LNG儲(chǔ)罐樁基施工優(yōu)化及質(zhì)量控制措施

李 俊，朱海山，葉忠志

海洋石油工程股份有限公司，天津 300451

如今LNG低溫儲(chǔ)罐已經(jīng)發(fā)展成為液化天然氣接收站最關(guān)鍵的裝置之一，國(guó)內(nèi)外已建或在建的架空形式LNG儲(chǔ)罐項(xiàng)目常規(guī)采用樁基基礎(chǔ)，通過(guò)承臺(tái)將很多樁的頂部連接成一體，成為承受大載荷的深基礎(chǔ)，以滿足建筑工程的要求[1]。沖孔錘式灌注樁因適用于各類土層、風(fēng)化巖、軟質(zhì)巖及硬質(zhì)巖石等不同種類的地質(zhì)，且施工設(shè)備比較簡(jiǎn)單、易于施工操作、投資少、工期短等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已在我國(guó)建筑行業(yè)廣泛應(yīng)用[2-5]。漳州LNG項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐基礎(chǔ)采用沖孔錘式灌注樁，施工過(guò)程進(jìn)行全過(guò)程管控，尤其對(duì)鋼筋籠制作、泥漿配置、鉆孔、清孔、下放鋼筋籠、混凝土灌注等幾大關(guān)鍵工序進(jìn)行重點(diǎn)盯防，確保了鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量。本文將圍繞該項(xiàng)目的樁基施工工藝流程、控制難點(diǎn)及控制措施進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

1 工程概況

漳州LNG項(xiàng)目處于福建省漳州龍海市隆教鄉(xiāng)興古灣，共計(jì)劃建設(shè)6臺(tái)16×104m3大型儲(chǔ)罐和配套接收站。一期工程建設(shè)2臺(tái)儲(chǔ)罐和配套接收站，儲(chǔ)罐的工程樁采用沖孔錘式灌注樁，其參數(shù)如下：

（1） 樁徑1.2 m，樁長(zhǎng)預(yù)計(jì)14～42 m，每臺(tái)儲(chǔ)罐380根樁，共計(jì)760根樁。

（2） 樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40。由于漳州LNG接收站靠海建設(shè)，對(duì)氯離子含量的要求極為嚴(yán)格，按照設(shè)計(jì)規(guī)格書要求混凝土中砂的氯離子含量不得大于0.06%；含泥量不超過(guò)3%，其中泥塊含量不超過(guò)1.0%；硫化物及硫酸鹽含量（按SO3質(zhì)量計(jì)） 不超過(guò)1%；有機(jī)物含量達(dá)到合格水平。

（3） 樁身鋼筋：主筋HRB400E，直徑25 mm；外圈箍筋 HPB300， 準(zhǔn)16（ 準(zhǔn)12）@100； 內(nèi)圈箍筋HRE400E，準(zhǔn)20@1 200；鋼筋保護(hù)層厚90 mm。

2 樁基施工工藝

2.1 沖孔錘式灌注樁施工原理及優(yōu)缺點(diǎn)

本工程采用的沖孔錘式灌注樁是沖孔式灌注樁的一種，它采用大型沖孔鉆機(jī)將帶沖孔鉆刃的鉆頭提升到一定高度，然后靠自由下落的沖擊力來(lái)削切巖層，通過(guò)泥漿正循環(huán)清渣法將碎渣排出成孔，然后放入鋼筋籠再灌注混凝土。此施工工藝的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)鄰近建筑物及周圍環(huán)境影響小；樁長(zhǎng)和樁端直徑可以根據(jù)實(shí)際工程要求進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整；樁端可進(jìn)入持力層或嵌入巖層，單樁承載力大。缺點(diǎn)：操作工藝較復(fù)雜，對(duì)操作人員水平要求較高；易發(fā)生施工質(zhì)量事故；施工后樁不能立即承受較大的荷載；冬季施工困難較多。

