LNG 槽車(chē)裝車(chē)撬沉降處理措施研究

張慧寶 （安徽長(zhǎng)江液化天然氣有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖 241000）

1 前言

目前LNG槽車(chē)運(yùn)輸是中國(guó)應(yīng)用最廣泛的且唯一的液化天然氣陸路運(yùn)輸方式。LNG槽車(chē)裝車(chē)撬是LNG接收站槽車(chē)裝卸外輸?shù)年P(guān)鍵控制設(shè)備，其作用為將壓力 0.7～0.9MPa，溫度-165℃的LNG經(jīng)裝卸臂、控制閥、液相管道等加注到槽車(chē)，所以保證槽車(chē)撬的安全運(yùn)行尤為重要。

2 某項(xiàng)目撬基礎(chǔ)沉降概況

某公司建設(shè)有七臺(tái)LNG槽車(chē)裝車(chē)撬（以下簡(jiǎn)稱：裝車(chē)撬），七臺(tái)裝車(chē)撬的布置見(jiàn)圖1裝車(chē)撬及基礎(chǔ)布置圖。裝車(chē)撬主要是由一對(duì)裝車(chē)臂和回氣鶴管、流量計(jì)、靜電報(bào)警控制器、壓力變送器、裝車(chē)流量控制閥和緊急切斷閥、相關(guān)管道和批量控制器組成，以上儀表、設(shè)備和管道集成在一個(gè)專(zhuān)用鋼結(jié)構(gòu)框架內(nèi)組成了裝車(chē)撬，其外形尺寸5950x2100x2175（高）mm，具體情況見(jiàn)圖2裝車(chē)撬框架示意圖。

圖1 裝車(chē)撬及基礎(chǔ)布置圖

圖2 裝車(chē)撬框架示意圖

裝車(chē)撬通過(guò)這個(gè)專(zhuān)用的鋼結(jié)構(gòu)框架固定在設(shè)備基礎(chǔ)上，固定方式為基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓，裝車(chē)撬安裝完成后灌漿，基礎(chǔ)尺寸為6500×3000×300（厚）mm，頂標(biāo)高6.100，具體情況見(jiàn)圖3裝車(chē)撬基礎(chǔ)形式示意圖。為保證設(shè)備安全和穩(wěn)定，每臺(tái)撬的基礎(chǔ)的對(duì)角線設(shè)置2個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，委托了有資質(zhì)的第三方沉降觀測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)全廠建、構(gòu)筑物和控制網(wǎng)進(jìn)行沉降觀測(cè)，其中裝車(chē)撬基礎(chǔ)沉降觀測(cè)情況為：自2012年9月開(kāi)始，至2014年6月共觀測(cè)7次，觀測(cè)設(shè)備為德國(guó)蔡司電子水準(zhǔn)儀（儀器標(biāo)稱精度為每千米水準(zhǔn)測(cè)量高差中數(shù)偶然中誤差0.3mm）配2米銦鋼條碼水準(zhǔn)尺一對(duì)，其中2014年6月份具體觀測(cè)數(shù)據(jù)及各撬對(duì)應(yīng)的沉降量見(jiàn)表1。

圖3 裝車(chē)撬基礎(chǔ)形式示意圖

裝車(chē)撬沉降量 表1

從表1可以看出，7臺(tái)裝車(chē)撬基礎(chǔ)產(chǎn)生不同程度的沉降，沉降量在122～127mm之間，裝車(chē)撬基礎(chǔ)所支撐的裝車(chē)撬及其連接管線隨其一起沉降，裝車(chē)撬及其管線產(chǎn)生了向下的變形和拉應(yīng)力，造成設(shè)備及管線應(yīng)力集中，連接設(shè)備的管線有斷裂損壞的風(fēng)險(xiǎn)，存在安全運(yùn)行隱患。

3 撬基礎(chǔ)沉降原因分析

①裝車(chē)撬基礎(chǔ)為獨(dú)立設(shè)備基礎(chǔ)，未采用樁基形式，坐落在天然地基上而變形量大；而裝車(chē)撬的連接管線支撐在管廊上，管廊采用先張法預(yù)應(yīng)力管樁加承臺(tái)的基礎(chǔ)形式，變形量小。所以，裝車(chē)撬基礎(chǔ)易發(fā)生沉降，其沉降量達(dá)120mm；而裝車(chē)撬附屬管線采用不易沉降的樁基礎(chǔ)，管廊的沉降量?jī)H為3～9mm。

