LNG儲罐樁基施工階段本質(zhì)安全性探析

李寶玉，鄭賢斌,王磊

1.四川華氣天然氣銷售有限公司（四川 成都 610100）

2.中國石油天然氣股份有限公司天然氣銷售分公司（北京 100101）

3.寰球工程項(xiàng)目管理（北京）有限公司（北京 100101）

0 引言

在“2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰”和“2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的雙重目標(biāo)下，現(xiàn)階段推動石化行業(yè)和城鄉(xiāng)建設(shè)碳達(dá)峰，鼓勵天然氣替代煤炭[1]，是能源發(fā)展的必由之路，天然氣已作為我國低碳轉(zhuǎn)型能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的增長點(diǎn)。為了保證天然氣儲備量，LNG儲罐建設(shè)速度加快[2-4]，LNG儲罐布設(shè)也逐漸由港口向內(nèi)地擴(kuò)展，以更好地達(dá)到天然氣區(qū)域調(diào)峰或調(diào)節(jié)的目的。LNG儲罐樁基的選擇取決于地層結(jié)構(gòu)、地層條件、地震活動歷史及基礎(chǔ)抗震性等因素[5]。孫建剛等從理論和實(shí)驗(yàn)方面研究了LNG儲罐基礎(chǔ)隔震性能[6-8]。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，李桂寧等論述了建筑樁基工程特點(diǎn)[9-12]，鄧玉濤在中轉(zhuǎn)油庫鉆孔灌注樁孔口護(hù)筒和清孔方面，提出施工質(zhì)量控制措施[13]，張寶和等人從人機(jī)料法環(huán)角度提出LNG儲罐樁基質(zhì)量影響因素和常見問題的控制措施[14-15]。程惠陽等人從樁基檢測方面進(jìn)行了靜載試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究，為保證儲罐樁基質(zhì)量提供了方法[16-17]。謝中玉針對樁基施工中溶洞問題，提出了處理對策和施工處置措施[18]。于龍江從人、物、環(huán)境3個方面詳細(xì)闡述了在樁基施工中存在的安全隱患，提出了應(yīng)該采取的預(yù)防控制措施[19]。

隨著國內(nèi)多個港口LNG儲罐的建設(shè)，施工經(jīng)驗(yàn)越來越豐富，從樁基鉆孔成樁的過程中分析和控制風(fēng)險，從安全角度來闡述質(zhì)量的可靠性[20-24]，從控制樁基質(zhì)量方面推動LNG儲罐本身的安全性，是從根本上消除安全隱患的有效方法。提高施工質(zhì)量是施工現(xiàn)場安全管理的重要任務(wù)之一，質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性從本質(zhì)上直接決定了建筑物的安全性。由于LNG儲罐單體體積大，樁基承載負(fù)荷大，在平衡性、穩(wěn)定性和剛度方面要求高[9]，因此在LNG儲罐樁基施工階段必須控制鉆孔成樁和砼工程質(zhì)量，才能從源頭上確保LNG儲罐的本質(zhì)安全性，這不僅會降低隱蔽工程施工質(zhì)量事故，而且為儲罐投產(chǎn)運(yùn)行后的穩(wěn)定性和安全性提供有力保障。

LNG儲罐樁基施工階段可能存在質(zhì)量、安全、作業(yè)、設(shè)備、人員等方面的影響[25-27]，風(fēng)險管控難度大，涉及地下地面工程環(huán)節(jié)復(fù)雜，如何從本質(zhì)安全角度出發(fā)提早預(yù)防和管控安全風(fēng)險和事故隱患是當(dāng)前LNG儲罐施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，從施工工藝流程、施工作業(yè)控制環(huán)節(jié)、施工質(zhì)量控制風(fēng)險方面進(jìn)行全面探析具有現(xiàn)實(shí)意義和工程實(shí)用價值。

1 LNG儲罐樁基工程概述

本文以某LNG工廠8×104m3LNG全容儲罐項(xiàng)目為例，探討LNG儲罐樁基施工階段的質(zhì)量安全及相應(yīng)策略。原材料采用主材鋼筋HRB400E，樁基鋼筋采用機(jī)械連接；混凝土采用C35，抗?jié)B等級不低于P8。樁基采用鋼筋混凝土一次成型灌注樁，布置252根樁柱，樁基最外圈中心線半徑為32 m，平均樁長13 m。下設(shè)外兩圈100根ZH-2型高樁，地上短柱長1 730 mm，中間成矩形布置152根ZH-1型高樁,地上短柱長1 530 mm，地下樁長均以樁端進(jìn)入第5層中風(fēng)化片麻巖1.2 m。由于地上有短柱，常見灌注樁受到限制，故采用旋挖鉆機(jī)成孔，灌注樁與短柱鋼筋一體成型，有為后續(xù)提高承臺中鋼筋抵抗水平力的作用。LNG儲罐樁基平面布置如圖1所示。

