樁柱一體化在LNG儲罐項目中的應(yīng)用及分析

白舸 李浩然 于家昊 梅涵海洋石油工程股份有限公司

一、樁柱一體化工藝概論

隨著新型技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，國內(nèi)大型的 LNG 儲罐都在陸續(xù)采用樁柱一體化一次成型的技術(shù)使用。傳統(tǒng)高承臺樁由兩部分構(gòu)成：地面以下灌注樁+地面以上的樁帽。而高承臺樁柱一體化工藝提出灌注樁與樁帽采用“一次成型”的理念?！耙淮纬尚汀笔┕ぜ夹g(shù)即樁帽鋼筋與樁身鋼筋一體制作，灌注樁施工完后，立即進行樁頭清理，然后進行支設(shè)模板、模板校核、樁帽混凝土澆筑、樁帽養(yǎng)護施工的技術(shù)。與傳統(tǒng)樁施工工藝相比，高承臺樁柱一體化省去了該工藝較以往采用的“接樁”工藝，省去了“土方開挖”、“截樁”、“接樁”過程。經(jīng)分析統(tǒng)計，樁柱一體化工藝與傳統(tǒng)施工工藝對比會使每個儲罐的樁基工程節(jié)省約45天的時間。

通過對樁柱一體化工藝全生命周期的管控，且通過后期質(zhì)量檢測，檢測結(jié)果相比傳統(tǒng)的施工方法，質(zhì)量效果遠比傳統(tǒng)的要高，充分驗證了高承臺一次成樁工藝是一種質(zhì)量可靠，降低造價，節(jié)省工期的一種新型工藝。

二、樁柱一體化的施工工序

本工程高承臺樁一次成樁施工工序主要包括：測量放線、旋挖成孔、泥漿制備與處理、鋼筋籠制作、地面以下砼灌注、提拔護筒、樁頂浮漿及周圍地面清理、模板墊層施工、支設(shè)模板、地面以上砼澆筑、拆除模板并養(yǎng)護等工序。很多施工工序和傳統(tǒng)樁基工藝施工工序一致，其中嵌巖樁工藝和地面上樁基施工部分是樁柱一體化施工工藝特有的工序，下面我們將著重介紹。

（一）鉆孔判巖和終孔的控制

根據(jù)勘察報告及試驗樁設(shè)計圖紙推算持力層面大致深度，當(dāng)鉆機鉆至此深度時，撈取巖樣，并根據(jù)勘察報告對持力層物理狀態(tài)的描述，判斷巖樣是否為持力層。確定了持力層面以后，根據(jù)持力層的實際入巖深度，計算出終孔孔深，保證入巖深度不小于1.5m。

（二）地上短柱施工

混凝土澆注至地面標(biāo)高后，首先要進行超灌控制。在護筒出水口位置加入擋板，然后繼續(xù)灌注混凝土，直到有新鮮粗骨料混凝土面流出，配合人工清理。為了保證樁頭混凝土強度質(zhì)量，這時最后一節(jié)導(dǎo)管不要拔出，使用制作好的 1m3料斗進行超灌，待超灌完成后，方可提拔最后一節(jié)導(dǎo)管緩慢拔出。

在清理完樁頭混凝土后，用坍落度不大于100mm的混凝土將樁周邊鋪設(shè)厚10cm的墊層，墊層寬度大于模板內(nèi)邊不少于30cm，保證模板底部安放在平整、堅實的地面上，為縮短墊層凝結(jié)時間，可采取在墊層表面灑干水泥等措施。

模板對位完成后，對垂直度進行檢查，采用線墜的方式，使用盒尺測量模板上部與下部的垂直度偏差，符合要求后，進行模板固定。

高承臺樁地面以上混凝土塌落度控制在180±20mm，砼采用泵車澆筑，每次放料高度控制在0.5m以內(nèi)，分層澆筑高度控制在30～40cm，這樣會利于振搗。

三、樁柱一體化工藝的過程把控

（一）過程把控要點

在樁基的施工過程中，可能會出現(xiàn)一些如：塌孔縮徑，孔口歪斜，泥漿沉渣超標(biāo)，入巖深度不夠，鋼筋籠下放不到位，鋼筋籠位置偏差過大，導(dǎo)管漏水，模板垂直度誤差過大，護筒提拔困難等問題。這些問題的解決方式與傳統(tǒng)樁基工程的解決方式基本一致，我們就不一一進行分析。

