液化天然氣全容罐外罐結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)

潘 立

上海市安裝工程集團(tuán)有限公司 上海 200080

0 引言

液化天然氣（LNG）是將常壓下氣態(tài)的天然氣冷卻到-162 ℃后凝結(jié)成液體，體積約為常溫常壓下的1/600，大大節(jié)約了儲(chǔ)運(yùn)空間，可以為居民斷供情況下提供穩(wěn)定的能源供給。它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在于：儲(chǔ)存效率高、占地少、使用方便；有利于環(huán)境保護(hù)，減少城市污染排放，是一種清潔燃料；使用時(shí)安全性高。

隨著我國(guó)對(duì)各種能源需求的不斷增長(zhǎng)，使用LNG將對(duì)能源結(jié)構(gòu)起到優(yōu)化作用，可解決能源在生態(tài)環(huán)保和安全供應(yīng)上的突出問題。LNG項(xiàng)目目前進(jìn)入了全面規(guī)劃和實(shí)施階段，大量的LNG全容罐工程即將開工。由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，如何提高其外罐主體結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)，將對(duì)儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)安全和使用功能起到關(guān)鍵作用[1-3]。

1 工程概況

1.1 建設(shè)概況

杭州市東部LNG全容罐應(yīng)急氣源站工程位于杭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，占地面積約63 000 m3，設(shè)計(jì)儲(chǔ)存量為10 000 m3液態(tài)天然氣，可在極限條件下，提供杭州市5 d左右的儲(chǔ)備供應(yīng)量。本工程主要建造一座LNG全容罐儲(chǔ)罐。

1.2 結(jié)構(gòu)概況

LNG全容罐由罐底板、圓筒墻體、環(huán)梁及穹頂組成，圓筒墻體由內(nèi)罐和外罐構(gòu)成，內(nèi)罐為金屬罐，外罐為圓筒狀預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)臨時(shí)門洞，內(nèi)外罐之間采用珍珠巖填充隔離。LNG全容罐外罐高度為22 m，沿高度方向分7段，環(huán)梁高2 m，位于外罐高度方向的第6段。整個(gè)絕熱保溫系統(tǒng)罐底采用泡沫玻璃保溫磚，罐頂和側(cè)壁采用玻璃纖維。

2 特點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1）為了避免外罐墻體裂縫的產(chǎn)生，我們?cè)O(shè)置了可產(chǎn)生壓應(yīng)力的水平環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋和豎向U形預(yù)應(yīng)力筋，以減少和抵消外部荷載所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，施工時(shí)帶來了一定的技術(shù)難度。

2）由于水平預(yù)應(yīng)力筋呈環(huán)向，豎向預(yù)應(yīng)力筋呈U形，管道摩擦力的損失比常規(guī)工況下的預(yù)應(yīng)力要大，因此，給預(yù)應(yīng)力張拉施工時(shí)伸長(zhǎng)率初值和終值的計(jì)算確定及控制帶來了難度。

3）預(yù)應(yīng)力的張拉順序?qū)ν夤蘖芽p控制影響較大，預(yù)應(yīng)力施加和錨固需掌握時(shí)機(jī)。

4）外罐罐體直徑大、高度高，預(yù)應(yīng)力套管布設(shè)無法一次完成。

5）穹頂?shù)膱A弧度較難控制把握[4,5]。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 外罐墻體預(yù)應(yīng)力施工

本工程外罐墻體采用后張法有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力，后張錨體系每束12根，鋼絞線采用BSEN10138標(biāo)準(zhǔn)1×7無涂層高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，φ15.70 mm，抗拉強(qiáng)度等級(jí)1 860 N/mm2。預(yù)應(yīng)力筋設(shè)水平環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋和豎向U形預(yù)應(yīng)力筋，其中環(huán)向水平預(yù)應(yīng)力筋布置自上而下50道，共100組（每道2組），不均勻布置，設(shè)置4個(gè)互成90°扶壁柱，用于環(huán)向水平預(yù)應(yīng)力筋后張錨固。縱向預(yù)應(yīng)力筋共設(shè)置36道，呈U形均勻布置于外罐墻體內(nèi)，其錨具集中布置于儲(chǔ)罐罐頂圈梁頂部。

3.1.1 預(yù)應(yīng)力施工流程

預(yù)留管道安裝→孔道沖洗、通球→預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿束→摩擦力試驗(yàn)→鋼絞線張拉→孔道灌漿與封錨→驗(yàn)收

3.1.2 預(yù)留管道安裝

1）預(yù)留管道材料：水平環(huán)向預(yù)留管道材料采用φ80 mm×3 mm金屬波紋管，縱向U形預(yù)留管道材料采用φ89.10 mm×3 mm無縫鋼管。