圖1 LNG儲罐樁基平面布置圖

2 樁基施工工藝流程

合理的樁基施工工藝流程，不僅決定了LNG儲罐樁基的施工工期，而且是保證施工階段施工質(zhì)量的前提條件，是樁基在施工階段實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的基礎(chǔ)。樁基施工工藝流程由施工工序構(gòu)成，施工工序是組成樁基施工過程的基本單位。在現(xiàn)場完成臨時設(shè)施搭建、設(shè)備報驗(yàn)、人員培訓(xùn)、施工方案審批、試驗(yàn)樁測試和場地平整等前期準(zhǔn)備工作之后，按照LNG儲罐樁基施工特點(diǎn)，劃分為20個工序，以樁位測放為開始節(jié)點(diǎn)，成樁完成為終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)。其中配置合格泥漿、鋼筋籠成型、運(yùn)輸混凝土為產(chǎn)成品，供樁基施工中直接使用，為了節(jié)省單樁作業(yè)時間，拔導(dǎo)管提護(hù)筒和清理樁頭、校正鋼筋籠工序，可以同時施工。不同工序按照先后順序連續(xù)開展施工作業(yè)，每樁20個工序形成一個循環(huán)作業(yè)。LNG儲罐樁基施工工藝流程如圖2所示。

圖2 LNG儲罐樁基施工工藝流程圖

3 樁基施工質(zhì)量技術(shù)關(guān)鍵控制要點(diǎn)及預(yù)防控制措施

在對施工工藝流程分析的基礎(chǔ)上，在施工前應(yīng)嚴(yán)格控制關(guān)鍵施工工序，把控質(zhì)量關(guān)鍵控制要點(diǎn)，才能確保在合理施工工序的前提下，優(yōu)質(zhì)、高效地完成LNG儲罐樁基工程。

依據(jù)GB 50300—2013《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》和JGJ 106—2014《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》，并結(jié)合民建樁基工程施工和LNG儲罐樁基施工經(jīng)驗(yàn)[13-15]，在樁基施工前，制定檢驗(yàn)原材料、測量放線、制作鋼筋籠、成孔、檢測商品混凝土、灌注地下混凝土、灌注地上短柱混凝土共7個方面的技術(shù)質(zhì)量預(yù)防措施，有效控制樁基在施工過程質(zhì)量，從而降低施工階段發(fā)生事故的概率。

3.1 原材料驗(yàn)收及管理

鋼筋籠成型工序中包括鋼筋加工場地準(zhǔn)備、主材選擇與驗(yàn)收、主材的堆放與標(biāo)識、鋼筋原材料加工和鋼筋籠制作等，鋼筋原材料的關(guān)鍵控制要點(diǎn)在于鋼筋驗(yàn)收和管理。預(yù)防控制措施：一是檢查進(jìn)場鋼筋，核對型號，檢查產(chǎn)品出廠合格證、出廠檢驗(yàn)報告，填寫原材料檢驗(yàn)記錄單，對不合格材料具有可追溯性；二是經(jīng)CMA資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室取樣檢測，出具復(fù)檢合格報告；三是建立健全材料和物資庫管理制度，培訓(xùn)和考核物資采購人員、質(zhì)量檢查員。

3.2 測量放線

測量放線包含測量控制點(diǎn)、建立測量控制網(wǎng)和確定樁位，采用GPS測放，精確度要求較高。測量放線質(zhì)量技術(shù)關(guān)鍵控制要點(diǎn)是測量偏差和標(biāo)高偏差。預(yù)防控制措施：一是使用檢驗(yàn)合格的測量儀器；二是測量人員持證上崗，確保人員崗能匹配。

3.3 制作鋼筋籠

制作鋼筋籠包含主筋連接、箍筋焊接、鋼筋骨架成型、聲測管的制作及安裝、驗(yàn)收及成品保護(hù)，制作中測量偏差和間距直接影響鋼筋籠成品的承載力，對樁基成樁質(zhì)量起決定性作用。鋼筋籠采用分節(jié)和單接制作，制作鋼筋籠質(zhì)量技術(shù)控制要點(diǎn)關(guān)鍵是：鋼筋質(zhì)量；鋼筋直螺紋套筒機(jī)械連接或點(diǎn)焊加綁扎搭接長度；籠長和籠徑偏差；主筋間距；箍筋間距。