2.2 沖孔錘式灌注樁施工工序

沖孔錘式灌注樁施工工藝流程見圖1[6-7]。

3 樁基施工控制難點(diǎn)解決方案

3.1 優(yōu)化鋼筋加工區(qū)布置，滿足鋼筋籠施工需求

本項(xiàng)目的2臺(tái)儲(chǔ)罐存在鋼筋籠型號(hào)規(guī)格不同、鋼筋籠長(zhǎng)度不確定的問(wèn)題。1#儲(chǔ)罐樁基鋼筋籠主筋規(guī)格為準(zhǔn)25 mm，其中鋼筋籠上部0～9 m為48根準(zhǔn)25 mm鋼筋，9 m以下為24根準(zhǔn)25 mm鋼筋。2#儲(chǔ)罐相對(duì)復(fù)雜，按照設(shè)計(jì)要求樁長(zhǎng)不同配置的鋼筋類型及數(shù)量也不相同，當(dāng)樁長(zhǎng)≤20 m時(shí)，鋼筋配置為：鋼筋籠上部0～9 m為48根準(zhǔn)28 mm鋼筋，9m以下為24根準(zhǔn)28mm鋼筋；當(dāng)20m＜樁長(zhǎng)≤25 m時(shí)，鋼筋配置為：鋼筋籠上部0～9m為48根準(zhǔn)28mm鋼筋，9～18.45m為24根準(zhǔn)28mm鋼筋，18.45～25m為12根準(zhǔn)25 mm鋼筋；當(dāng)25 m＜樁長(zhǎng)＜42 m時(shí)，鋼筋配置為：鋼筋籠上部0～9 m為40根準(zhǔn)25 mm鋼筋，9～18.45 m為20根準(zhǔn)25 mm鋼筋，18.45～42 m為10根準(zhǔn)25 mm鋼筋。

圖1 沖孔錘式灌注樁施工工藝流程

在進(jìn)行鋼筋加工區(qū)域設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮功能性布置和機(jī)動(dòng)性劃分。傳統(tǒng)的鋼筋加工場(chǎng)一般分為1個(gè)或2個(gè)加工區(qū)，當(dāng)鋼筋籠采用直螺紋機(jī)械連接時(shí)，每個(gè)加工區(qū)域必須對(duì)應(yīng)同等規(guī)格刀頭的滾絲機(jī)（更換不同規(guī)格的刀頭需要拆卸、安裝、調(diào)試），這就限制了每個(gè)加工區(qū)只能單獨(dú)生產(chǎn)某一種主筋規(guī)格的鋼筋籠。由于現(xiàn)場(chǎng)地層變化的不確定性以及鋼筋的配置類型及數(shù)量不同，導(dǎo)致兩個(gè)加工生產(chǎn)區(qū)分別生產(chǎn)鋼筋籠的時(shí)間不同，造成現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工中存在完成終孔但沒有鋼筋籠及時(shí)供應(yīng)的問(wèn)題，由于傳統(tǒng)鋼筋加工區(qū)無(wú)法改變加工工序，因此也就無(wú)法滿足灌注樁的施工連續(xù)性要求。

解決方案為：鋼筋加工棚從里至外分區(qū)設(shè)置鋼筋加工區(qū)、原材料堆放區(qū)、原材料下料區(qū)、直螺紋絲頭加工平臺(tái)、主筋直螺紋連接區(qū)、骨架成型區(qū)、鋼筋籠成型區(qū)。在鋼筋加工區(qū)采用長(zhǎng)70 m的平鋪軌道，軌道上采用拖車，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼筋籠規(guī)格和數(shù)量的實(shí)際需求靈活機(jī)動(dòng)地操作拖車的運(yùn)動(dòng)，保證優(yōu)先制作施工現(xiàn)場(chǎng)最急需的鋼筋籠，從而滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求。鋼筋加工區(qū)布布置及平鋪軌道設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)如圖2所示。

圖2 鋼筋加工區(qū)布置及平鋪軌道設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)

3.2 優(yōu)化泥漿性能參數(shù)，提升泥漿護(hù)壁能力

本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)地層情況比較特殊，上部地層主要為人工吹填砂，因此采用沖擊鉆成孔無(wú)法利用天然地層造漿，且泥漿性能不易控制。針對(duì)此種情況，首先需要選用優(yōu)質(zhì)的黏土進(jìn)行調(diào)配泥漿，泥砂相對(duì)密度控制在1.35左右，通過(guò)泥漿池三級(jí)凈化、泥砂分離裝置（如圖3所示），通過(guò)循環(huán)、沉淀、泥砂分離步驟充分凈化泥漿內(nèi)的余砂，控制泥漿性能，最終調(diào)整到泥漿相對(duì)密度≤ 1.25、含砂率＜8%、黏度＜28 Pa·s，滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