②根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和地勘報(bào)告，裝車(chē)撬基礎(chǔ)底標(biāo)高為5.800，可知其坐落在1-1塘渣層上，塘渣層厚度約3m，其承載力特征值110kPa，為中低壓縮性，但塘渣層下部為淤泥質(zhì)土，其中2-1、2-2、3-1、3-2土層為高壓縮性土，4a、5-1、5-2、5-3土層為中壓縮性土，裝車(chē)撬基礎(chǔ)地質(zhì)情況見(jiàn)表2地基土層性質(zhì)及壓縮模量、承載力特征值表。

地基土層性質(zhì)及壓縮模量、承載力特征值表 表2

③3m厚的1-1塘渣層，回填時(shí)對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)夯地基處理，強(qiáng)夯后的塘渣層成為一個(gè)密實(shí)的、壓縮量較小的整體土層，并可作為對(duì)沉降變形要求不高的建筑物的淺基礎(chǔ)持力層；但是整個(gè)塘渣層對(duì)下部淤泥質(zhì)土層施加了60kN/m的自重荷載，再加上50kN的裝車(chē)撬自重，122kN的混凝土設(shè)備基礎(chǔ)自重，下部淤泥土層將承載70.6kN/m的面荷載，在此面荷載作用下高壓縮性淤泥質(zhì)土產(chǎn)生了壓縮變形，致使其上部的裝車(chē)撬基礎(chǔ)和設(shè)備產(chǎn)生了向下的沉降。

4 撬基礎(chǔ)沉降處理方案

為保證裝車(chē)撬的安全運(yùn)行，必須盡快改善裝車(chē)撬及附屬管線的沉降現(xiàn)狀，原裝車(chē)撬設(shè)計(jì)院對(duì)裝車(chē)撬沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并經(jīng)雙方溝通討論后形成如下的共識(shí)：

①計(jì)算裝車(chē)撬附屬管道受力情況，設(shè)計(jì)院按照130mm沉降量對(duì)裝車(chē)撬附屬管道進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，管道應(yīng)力已達(dá)到彈性階段的極限狀態(tài)，但未進(jìn)入塑性變形區(qū)，必須馬上開(kāi)展沉降消除工作；

②因裝車(chē)撬一直處于正常生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，目前無(wú)法改變其基礎(chǔ)形式，但可以對(duì)裝車(chē)撬及其附屬管線采用頂升技術(shù)，抬升裝車(chē)撬及附屬管線的標(biāo)高，減小其變形和應(yīng)力；

③采用頂升技術(shù)把裝車(chē)撬頂升110mm左右，具體數(shù)值根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抬升情況確定，完成一臺(tái)頂升后再進(jìn)行下一臺(tái)；

④頂升前必須關(guān)閉裝車(chē)撬進(jìn)口切斷閥，閥后的管道和裝車(chē)撬氮?dú)獯祾咧脫Q完成后，脫開(kāi)接口法蘭，檢查螺栓及最后一道焊口強(qiáng)度是否變化，對(duì)管道系統(tǒng)變形情況進(jìn)行觀察判斷；

⑤考慮到原裝車(chē)撬預(yù)埋螺栓外露長(zhǎng)度不能滿足抬升高度的要求，需提前準(zhǔn)備連接套筒接長(zhǎng)地腳螺栓；

⑥裝車(chē)撬頂升過(guò)程中必須嚴(yán)格控制頂升速度，每次頂升高度小于20mm，頂升時(shí)裝車(chē)撬鋼框架和基礎(chǔ)間隙必須隨頂隨墊；

⑦頂升過(guò)程中必須做好應(yīng)急預(yù)案和安全防護(hù)措施。

5 裝車(chē)撬頂升

根據(jù)設(shè)計(jì)院意見(jiàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際編制了詳細(xì)的提升施工方案，按照施工方案對(duì)7臺(tái)裝車(chē)撬進(jìn)行頂升，把沉降差縮小到27mm以內(nèi)，減小了裝車(chē)撬及附屬管道的變形和應(yīng)力，保證裝車(chē)撬可以繼續(xù)安全運(yùn)行，其重要工作步驟和技術(shù)要求如下。