而砼冷縫處理僅是在樁柱一體化工藝中會碰到的問題，需要進行全面的分析。

1.樁柱交接處砼冷縫

⑴原因分析

①地下樁灌注完成后未及時進行地上砼的灌注，造成砼初凝出現(xiàn)冷縫。②樁頂?shù)母{、泥砂及雜質(zhì)未清理干凈。③由于其他原因造成地上樁和地下樁砼交接處產(chǎn)生冷縫。

⑵預(yù)防措施

①地下樁完成后及時組織施工人員進行地上的混凝土澆筑施工，安排專人負責(zé)，分模板支設(shè)班組、砼灌注班組，形成一套的施工流水作業(yè)，嚴格按照技術(shù)要求，必須保證在砼的初凝前完成澆筑施工。②灌注完成后將樁頂?shù)母{、泥砂及雜質(zhì)清理干凈，直至漏出新鮮的粗骨料砼，按照要求超灌高度 0.8m-1.0m 后，由技術(shù)人員進行檢查，檢查粗骨料及超灌高度。符合要求后方可進行下步的施工。

⑶處理措施

當(dāng)砼出現(xiàn)冷縫的時候，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施。排除人為因素及施工因素外，因天氣或者其他原因造成確實無法避免出現(xiàn)冷縫的情況下，采用常規(guī)的施工方法，在地下樁施工完成后，養(yǎng)護28天，進行樁頭鑿除，支設(shè)模板、灌注砼、拆除模板并及時養(yǎng)護。

①混凝土原材控制：混凝土原材是影響混凝土自身性能的最重要因素，因此，應(yīng)嚴格對混凝土原材進行控制；②混凝土配合比：混凝土配合比對的性能，如強度、塌落度、和易性、初凝時間均有影響，應(yīng)對配合比進行要求；③混凝土塌落度：混凝土塌落度對混凝土的流動性、擴展度等有較大的影響，且會對實體外觀產(chǎn)生影響，應(yīng)進行控制，但控制范圍需進行現(xiàn)場確定；④混凝土初凝時間：混凝土初凝時間對混凝土的澆筑間隔、澆筑連續(xù)性等有影響，若控制不好，會出現(xiàn)冷縫，甚至斷樁；⑤孔口灌注質(zhì)量：根據(jù)“樁柱一體化”工藝特點，孔口質(zhì)量為關(guān)注的重要因素；⑥樁柱澆筑間隔：地下樁澆筑完成后，需要進行地上樁的澆筑，其間隔時間若不經(jīng)過有效控制，將形成冷縫；⑦混凝土振搗質(zhì)量：孔口灌注過程需進行振搗，振搗質(zhì)量將直接影響混凝土的灌注質(zhì)量，形成爛根等；⑧泥漿質(zhì)量：泥漿比重、粘度等會對灌注過程形成影響，對孔口處的灌注有一定的影響；⑨樁身配筋：本項目樁頂配筋較密，對混凝土的流動性，特別是保護層的質(zhì)量產(chǎn)生影響；⑩灌注速度：灌注速度對樁身的灌注質(zhì)量有一定的影響。

上述控制要點均為樁基工程需嚴格控制的要素，但有些控制要素為樁基工程常規(guī)控制點，有些因素為“樁柱一體化”工藝需要研究確認的控制要點，經(jīng)過嚴謹?shù)难芯糠治觯瑢ι鲜隹刂埔c進行逐條分析，篩選出為防止砼冷縫需要特別控制的要點。

2.初凝時間確定

根據(jù)項目配合比試驗數(shù)據(jù)，本項目混凝土配合比初凝時間約為9h25min，一小時塌損為30mm。樁基施工階段為7月-11月，施工工地現(xiàn)場氣溫較高，7月份氣溫常在35℃以上，因此，需現(xiàn)場進行初凝時間測定。在施工過程中，在不同日期對不同塌落度的混凝土初凝時間進行了取樣試驗，并根據(jù)試驗結(jié)果得出在最高氣溫35℃左右氣溫時，本配合比的混凝土初凝時間，約為6小時。