圖3 泥漿性能控制示意

3.3 優(yōu)化樁基操作模式，降本增效提升競(jìng)爭(zhēng)力

為提升本項(xiàng)目樁基工程的施工效率，采用了12臺(tái)自動(dòng)沖孔鉆機(jī)，其控制系統(tǒng)根據(jù)輸入的參數(shù)（提錘高度、剎車高度、剎車時(shí)間、離合時(shí)間） 等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化施工作業(yè)，且可處理緊急情況，減少事故的發(fā)生。自動(dòng)沖孔鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工如圖4所示，工效分析見表1。

圖4 自動(dòng)沖孔鉆機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)

表1 工效分析對(duì)比

4 樁基施工質(zhì)量控制及常見問(wèn)題預(yù)防措施

4.1 質(zhì)量控制

沖擊成孔灌注樁施工采用的設(shè)備雖然簡(jiǎn)單，但整個(gè)施工過(guò)程復(fù)雜，一旦出現(xiàn)偏差，將帶來(lái)質(zhì)量及安全事故，因此需要嚴(yán)格控制施工前、施工過(guò)程中以及施工后各階段的質(zhì)量控制要點(diǎn)。

施工前應(yīng)做好設(shè)計(jì)技術(shù)交底、編制施工方案、配置工機(jī)具等前期工作；施工過(guò)程中重點(diǎn)做好鋼筋籠制作質(zhì)量控制、泥漿性能控制、鉆孔質(zhì)量控制、混凝土質(zhì)量控制、施工環(huán)境控制。采取全過(guò)程監(jiān)管，針對(duì)每日、每周、每月施工質(zhì)量的隱患問(wèn)題制作每日質(zhì)量控制公示欄，確保現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理效率及督促施工單位質(zhì)量隱患整改效率[8-14]。階段性施工結(jié)束后開展工作總結(jié)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，提升施工整體質(zhì)量。

4.2 常見問(wèn)題預(yù)防措施

施工過(guò)程中可能由于準(zhǔn)備不足、管理不當(dāng)或操作不當(dāng)而引起樁基施工質(zhì)量問(wèn)題，為此該項(xiàng)目針對(duì)工程特點(diǎn)提前編制了應(yīng)對(duì)質(zhì)量問(wèn)題的措施，見表2。

表2 沖擊鉆孔灌注樁常見問(wèn)題質(zhì)量控制措施

4.3 樁基檢測(cè)結(jié)果

本項(xiàng)目嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方案和規(guī)劃的技術(shù)施工，注重細(xì)節(jié)管理等，對(duì)所有工程樁進(jìn)行檢測(cè)，其中：利用聲波透射法對(duì)76根樁進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)，結(jié)果表明75根為Ⅰ類、1根為Ⅱ類；對(duì)8根樁進(jìn)行單樁豎向抗壓承載力檢測(cè)，結(jié)果表明均滿足設(shè)計(jì)承載力特征值6 000 kN的要求；利用低應(yīng)變檢測(cè)對(duì)760根樁進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)，結(jié)果表明樁身均完整，751根為Ⅰ類、9根為II類，高于設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

LNG儲(chǔ)罐已成為液化天然氣接收站關(guān)鍵的裝置之一，LNG儲(chǔ)罐樁基建設(shè)在施工過(guò)程中屬于隱蔽工程，其質(zhì)量的好壞將直接影響到整個(gè)儲(chǔ)罐的工程質(zhì)量。在儲(chǔ)罐樁基施工過(guò)程中應(yīng)充分了解和掌握樁基的施工工藝，明確樁基施工過(guò)程中的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制和施工要點(diǎn)，嚴(yán)格把守施工過(guò)程，并通過(guò)施工優(yōu)化改善施工條件及環(huán)境，以防為主，做好全過(guò)程監(jiān)管。本項(xiàng)目工程樁經(jīng)聲波透射法檢測(cè)、低應(yīng)變檢測(cè)、單樁豎向抗壓承載力檢測(cè)結(jié)果顯示，760根工程樁樁基完整性檢測(cè)均為I類和II類樁，豎向承載力檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)要求。事實(shí)證明，以上樁基施工過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施及質(zhì)量控制方法是合理的，達(dá)到了預(yù)期效果，確保了項(xiàng)目工程質(zhì)量。