5.1 頂升前準(zhǔn)備工作

①作業(yè)前進(jìn)行了頂升安全分析，并制定相應(yīng)的保證措施；

②作業(yè)前開(kāi)具切斷連鎖、動(dòng)火等作業(yè)許可；

③將裝車(chē)撬附屬管線上閥門(mén)切斷，閥門(mén)后管道和裝車(chē)撬氮?dú)庵脫Q至安全狀態(tài)，并進(jìn)行可燃?xì)怏w檢測(cè)；

④將裝車(chē)撬的附屬管線與設(shè)備連接的保冷拆除，并將連接法蘭和螺栓拆下；

⑤對(duì)螺栓進(jìn)行PT檢測(cè)及抗拉強(qiáng)度、扭曲強(qiáng)度的檢測(cè)；隊(duì)法蘭第一道焊口進(jìn)行PT檢測(cè)，并檢查是否檢測(cè)合格；

⑥準(zhǔn)備5個(gè)5噸的千斤頂（4用1備），并加工制作5套專(zhuān)用工具（4用1備），4把水平尺（600mm）；

⑦為確保安全，頂升作業(yè)前消防車(chē)到達(dá)指定位置待命。

5.2 頂升施工

①松開(kāi)固定裝車(chē)撬的6顆螺栓，破除裝車(chē)撬基礎(chǔ)與裝車(chē)撬框架之間的灌漿層，使裝車(chē)撬在千斤頂頂升時(shí)可以向上移動(dòng)；

②將4套專(zhuān)用工具安裝并點(diǎn)焊在裝車(chē)撬鋼框架4個(gè)角的底部槽鋼的上翼緣板，4個(gè)5T千斤頂支撐在這4個(gè)專(zhuān)用工具上，把4把水平尺分別放置在裝車(chē)撬框架底部4根槽鋼組成的框架的中心。

③把整個(gè)抬升工作分配至人，設(shè)置1名總指揮，4個(gè)名觀察員，4個(gè)千斤頂操作人員，1名安全員，各負(fù)其責(zé)，在總指揮安排有條不紊頂升。

④將4個(gè)千斤頂同時(shí)、同步向上頂，使裝車(chē)撬保持在水平狀態(tài)下抬升；每次頂升高度小于20mm，并把裝車(chē)撬鋼框架和基礎(chǔ)之間的間隙用墊鐵填實(shí)，每次頂升后間隔10分鐘進(jìn)行觀察；

⑤裝車(chē)撬的高度即將到達(dá)原地腳螺栓高度時(shí)，在原有地腳螺栓上安裝一個(gè)螺栓連接套筒，將原有的地腳螺栓接長(zhǎng)；

⑥裝車(chē)撬調(diào)整到位后，用固定螺帽將裝車(chē)撬固定；立即將工藝管道原支撐部位下方增加工字鋼，使管道有支持點(diǎn)；

⑦預(yù)埋沉降觀測(cè)點(diǎn)位；恢復(fù)法蘭及保冷，準(zhǔn)備試運(yùn)行裝車(chē)撬。

5.3 頂升效果

頂升后裝車(chē)撬恢復(fù)情況見(jiàn)表3裝車(chē)撬抬升高度匯總表。從表中可以得出，經(jīng)頂升后7臺(tái)裝車(chē)撬及其附屬管線的最大沉降量在27mm以內(nèi)，達(dá)到了設(shè)計(jì)的處理要求，有效地消除了裝車(chē)撬及附屬管線的集中應(yīng)力，保證了裝車(chē)撬的運(yùn)行安全。

裝車(chē)撬抬升高度匯總表 表3

頂升后繼續(xù)開(kāi)展沉降觀測(cè)工作，觀測(cè)頻率4次/年，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)跟蹤分析裝車(chē)撬抬升后穩(wěn)定狀況。

6 撬基礎(chǔ)的改進(jìn)建議

通過(guò)裝車(chē)撬沉降分析和頂升施工，建議后續(xù)類(lèi)似項(xiàng)目采用以下措施可保證裝車(chē)撬的安全運(yùn)行：

①關(guān)鍵設(shè)備基礎(chǔ)位于壓縮性高的土層地質(zhì)時(shí)，必須采用沉降量小的樁基形式；

②關(guān)鍵設(shè)備及其基礎(chǔ)必須進(jìn)行定期的沉降觀測(cè)；

③完成本次裝車(chē)撬抬升后，經(jīng)歷1～2年時(shí)間，裝車(chē)撬隨時(shí)間會(huì)繼續(xù)沉降，需要再次進(jìn)行頂升，再次頂升時(shí)，建議采用可調(diào)螺栓，以便再次沉降后的抬升。