預(yù)防控制措施主要通過對鋼筋采樣試驗(yàn)和用鋼尺丈量方法檢查，控制主控項(xiàng)目和一般項(xiàng)目的偏差或允許值。按照GB 50202—2018《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》制定鋼筋質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 鋼筋籠質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) /mm

3.4 檢測商品混凝土

檢測商品混凝土質(zhì)量，控制混凝土指標(biāo)對砼工程質(zhì)量有很大影響。本工程樁身混凝土強(qiáng)度為C35,抗?jié)B等級大于等于P8，混凝土檢測質(zhì)量技術(shù)控制要點(diǎn)在于對混凝土初次檢測實(shí)驗(yàn)以及在施工過程中同條件下的抽樣檢測。依據(jù)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，對混凝土進(jìn)行稠度、填充性檢驗(yàn)與評定、間隙通過性、凝結(jié)時間、均勻性、沁水、壓力沁水、表觀密度、含氣量、抗離析性能、溫度、絕熱溫升、坍落度、維勃稠度、擴(kuò)展度等試驗(yàn)；依據(jù)GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，對混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、靜力受壓彈性模量、收縮、徐變等物理力學(xué)性能試驗(yàn)。

3.5 成孔

成孔質(zhì)量受旋挖鉆進(jìn)、清孔、成孔質(zhì)量檢查、灌前二次清孔和沉渣厚度檢查工序質(zhì)量共同影響，通過控制過程中的各項(xiàng)指標(biāo)來確保成孔質(zhì)量。成孔在樁基工程中為控制難點(diǎn)，成孔主要質(zhì)量技術(shù)控制要點(diǎn)：護(hù)筒下設(shè)深度；垂直度及偏差；樁位偏差；樁徑；成孔深度；孔垂直度；泥漿性能指標(biāo)；樁端入持力層深度；孔底沉渣厚度。

預(yù)防控制措施主要包括：現(xiàn)場技術(shù)人員檢查；嚴(yán)格控制鉆頭直徑；根據(jù)地層變化及時更換鉆具；控制泥漿性能指標(biāo)。根據(jù)JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》要求，成孔驗(yàn)收指標(biāo)及偏差要求見表2。

表2 成孔驗(yàn)收指標(biāo)及偏差要求

3.6 灌注地下混凝土

灌注地下混凝土是樁基形成的重要控制點(diǎn)，與灌注地上短柱混凝土和鋼筋籠成品質(zhì)量共同決定了樁基承載能力大小。灌注地下混凝土質(zhì)量技術(shù)控制要點(diǎn)在于：灌前沉渣厚度；鋼筋籠安放；導(dǎo)管密封性及埋設(shè)深度；樁頂標(biāo)高；樁頂超灌量；護(hù)筒起拔。

預(yù)防控制措施：混凝土面測量用兩點(diǎn)測量；混凝土澆筑連續(xù)施工；護(hù)筒起拔要緩慢勻速；檢測混凝土充盈系數(shù)不小于1.1。

3.7 灌注地上短柱混凝土

灌注地上短柱混凝土是樁基形成的重要控制點(diǎn)，與灌注地下混凝土和鋼筋籠成品質(zhì)量共同決定了樁基承載能力大小。灌注地上短柱混凝土質(zhì)量技術(shù)控制要點(diǎn)：清理鋼筋，綁扎樁頭鋼筋；支設(shè)模板；地面以上混凝土密實(shí)；控制拆模時間；養(yǎng)護(hù)混凝土；控制樁頂標(biāo)高。

預(yù)防控制措施：檢查清理鋼筋和綁扎樁頭鋼筋符合GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》要求；混凝土面測量用兩點(diǎn)測量；混凝土澆筑連續(xù)施工；拆模及混凝土養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)滿足混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計強(qiáng)度75%。

4 鉆孔成樁和砼工程施工質(zhì)量控制重難點(diǎn)風(fēng)險清單

LNG儲罐樁基工程在施工過程中，主要由鉆孔成樁和砼工程構(gòu)成。鉆孔成樁和砼工程均是隱蔽工程在施工階段質(zhì)量控制的重難點(diǎn)，施工質(zhì)量可靠性大小直接決定了樁基安全性能高低。鉆孔成樁是砼工程的基礎(chǔ)工程，按照施工工藝依序施工，在樁基質(zhì)量安全方面起了頂梁柱的作用，砼工程是鋼筋籠與混凝土一體成型工程，是樁基產(chǎn)成品。根據(jù)LNG儲罐樁基施工工藝流程，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求，制定合理的LNG儲罐樁基施工方案后組織施工。

