土墙体（1 000 mm厚墙体）开孔（孔洞尺寸1 800 mm×1 400 mm）及断面处理（防海水腐蚀）。

闸门井属于核电运行厂房的结构厂房，要求拆除施工不对建筑物原结构产生影响，且对周围环境与正在使用的功能区影响小；同时，由于改造钢筋混凝土墙体拆除，处于运行厂房大修窗口期间，工期十分紧张，需要采用高效的混凝土拆除工艺。采用绳锯法模块式切割施工工艺，解决了厚大尺寸及高强度钢筋混凝土墙体拆除困难问题。混凝土开孔后，由于其断面长期处于海水浸泡腐蚀中，需对结构断面裸露钢筋及断面进行局部改造增强耐久性，同时对表面需采用抗海水腐蚀强的材料进行防腐蚀处理。采用硅烷浸渍对混凝土表面进行防腐处理，可有效降低混凝土吸水率，提高混凝土表层密实性。

2、施工方案的选择

核电厂房结构一般为剪力墙结构，结构复杂有以下特点：墙体宽厚，一般厂房墙体厚度400～800 mm，更有甚者超过1 000 mm；钢筋强度高且密集，受力钢筋采用屈服强度为400 MPa和500 MPa级的热轧带肋钢筋（HRB）钢筋，钢筋间距一般小于等于200 mm，竖向和水平均为双层双向，同时设有拉钩筋；采用的混凝土强度等级高，一般大于等于C40。厂房运行设备多、管线复杂，精密性高、造价高、重要程度高。核电运行发电厂房，由于长期处于运行发电状态，只有机组停用大修期间，部分厂房才有时间窗口和作业条件可以进行施工改造，而且大修时间窗口一般都固定（一般间隔12～18个月）且相当紧张。作为核电土建施工单位，在核电厂的混凝土结构拆除中，要对拆除工艺方法进行评估，选择最优方案。

金刚石绳锯切割是金刚石绳锯在卷扬机驱动下围绕切割面通过指定线路高速运转磨碎切割面，切割过程中高速运转的金刚石绳索靠水冷却，并将磨碎屑带走，以此完成切割工作。

传统方法主要为人工风镐剔凿拆除法、机械锤击破碎法等，与金刚石绳锯切割拆除方法比较，优缺点见表1。

表1传统拆除法与金刚石绳锯切割拆除法比较

同时部分核电厂房运行环境复杂要求高，比如涉及酸碱液体环境、海水环境等，因此钢筋混凝土墙体开孔拆除后，对混凝土结构断面进行保护修复同样非常重要。断面修复通常采用灌浆料、细石砼等方式，从结构上进行保护，采用油漆涂料对表面进行防腐，从建筑上进行保护，技术难点在于防腐剂的选择和应用。

综合考虑，采用金刚石绳锯切割拆除施工技术，该工艺施工作业效率高、安全性高、噪音低且无震动，无粉尘污染。混凝土切割后采用硅烷浸渍剂进行防腐处理，其针对高性能混凝土结构而开发的、不改变混凝土外观，在混凝土表面磨损后仍能发挥防腐蚀和防CL-离子侵蚀功能的防腐蚀产品。

3、施工准备工作

闸门井属于核电运行厂房的结构厂房，要求拆除施工不对建筑物原结构产生影响；闸门井改造处于运行厂房大修窗口期间，工期十分紧张，1 000 mm厚钢筋混凝土墙体开3个1 400 mm×1 800 mm尺寸孔洞，开孔工期仅为48 h。施工方案、工作票、人力、材料和机械设备等提前梳理准备齐全。

4、墙体拆除工艺

钢筋混凝土墙体拆除及断面处理的施工工艺流程主要为：安装钢平台→定位放线→水钻开孔→墙体绳锯切割→切割混凝土拆除吊装→墙体植筋→钢筋绑扎→护角埋设→模板支设→灌浆→模板拆除→防腐涂料涂刷→钢平台拆除。

4.1钢平台安装

根据设计要求加工闸门井钢平台和爬梯，并运至现场。首先安装上部钢丝绳固定位，并用膨胀螺栓加固完毕；接着将钢丝绳连接到平台，连接完成后，保证钢丝绳长短一致，并使钢丝绳调节螺栓在居中位置（确保人员下去后可以进行每根钢丝绳的微调）整体组装完毕开始放钢平台。由于钢平台的宽度超过混凝土梁宽度，因此采用竖直吊装，放置就位后钢丝绳长短一致自动保持平衡。下人通道采用原有闸门井下人爬梯通过围令梁到钢平台位置，采用防坠器确保人员安全。此项最难的工作为钢平台固定（图1），钢平台放置完成后为晃动状态，需要在围令梁上钻孔固定一处，使钢平台有一处固定点，后沿固定点进行钢平台加固，使整个钢平台处于稳固、可控状态。

