“华龙一号”抗飞机撞击钢筋机械接头施工技术研究与应用

邹少俊，屈 璐

(中国核工业二四建设有限公司，河北 廊坊 065001)

“华龙一号”作为我国自主研发的第三代核电技术，是我国后续核电发展的重点选择技术路线之一。“华龙一号”核电堆型在设计上与M310堆型(二代核电厂)相比，有较大改进创新。在“华龙一号”重大设计改进中，结合国际和国内对核电厂抗飞机撞击的研究，提出并实施了抗商用大飞机撞击的重要技术方案，以增强核电厂抵御大型商用飞机撞击的能力，避免在该类事故下出现放射性物质的泄露和大量释放，从而保护人员和环境避免辐射危害。该方案中应用了一种新型钢筋机械接头，即抗飞机撞击钢筋机械接头，其具有高强、快速冲击性能，国内生产的传统机械连接接头无法满足该性能要求。福清核电厂通过引进国外新型的“挤压—螺纹组合式”连接技术来解决上述问题。但是，该机械接头采购周期长达6个月，其采购价格为国内普通机械接头的20倍左右。为了打破国外的技术壁垒，突破“卡脖子”技术，降低施工成本，通过与国内厂家联合开展课题攻关研究，选取多种机械接头连接形式进行对比分析，最终确定了满足要求的抗飞机撞击机械接头连接工艺，并在漳州核电项目率先实现了该项技术的国产化施工。

1 抗飞机撞击钢筋机械接头技术指标

抗飞机撞击钢筋机械接头除满足《钢筋机械连接技术规程》中对Ⅰ级接头要求的技术指标外，还有以下性能指标：1)最为突出的技术特征为须满足抗瞬间加载冲击的技术要求。瞬间加载冲击试验：将标距过的钢筋机械接头试件放在试验加载器的夹具之间，控制加载应变率为1.0 s-1，即加载速率V0=L0(mm/s)，L0为夹具之间的长度，要求接头试件的破坏必须发生在钢筋母材上，最大力总伸长率Agt≥5%；2)抗飞机撞击钢筋机械接头抗拉强度试验与普通钢筋机械接头抗拉强度试验要求不同，抗飞机撞击钢筋机械接头抗拉强度试验必须一次合格，若不合格则此批次钢筋机械接头全部报废处理，成本损失巨大，且严重影响施工效率。抗飞机撞击钢筋机械接头详细技术指标如表1所示。

表1 抗飞机撞击钢筋机械接头技术指标

2 国外抗飞机撞击钢筋机械接头连接形式介绍

国外抗飞机撞击钢筋机械连接(GRIPTEC连接)技术，是挤压连接与螺纹连接同时使用的一种组合式连接，以挤压实现套筒与单根钢筋之间的咬合，以螺纹实现套筒与套筒之间的接头连接。GRIPTEC连接法的优点是兼顾了挤压连接法优良的力学性能和直螺纹连接法施工简便的优点，同时又有别于传统的挤压连接和螺纹连接。福清核电厂5、6号机组现场使用的是国外的抗飞机撞击钢筋机械接头，接头形式如表2所示。

表2 国外抗飞机撞击用钢筋机械接头形式

3 国外抗飞机撞击钢筋机械接头的优点和缺点分析

3.1 国外抗飞机撞击钢筋机械接头优点分析

3.1.1 优良的力学性能

GRIPTEC型接头是把钢筋插入套筒后驱动油缸，让套筒连同钢筋一起通过一个小于其直径的挤压孔，让套筒在其径向方向和长度方向都产生塑性变形，使得套筒完全咬合于钢筋上，不再仅仅是局部而是整体的塑性变形，套筒与钢筋之间的咬合力强于传统的挤压咬合，接头质量更高。在螺纹连接技术方面，GRIPTEC型接头的螺纹完全是在套筒生产企业的车间工厂化生产，加工出的螺纹成品丝扣极为标准，螺纹质量非常稳定。

3.1.2 良好的可操作性

传统的直螺纹连接技术，其螺纹并非完全是直螺纹，部分丝牙大小因加工误差会存在不一致，从一开始便需要借助扳手，操作时有滑丝风险，并且螺纹尾部有约三扣的过度螺纹，需要使用较大的力量才能把套筒拧紧，不利于接头力矩的达标。而GRIPTEC型接头的螺纹完全是精致直螺纹，一定程度上可以直接用手把套筒拧到底，在降低劳动强度的同时能够获得较高的施工速度，节约工期，质量也更容易得到保证。

3.1.3 加工制造机械化程度高

GRIPTEC型接头的冷挤压过程是在后台车间用GRIPTEC机器加工完成的，机械化程度非常高。钢筋断料完成后，调节机械自带的数控系统，按照需要加工的钢筋的级别、规格、直径来设定相应的参数，即可实现机械化加工。

3.2 国外抗飞机撞击钢筋机械接头不足

“华龙一号”外层安全壳和防护厂房为飞机撞击直接影响区域，需采用抗飞机撞击用钢筋机械接头，这种接头需通过高速冲击试验。国际上仅德士达产品通过了高速冲击试验，实现产业化并在核电项目上有供货业绩，福清核电5、6号机组“华龙一号”项目此前均采购此产品。但是，该产品价格昂贵，其采购价格为国内普通机械接头的20倍左右，工程造价高，采购周期长达6个月，不利于施工现场成本与进度的管控，且关键技术受制于人。