本文結(jié)合8×104m3LNG儲罐樁基項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了鉆孔成樁七大質(zhì)量問題，包括坍孔、鉆孔漏漿、成孔偏斜、孔深不足、鋼筋籠變形、鋼筋籠位置偏差和斷樁；砼工程五大質(zhì)量風(fēng)險包括砼表面缺漿、粗糙、凸凹不平，但無鋼筋和石子外露；砼局部酥松，石子間沒有砂漿，出現(xiàn)空隙，形成蜂窩狀的孔洞；砼結(jié)構(gòu)內(nèi)有孔洞，局部沒有砼，或蜂窩巨大；砼結(jié)構(gòu)內(nèi)的主筋或副筋露于砼表面；砼結(jié)構(gòu)直邊處和棱角處局部掉落。

目前施工質(zhì)量控制主要是制定質(zhì)量管理計劃，以規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)、以質(zhì)量管理體系和制度為保證、以監(jiān)理為監(jiān)督，多數(shù)是從施工項(xiàng)目管理程序上加以控制，但實(shí)際施工過程是復(fù)雜的，不可控因素較多。針對施工過程中出現(xiàn)的具體問題，以此為研究對象，從質(zhì)量管理“PDCA”循環(huán)方法上，探究樁基質(zhì)量控制方式是很有必要的。

在施工階段出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題和質(zhì)量控制過程中出現(xiàn)偏差，但對于新建LNG儲罐樁基工程而言，借鑒以往的經(jīng)驗(yàn)，并基于安全風(fēng)險管理理念，屬于可控質(zhì)量風(fēng)險，應(yīng)在樁基施工前，提前對質(zhì)量控制重難點(diǎn)進(jìn)行管控。針對鉆孔成樁和砼工程中每一種質(zhì)量風(fēng)險，描述了可能存在的風(fēng)險因素，根據(jù)工程實(shí)踐中解決問題的有效方式，提出了相應(yīng)的風(fēng)險控制措施，形成施工質(zhì)量控制重難點(diǎn)風(fēng)險清單，見表3和表4。

表3 鉆孔成樁施工質(zhì)量控制重難點(diǎn)風(fēng)險清單

續(xù)表

表4 砼工程施工難點(diǎn)質(zhì)量控制重難點(diǎn)風(fēng)險清單

質(zhì)量風(fēng)險清單來源于工程實(shí)踐中的具體質(zhì)量問題，但研究目的是為了更好地指導(dǎo)工程建設(shè)。在原LNG儲罐樁基施工質(zhì)量控制計劃中增加鉆孔

成樁和砼工程施工質(zhì)量控制重難點(diǎn)風(fēng)險清單，通過程序化管理，推動施工過程中開展質(zhì)量精細(xì)化管理，更好地控制樁基產(chǎn)成品質(zhì)量，這對提高LNG儲罐樁基施工階段本質(zhì)安全性具有工程指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

1）針對8×104m3LNG儲罐樁基施工過程，詳細(xì)分析了樁基施工工藝流程，施工前以預(yù)防為主，從技術(shù)質(zhì)量方面提出了關(guān)鍵施工工序的控制要點(diǎn)和預(yù)防控制措施。

2）結(jié)合LNG儲罐樁基施工階段的施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了鉆孔成樁七大質(zhì)量問題和砼工程五大質(zhì)量問題，基于安全風(fēng)險管理理念，將本工程質(zhì)量問題形成樁基項(xiàng)目質(zhì)量控制重難點(diǎn)風(fēng)險清單，分析了主要質(zhì)量風(fēng)險、可能存在的風(fēng)險因素和風(fēng)險防控措施，對樁基工程施工具有借鑒價值。

3）基于質(zhì)量管理PDCA循環(huán)工作方法，通過質(zhì)量風(fēng)險清單的形式，指導(dǎo)樁基工程建設(shè)，在原施工質(zhì)量計劃中增加鉆孔成樁和砼工程施工質(zhì)量控制重難點(diǎn)風(fēng)險清單，通過施工過程程序化管理，增加樁基產(chǎn)成品質(zhì)量可靠性，以達(dá)到提高樁基本質(zhì)安全性的目的。

4）LNG儲罐樁基工程施工質(zhì)量，還可以從工程項(xiàng)目全過程管理的角度，如在設(shè)計階段開展本質(zhì)安全研討并制定對策措施。