表1：初凝時間統(tǒng)計表

3.澆筑間隔確定

根據(jù)已確定的初凝時間（6小時），對施工工序及時間安排進行了統(tǒng)計分析，根據(jù)耗時統(tǒng)計確定最佳澆筑間隔。

從上表可以看出，從地下樁澆筑完成到地上樁澆筑，耗時4.5小時左右，因此，確定將澆筑間隔控制在4-5小時為最佳時間，并根據(jù)分析，給出了每道工序最優(yōu)的開始時間。

4.孔口灌注控制要點研究

孔口處理為本工藝的重要特點，因此，對于孔口灌注質(zhì)量做出了詳細的研究和要求。

首先，需確保灌注過程中，孔口流出混凝土已全部為新鮮混凝土。 待確認新鮮混凝土流出后，進行超灌。針對超灌方量，確認超灌最適宜方量，若超灌不足，則對孔口混凝土質(zhì)量無法有效的控制，若大量超灌，則造成浪費。本項目樁基直徑為1.2米，1方混凝土在樁孔中高度為0,88米，可以形成有效的超灌高度。經(jīng)過現(xiàn)場試驗，超灌1立方米混凝土，可以得到良好的效果。超灌后，進行振搗，保證鋼筋籠內(nèi)外混凝土的質(zhì)量。在提拔護筒過程中，及時進行補方，避免由于提拔護筒導(dǎo)致的泥漿回流。提拔護筒結(jié)束后，進行振搗。

（二）樁基檢測結(jié)果

三個罐共 1230 根工程樁，每根樁的混凝土強度都滿足設(shè)計要求，其中強度超過45MPa 的工程樁達到了99%，且接茬處的混凝土強度非常的好。

D 罐區(qū)儲罐樁基低應(yīng)變檢測410根，Ⅰ類樁占總樁數(shù)的98.05%；超聲波檢測38根，全部為Ⅰ類樁。

E 罐區(qū)儲罐樁基低應(yīng)變檢測 410根，Ⅰ類樁408根，Ⅱ類樁2根，Ⅰ類樁占總樁數(shù)的 99.5%；超聲波檢測82根，Ⅰ類樁80根。

F罐區(qū)儲罐樁基低應(yīng)變檢測 410根，Ⅰ類樁占總樁數(shù)的96.8%；超聲波檢測62根，全部為Ⅰ類樁。

（三）樁基檢測的改進措施

由于靜載檢測中的混凝土壓塊重量體積偏大，吊車不好向樁基中心區(qū)域吊裝，所以只檢測了最外面兩個圈的樁基，中心區(qū)域的樁基并沒有檢測。

為了在樁基靜載檢測時更好地讓試塊重量都集中在樁頭上，項目組設(shè)計了圓錐形墊墩。圓錐及其四周的三角形擋板使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，這種墊墩會使靜載檢測的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

四、樁柱一體化工效及經(jīng)濟效益分析

表3：工序?qū)Ρ?/p>

工序優(yōu)勢：1、不用進行土方開挖；2、不用進行樁頭鑿除，鑿毛，鋼筋調(diào)直；3、不需要對鋼筋籠進行接長；4、合并了樁身和樁帽的混凝土養(yǎng)護時間。這些工序大約需耗費30天左右的時間。而且接樁是兩個承包商的交界處，在樁基工程和土建工程的交接處是比較耗時的。

人力優(yōu)勢：以天津一期兩座3萬方LNG儲罐為例，每個儲罐216根樁?？偘椖拷M投入了施工管理人員、質(zhì)量控制人員、HSE管理人員共16人。分包商投入施工管理人員：項目經(jīng)理、項目總工、生產(chǎn)經(jīng)理、現(xiàn)場技術(shù)員等共11人。投入施工操作人員：鋼筋預(yù)制人員、灌注人員、破樁人員等共85人。

機具優(yōu)勢：

表4：早期另一項目投入設(shè)備

可以看出，樁柱一體化這種新型工藝相比于傳統(tǒng)的樁基施工方法具有顯著的優(yōu)勢。通過對樁柱一體化工藝施工工序的研究，過程把控要點的掌握，質(zhì)量檢測結(jié)果的分析，與傳統(tǒng)接樁工藝的對比，充分驗證了高承臺一次成樁工藝是一種質(zhì)量可靠，降低造價，節(jié)省工期的一種新型工藝。