4 抗飞机撞击钢筋机械接头的国产化研究

为了打破国外的技术壁垒，突破“卡脖子”技术，华龙科创团队在漳州核电厂进行了抗飞机钢筋机械接头的国产化研究。

4.1 市场调研分析对比

通过对国内先进钢筋机械接头生产厂家的调研，初步确定了4个厂家的方案作为可选方案，然后经过各项指标分析论证，选择最优性能机械接头作为国产化的抗飞机撞击钢筋机械接头。具体分析内容如表3～表6所示。

表3 工艺对比

4.2 选型分析结论

通过对厂家实地调研及对比分析，总结如下：

厂商A：机械接头加工工艺为整形后滚扎套丝直螺纹连接，有发明专利，安装难度与普通机械接头类似，质量控制难度较小，质量稳定性相对较高，设备维护难度较大。

厂商B：机械接头加工工艺为仿国外抗飞机撞击机械接头工艺，有实用新型专利(一种防爆钢筋连接套筒)，存在侵权风险。

厂商C：机械接头加工工艺为独创锥套工艺，有发明专利。现场施工需增加设备倒运工作，作业平台需增加液压泵放置区域，对作业平台承载力要求较高，施工整体工效较低。

厂商D：机械接头加工工艺为仿国外抗飞机撞击机械接头工艺，暂处于完成机械接头国产化研究阶段，暂未达到设备、产品量产化水平。

因此，综合考虑施工成本、工艺的难易程度以及知识产权状况，选择厂商A的产品作为国产化抗飞机撞击钢筋机械接头。

4.3 抗飞机撞击钢筋机械接头形式确定

根据施工现场的实际情况，将国产化抗飞机撞击钢筋机械接头连接用的套筒型式定为标准型、异直径型、加长丝型、加长套筒型、异直径加长型，如图1～图3所示。

图1 标准型和异直径型套筒示意图Fig.1 Schematic of standard and special diameter sleeves

图2 加长丝与加长套筒型示意图Fig.2 Schematic diagram of the elongated wire and the elongated sleeve type

图3 异直径加长套筒型示意图Fig.3 Schematic diagram of a different-diameter extended sleeve

4.4 抗飞机撞击钢筋机械接头性能试验

对 HRB500E直径为40 mm、32 mm钢筋机械接头进行评定，分别为标准型钢筋机械接头40mm、32 mm各一组，异径型钢筋机械接头32/40 mm一组，加长丝型钢筋机械接头40 mm、32 mm各一组，加长套筒型钢筋机械接头40 mm、32 mm各一组，异径加长套筒型钢筋机械接头 32/40 mm 一组，评定数量共为8组，每组3根。

4.4.1 工艺流程

钢筋断料→钢筋端部整形→钢筋滚轧直螺纹→钢筋连接→拧紧力矩值检查→抗拉强度试验。

4.4.2 工艺实施要点

钢筋断料加工及端部整形采用专门设备和与之配套的油泵进行[1]。

丝头加工设备应用QGG40型高速钢筋螺纹成型机[1]。

标准型、异直径型钢筋接头两端钢筋丝头长度均为标准丝长度；加长丝型钢筋接头一端为标准丝长度、一端为加长丝型接头用加长丝长度；加长套筒型钢筋接头一端为标准丝长度、一端为加长套筒型接头用加长丝头长度；异直径加长套筒型钢筋接头一端为标准丝长度、 一端为异径加长套筒型接头用加长丝长度。

在进行钢筋连接时，钢筋规格应与连接套筒规格一致，并保证丝头和连接套筒内螺纹干净、完好无损；钢筋连接时应用扳手将丝头在套筒中央位置顶紧。用扳手或管钳将直螺纹连接套筒与一端钢筋拧到位，再将另一端钢筋与连接套筒拧到位。

4.4.3 工艺试验结果

根据 JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》及技术规格书-1.14《混凝土工程 抗飞机撞击用钢筋机械接头》中的相关规定[2]，对机械接头的拉伸试验结果如表7所示。

试验结果显示，所有抗飞机撞击钢筋机械接头试件均满足规范的相关规定，根据试验结果判定该工艺可以用于现场。

4.5 实施效果

通过攻克抗飞机撞击钢筋机械接头的相关指标，在漳州核电厂实现了抗飞机撞击钢筋机械接头技术的国产化，打破国外技术壁垒，施工成本显著降低，且申请了国家实用新型专利，自主知识产权可控。

4.6 现场施工质量控制及成品保护措施

为了提高抗飞机撞击机械接头的施工质量，现场也从管理层面进行了优化。严格执行“三检一验”制度，层层把关，让人人都有责任转变为人人都是一道屏障。根据规范要求，抗飞机撞击机械接头力矩值监理抽查率为10%，施工单位要求一级质检进行100%检查，二级质检抽查率不低于25%。同时，加强成品保护，连接机械接头的套筒必须用塑料保护帽密封，以保持内部洁净、干燥、防锈。通过上述措施的执行，有效保证了抗飞机撞击机械接头的施工质量。

5 结论

通过分析国外抗飞机撞击钢筋机械接头的技术特点，梳理解决工艺评定、验收过程的问题，优化加工、安装、检测的流程，使“华龙一号”抗飞机撞击钢筋机械接头的质量得到了很好的控制，应用效果良好。同时，在引进新工艺的过程中进行自主研发，与生产厂家进行攻关研究，通过对抗飞机撞击钢筋机械接头的性能指标的分析，在漳州核电“华龙一号”实现了该项技术的国产化，打破了国外技术的壁垒，显著降低施工成本，具有较高的社会效益和经济效益。