2）管道連接方法：水平環(huán)向波紋管連接采用φ85 mm波紋管套管，長(zhǎng)200～300 mm。波紋管連接后用密封膠帶封口，防止?jié)仓炷習(xí)r水泥漿滲入管道內(nèi)造成堵塞；縱向U形管道連接方法采用承插式，鋼管一頭用擴(kuò)孔機(jī)擴(kuò)孔，并在接頭處套塑料套管，熱壓封閉，并用φ12 mm鋼筋固定。

3）固定方法：水平環(huán)向波紋管固定采用φ12 mm鋼筋作固定支架（圖1），支架與兩側(cè)鋼筋網(wǎng)片焊接牢固，用16#鐵絲將波紋管與支架綁緊，使波紋管按設(shè)計(jì)的曲線定位，形成流暢曲線形狀。鋼筋支架間距不得大于800 mm，如預(yù)埋件與支架碰撞時(shí)，可將支架位置適當(dāng)調(diào)整；縱向鋼管在罐壁鋼筋綁扎完成后進(jìn)行，長(zhǎng)度根據(jù)施工縫位置確定，與每次墻體澆筑高度保持一致。采用短鋼筋在接頭套管上端及鋼管中部與罐壁主筋呈“井”字形連接焊接牢固。

圖1 水平環(huán)向波紋管鋼筋支架固定示意

4）水平環(huán)向波紋管安裝時(shí)須頂?shù)浇宇^處，防止波紋管弧度突變，并保證水平度，在封模前對(duì)波紋管進(jìn)行檢查驗(yàn)收，有無損壞；縱向鋼管在每段混凝土澆筑前應(yīng)逐根檢查垂直度、位置及其固定情況。

5）波紋管在安裝過程中反復(fù)彎曲，應(yīng)防止管壁破裂，同時(shí)應(yīng)避免鄰近動(dòng)火時(shí)灼傷管壁。

6）預(yù)留管道設(shè)壓漿孔，在最高點(diǎn)設(shè)排氣孔，必要時(shí)在最低位置設(shè)排水孔。

7）穿束前和混凝土澆筑后應(yīng)對(duì)孔道進(jìn)行沖洗，并通球試驗(yàn)，保證孔道暢通。

8）預(yù)留管道在結(jié)構(gòu)施工過程中，兩端孔洞和排氣孔需封堵，防止異物及水泥漿進(jìn)入。

9）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：環(huán)向水平波紋管的軸線與理論半徑所在圓之內(nèi)的偏差值≤20 mm，波紋管的中心與指定平面的偏差值≤20 mm，相鄰兩端波紋管上下表面偏差值≤20 mm，錨座與波紋管間偏差值≤10 mm。

10）錨座安裝：錨座采用4只螺栓固定在扶壁柱錨具位置的模板上，灌漿口位于錨座頂部[6]。

3.1.3 鋼絞線穿束

1）穿束方法：水平環(huán)向鋼絞線穿束采用逐根穿束的方法穿入預(yù)埋孔道，縱向鋼絞線穿束采用集中穿束的方法穿入預(yù)埋孔道，穿束前將預(yù)應(yīng)力筋端部用膠布包扎以減少摩擦并防止刺破波紋管。

2)預(yù)應(yīng)力束布置：水平環(huán)向每束預(yù)應(yīng)力鋼絞線分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四組，每2組（即Ⅰ和Ⅱ組、Ⅲ和Ⅳ組）各自分別在同一水平面上，圍繞外罐墻體一圈，分別錨固在成90°對(duì)稱布置的4根（即B和D、A 和C）豎向扶壁柱上（圖2），在高度方向呈間隔布置；豎向預(yù)應(yīng)力鋼絞線兩端錨于外罐墻體底部和頂部。

圖2 水平環(huán)向預(yù)應(yīng)力束布置示意

3）儲(chǔ)罐外罐墻體混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后，方可開始穿束。

4）穿束完成后做好鋼絞線工作長(zhǎng)度和端部封閉保護(hù)，防止雜物或水進(jìn)入孔道。

3.1.4 張拉

1）張拉條件：混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定值；張拉前，外罐側(cè)模及端部模板全部拆完，以免張拉時(shí)產(chǎn)生約束力；錨墊板喇叭管內(nèi)清理干凈；工作錨板已套上。

2）張拉順序：遵循“先張拉豎向后張拉水平環(huán)向、先上后下”的總體原則。具體如下：先張拉25%豎向預(yù)應(yīng)力筋，間隔對(duì)稱布置，再?gòu)埨江h(huán)向頂部4圈預(yù)應(yīng)力筋，然后再進(jìn)行其余豎向預(yù)應(yīng)力筋對(duì)稱張拉，最后自上而下水平環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋張拉。