图1联通孔施工钢平台钢梁平面布置图

4.2定位放线，水钻开孔

需开孔位置在底板施工时已经完成70 cm开孔，还需要凿除30 cm，根据墙体位置进行定位，并用冲击钻进行定位确认，孔洞确认完成进行水钻开孔（图2），打通剩余30 cm，开孔时应注意混凝土块不能掉入流水孔中。

图2联通孔开孔绳锯切割示意图

4.3混凝土切割

钻孔完成后找出原预埋绳，并将金刚石绳穿过混凝土孔，使用时将绳展直，按照钢绳捻向紧1～2圈/m，用专用接头对接并压实。根据切割方向，手拉绳锯磨平石材锐角至绳锯在需切割面中转动灵活、无停顿、卡止现象；开机前，清理现场杂物，做好人身防护安全工作。按照定位放线规整进行分块切割成混凝土块（图3），为方便混凝土块侧向出料，切口适当外大内小，带点坡口。

图3联通孔剖面图

4.4混凝土块起吊、运走

根据要求需要将混凝土块切割成1800mm×1400mm，厚度为1 000 mm，分为2块，每块重量为（1.8×1.4×1.0）×1/2×2.5=3.15 t，需要在联通孔对侧墙体固定滑轮，用葫芦将混凝土块拉出，并用50 t汽车吊将混凝土块吊装至场外。拉出时确保与汽车吊吊具连接完毕。

4.5墙体植筋及钢筋绑扎

植筋施工流程：定位放线→电锤钻孔→吹风清孔→注入植筋胶→植筋→养护→拉拔试验→钢筋绑扎。

首先清除混凝土墙面上附着的海上生物，然后用钢筋探测仪核查原有混凝土结构钢筋分布情况，定位放线标注出植筋位置。经质量员验收，位置符合植筋要求后钻孔。

在进行钻孔施工时，应严格按照设计要求和《混凝土结构加固设计规范》中的相关要求和规定执行。钻孔电锤要垂直混凝土构件，钻孔深度应满足规范以及设计要求，本工程HRB400直径25 mm钢筋，孔深为600 mm。

清孔效果直接影响植筋质量，若孔内混凝土粉末等未清除干净，则注入植筋胶后黏结强度降低，影响植筋质量。因此在进行清孔施工时，采用压缩空气管深入孔内将孔内混凝粉末等杂质清除，必要时应该擦净孔壁，可保证孔壁清洁。

在钻孔施工同时，安排对钢筋植筋端表面进行清理，包括锈迹油污等，并用干抹布擦拭干净。

注入植筋胶时，应将注胶管深入孔底注入，注入植筋胶把孔内空气逐步排出孔外，避免残留空气而影响植筋质量。植筋胶数量应达到孔深的三分之二，之后立即开始植入钢筋。

植入钢筋时应按照固定某一方向将钢筋以慢速旋转入孔内，直至孔底。植入钢筋施工时，应确保植入钢筋与混凝土面成垂直90°，并使钢筋中心线与孔中心线重合。

植筋施工完成后，应对植筋进行养护，主要确保不能有外力扰动钢筋，温度过低时采用保温措施，同时防止雨水冲刷。按照植筋胶说明书养护3 d，植筋胶强度满足后，方可进行其他植筋拉拔试验以及钢筋绑扎施工。

4.6不锈钢护角埋置及模板安拆

钢筋绑扎完成后，根据设计图纸安装不锈钢护角埋件，隐蔽验收后支设模板。

4.7灌浆料灌浆

清扫干净需灌浆的部位，灌浆前设备基础表面应充分湿润，并清除积水。控制好加水量，水粉比为9%～12%,25 kg粉加水2.5 kg。采用机械搅拌方式，搅拌时间一般为2 min，严禁掺入任何外加剂。搅拌时，先将一部分水加入容器内，再将粉倒入搅拌，慢慢加入水，越搅拌越稀，所以严格控制加水量，施工后要进行浇水或覆盖养护。