3）張拉方式：水平環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋張拉采取兩端張拉，豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉只需對(duì)上部端施加預(yù)應(yīng)力。

4）預(yù)應(yīng)力張拉過程中，張拉控制以應(yīng)力控制為主，伸長(zhǎng)值作為復(fù)核。

3.1.5 預(yù)應(yīng)力孔道灌漿

1）灌漿目的是保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋不受銹蝕，使預(yù)應(yīng)力筋與結(jié)構(gòu)良好結(jié)合形成整體，有利于預(yù)應(yīng)力的有效傳遞，灌漿前要通過工藝性能試驗(yàn)，最終確定灌漿工藝。

2）灌漿漿液：水灰比0.35～0.45，攪拌后3 h泌水率不大于3%。水泥漿強(qiáng)度不低于30 N/mm2，漿液流動(dòng)性、耐久性、防腐性好，充盈度高。

3）灌漿前對(duì)孔道進(jìn)行沖洗、通球，保證通暢。

4）水平環(huán)向孔道灌漿由較低一端灌漿孔壓入，較高一端排氣孔排氣和排漿；豎向孔道灌漿由底部壓漿孔壓入，由頂端排氣孔排氣和排漿。

5）水平環(huán)向孔道灌漿壓力控制在0.40～0.70 MPa，最大不超過1 MPa，連續(xù)進(jìn)行，待出漿孔出濃漿后封閉，繼續(xù)保持壓力0.70 MPa，保持1～2 min，再封閉進(jìn)漿口，待水泥漿凝固后拆除連接接頭；豎向孔道灌漿壓力控制在0.70～1.80 MPa，最大不超過2 MPa，豎向孔道灌漿應(yīng)采用二次補(bǔ)漿，待不實(shí)漿體充分排盡后，采用人工補(bǔ)漿。

6）灌漿在張拉后24 h內(nèi)完成。

3.1.6 封錨

1）在灌漿完成24 h后切割工作長(zhǎng)度多余的預(yù)應(yīng)力筋，露出錨具外鋼絞線長(zhǎng)度，不宜小于其直徑1.5倍且不小于25 mm。

2）對(duì)錨具凹槽處清洗清潔，然后用微膨脹細(xì)石混凝土封閉，混凝土強(qiáng)度與儲(chǔ)罐外壁混凝土同等級(jí)。

3.2 儲(chǔ)罐穹頂施工

1）穹頂支墩定位：根據(jù)引測(cè)的穹頂圓心點(diǎn)，計(jì)算出穹頂支墩的坐標(biāo)點(diǎn)，再由穹頂圓心點(diǎn)引至各穹頂支墩。

2）鋼筋施工：支墩的插筋必須按設(shè)計(jì)位置進(jìn)行正確安裝；伸入各分層澆筑環(huán)形混凝土的鋼筋穿過鋼板收口網(wǎng)封閉端。

3）模板施工：穹頂?shù)啄０逶跉馍斾摻Y(jié)構(gòu)穹頂就位后，由穹頂作底模施工時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)頂蓋需加壓以支撐混凝土質(zhì)量；施工縫處模板采用鋼板收口網(wǎng)，施工縫垂直設(shè)置在穹頂上，以防混凝土隨意流淌，施工縫由金屬鋼板收口網(wǎng)定位于穹頂分段澆筑層之間，永久性置于混凝土中（圖3）。

3.3 混凝土澆筑

1）穹頂沿環(huán)向由底至頂分4次澆筑，由外向內(nèi)環(huán)向澆筑，分段間的環(huán)向垂直施工縫放置鋼板收口網(wǎng)進(jìn)行隔離。

2）圓弧度采用CAD進(jìn)行放樣制作弧形造型木刮尺加以控制。

3）混凝土坍落度控制在設(shè)計(jì)下限。

4）澆筑方向沿穹頂圓周進(jìn)行均衡澆筑，保證混凝土均勻同步上升；對(duì)下半圓部位加強(qiáng)振搗，以保證所澆筑的混凝土的密實(shí)性。

圖3 穹頂施工縫處理示意

5）施工縫處理：對(duì)鋼板網(wǎng)上水泥漿垃圾及時(shí)清理[7]。

4 結(jié)語

液化天然氣（LNG）全容罐外罐結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量關(guān)系到今后能否安全、正常的使用，特別是罐體后張法有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工控制尤為關(guān)鍵，它可以有效提高外罐墻體的抗裂性和剛性，大大推遲、延緩裂縫的產(chǎn)生，提高外罐抗疲勞性，也可減少鋼筋用量，降低投資成本。

本工程通過項(xiàng)目部施工人員的科學(xué)管理、精心組織和嚴(yán)格控制，已順利竣工并已投入一段時(shí)間的使用，取得了良好的效果。