4.8防腐涂料涂刷

混凝土墙体孔洞拆除后断面修复，由于其断面长期浸泡在海水中，因此有必要进行断面处理，其关键技术是先对混凝土断面进行增加20 cm厚度灌浆层，确保原结构钢筋有保护层；然后拟选用新型材料硅烷浸渍剂对灌浆层表面进行防腐处理。硅烷浸渍剂是一种小分子结构渗透性能优异的防腐蚀材料，能够深层渗透混凝土毛细孔壁，通过化学反应从而使混凝土表面具有憎水性，同时具有透气呼吸功能，极大降低了有害氯离子等的侵入，降低混凝土结构腐蚀侵害，从而提高混凝土的使用寿命，降低后期维护维保费用。

4.9拆除钢平台

首先拆除钢平台固定点，然后将固定吊装点固定到钢绳上，人员撤离钢平台后进行吊出作业。作业人员通过采用上部固定点的防坠器与安全带连接来保证安全。

5、重要工序的质量控制措施

本工程必须在切割混凝土墙体前，应确保墙体上的管线、设备等均已被拆除清理，切割完成后的混凝土块拆除吊装，符合施工方案要求后，方可进行拆除工作。

切割过程中必须考虑结构的稳定性及安全性，必须按照有效的设计图纸进行混凝土墙体开孔切割。

墙体开孔切割过程中如发现下列情况，施工单位应立刻通知业主、设计及监理单位，待各方共同确认后，方可继续施工：现有结构出现有害裂缝或现有结构出现肉眼可观察变形；现有结构钢筋锈蚀较为严重或其他重要缺陷。

拆除原则：从上而下进行拆除，杜绝上下交叉作业。

如进行切割拆除作业完成的混凝土块体，必须采用起重设备吊装拆除。

进行切割作业时，作业面严禁人员聚集或堆放材料，作业人员应站在稳定的结构或脚手架上操作，被拆除的混凝土块指定地点堆放。

6、绳锯法切割优势特点

金刚石绳锯切割是金刚石绳锯在卷扬机驱动下围绕切割面通过指定线路高速运转磨碎切割面，切割过程中高速运转的金刚石绳索靠水冷却，并将磨碎屑带走，以此完成切割工作，具有以下显著优势特点：①不受被切割混凝土大小、环境、空间及体积形状的限制，能切割拆除大型的钢筋混凝土墙体等构筑物；②切割速度快，切口平直，对建筑物结构无损伤；③可以按照规划指定线路进行切割，能满足各种切割拆除需求；④快速地切割可以缩短工期，切割效率约2 m2/h；可远距离控制切割过程，高效安全；⑤施工安全风险小，施工中不存在机械锤击、爆破等危险性操作，同时噪音低，粉尘小，无其他环境污染问题。

7、硅烷浸渍剂优势特点

硅烷浸渍剂是一种小分子结构渗透性能优异的防腐蚀材料，能够深层渗透混凝土毛细孔壁使混凝土表面具有憎水性，同时具有透气呼吸功能，极大降低了有害氯离子等的侵入，从而提高混凝土的使用寿命，降低后期维护维保费用。

施工简便，节约工期。硅烷浸渍涂刷后仍可进行其他涂料作业，不影响附着力。硅烷浸渍剂的活性组分含量较高，施工时只需涂刷2次即可达到要求的渗透深度，施工方便，施工效率较高。

硅烷浸渍剂具有憎水性，耐酸碱、抗紫外线，防止冻融和风化产生的开裂和剥落。

硅烷浸渍剂具有无毒、无味、无污染和无腐蚀等特点，施工简单，使用范围广泛。

8、结束语

核电站闸门井-6.5 m混凝土墙体拆除采用绳锯法模块式切割工艺，解决了大型钢筋混凝土墙体拆除困难问题。目前绳锯法已广泛应用在建筑工程、地下工程等复杂环境条件下的钢筋混凝土拆除上。

混凝土切割后的断面修复采用硅烷浸渍剂防腐蚀保护，能够深层渗透混凝土毛细孔壁，通过化学反应从而使混凝土表面具有憎水性，显著提高混凝土结构工程的耐久性及使用寿命。

参考文献:

[1]李法胜,修岩.金刚石绳锯切割技术在钢筋砼结构拆除中的应用[J].铁道建筑技术,2009,16(9):70-73.

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[3]刘治军,雷斌,叶坤.绳锯法模块式拆除大型钢筋混凝土墙体[J].施工技术,2018,47(S4):1145-1149.