LDPE超高壓系統基礎及防爆墻施工技術難點解決方案

■侯仁波 中國石化集團第十建設公司山東淄博255438

LDPE超高壓系統基礎及防爆墻施工技術難點解決方案

■侯仁波 中國石化集團第十建設公司山東淄博255438

通過工程施工實例，介紹了高壓低密度聚乙烯（LDPE）裝置超高壓系統基礎及防爆墻施工技術難點的創新方案，提出了超高壓系統單設測量控制網，密集重型管墩聯澆底板、后澆墩柱，壓縮機基礎預埋設施剛性固定、施工縫凸臺、配筋研究，防爆墻施工縫設置、預埋鋼板盒、墻體邊支邊澆、模架穩定，以及大體積混凝土溫控、自創“不損傷模板穿墻螺栓”等創新技術措施，并提出編制行業技術標準的建議。

壓縮機基礎防爆墻穿墻螺栓技術難點方案

近年來，茂名石化，齊魯石化，燕山石化，揚巴乙烯，惠州南海乙烯等七條LDPE生產線相繼建成，中石化十建公司參建了其中的五條，而以1998年建成的齊魯石化14萬t/aLDPE裝置的超高壓系統基礎及防爆墻，設計要求之苛刻、施工難度之大和施工工藝之創新，在各條生產線中最為特殊。本文以該生產線的施工為例，兼顧其他生產線的施工，總結介紹LDPE超高壓系統基礎及防爆墻工程的施工工藝。

1 工程概況

高壓低密度聚乙烯（LDPE）生產的核心設備是兩臺大型活塞式往復壓縮機和臥管式反應器。它們以及與此關聯的高壓分離器、中間冷卻器、連接管道等，組成了LDPE裝置生產的超高壓系統。反應原料經一段、二段兩臺壓縮機升壓到管式反應器時的反應壓力可高達300MPa以上。壓縮機具有近百噸的自身重量和往復式的高頻振動特性，其基礎均設計為厚大底板上的實心塊體式或厚大板墻加頂板式；臥管式反應器的反應管不僅制造安裝工藝復雜，對大面積厚大基礎的施工精度要求也極高。為防止超高壓反應氣體泄露影響環境，反應器外圍均設有與反應器共用基礎的鋼筋混凝土圍墻，俗稱反應壩或防爆墻，由于其高、大、厚，所以施工難度較大。根據工藝布置的不同，高壓分離器有的被設至反應壩內，也有在反應壩外另設防爆墻的。列管式中間冷卻器則通常設在壓縮機附近，由于其在一段、二段兩臺壓縮機之間，壓力不是很高，通常不設防爆墻。

齊魯石化LDPE裝置的超高壓系統由意大利TPL公司進行設計，其中間冷卻器、壓縮機、反應器由南向北近距離一字排列，高壓分離器置于反應器防爆墻外側擠壓造粒聯合框架上。列管式中間冷卻器為通常的條式基礎，一、二段壓縮機為兩個相隔100mm的厚大底板、板墻、頂板式基礎。管式反應器與防爆墻共用1.2m厚的大板式基礎，防爆墻為長×寬×高×厚，50.6×13.6×19×0.6m、類似地上水池的高大構筑物，兩端設重型防爆門，東側與現澆擠壓造粒框架剛性連接，其中高壓分離器位于擠壓造粒框架上部，單設防爆墻。冷卻器、壓縮機、反應器間分布了眾多的地面管墩，尤以冷卻器與壓縮機間的管墩排列密集。所有基礎及防爆墻均采用C35混凝土、Ⅱ級變型鋼筋，主筋直徑25mm。防爆墻示意如圖1、圖2所示。

除齊魯石化LDPE的超高壓系統外，其他幾套生產線的壓縮機基礎大多采用了大地板、實心塊體型式；防爆墻也有各種變型：高度降低為9～12m，平面尺寸增大到70×20m左右，墻體既有直墻式也有增加變截面附墻壁柱加強的情況，在不良地質場地的基礎底板因采用樁基而減薄至0.6m。

2 測量定位

圖1 反應器防爆墻示意圖

圖中：a門洞；b附加防爆墻；c墻頂通道及欄桿；d扶壁柱。

圖2 反應器防爆墻施工剖面示意圖

超高壓系統內的聯系管道全部為機制法蘭連接的特殊管材，僅在壓縮機與反應器之間留有一道可調接口，須待兩端安裝完成實測管段長度后加工，因此整個系統內各部分間相對位置的準確度要求較高。施工中采用設置專用控制網點，每點的定位均進行兩儀器獨立復測，保證測量定位、基礎復測精度達到安裝需要。

3 管墩施工

連接中間冷卻器、壓縮機、管式反應器的高壓、超高壓管道大部分通過地面管墩支撐。由于這部分管道受壓縮機振動的帶動和管道自身安裝精度的要求，管墩的體形較大、方向不一，且要求精度較高，尤其在中間冷卻器與壓縮機間布置密集、相互交錯，管墩底板幾乎連為一體。在齊魯石化LDPE中，經與外方協商，采用密集區管墩底板聯成一體一次澆注，加插鋼筋、型鋼，二次澆筑墩柱，精確控制柱頂埋件、螺栓的施工方法，有效保證了施工質量。

4 壓縮機基礎施工

在齊魯石化LDPE中，壓縮機基礎為大底板上部的厚板墻、厚頂板型式，二段壓縮機基礎底板17.6×15.5×1.75m，4道板墻0.95（厚）×2.58（高）m，頂板厚0.9m，合計混凝土910m3，如圖1所示。國標規定振動設備的基礎不允許留設施工縫，而外商圖紙對此沒有嚴格規定。考慮到如果不留施工縫，對于模板及支架的架設難度過大，且不易保證頂板上預埋螺栓和預埋鋼管螺栓孔道的尺寸準確，我們采取了在底板頂面留設施工縫，利用混凝土底板作為墻和頂板施工模架的基礎，充分利用外方提供的預埋剛性支架，在保證模架安裝和混凝土澆筑質量的情況下，保證了整體質量滿足外方的要求。

實際操作中尤其注重了如下4個方面：

（1）在施工縫部位預留施工縫1/2面積、高100mm的凸臺，并加插鋼筋、全面鑿毛清除酥松層、預澆與混凝土同配合比的砂漿，保證施工縫的結合；

（2）在充分利用外方提供剛性支架的同時，在基礎頂板的底模板上增設預埋管定位木塊，所有的剛性支架間在混凝土頂面實施剛性連接，以保證相對位置；

（3）進行配筋、埋件空間位置研究，以保證鋼筋、埋件的安裝位置；

（4）進行大體積混凝土溫控措施預估和實際施工控制，以保證混凝土不產生溫度裂縫。兩臺壓縮機分別施工，之間的縫隙粘貼泡沫板，既隔振又防止污物填堵，有效地保證了施工質量。

繼齊魯石化LDPE建成之后，后續建設的幾條生產線，壓縮機基礎采用大底板、實心塊體式的較多，在采取板墻式基礎相應施工措施的同時，重點對預埋套管落底剛性支架的制安和基礎不同頂面標高進行了嚴格控制。

5 防爆墻施工

5.1 整體籌劃

在齊魯石化LDPE項目的防爆墻施工，如圖1、圖2所示，外商規定不允許留設任何施工縫、必須一次澆注完成。具有1.2m厚底板和相當于一棟六層樓的龐然大物，在底板懸空的狀態下一次搭架、支模、澆注，完成2300m3混凝土、500t鋼筋、上千噸的模架，且底板、側墻又需埋設數量眾多、精度要求非常高的埋件、螺栓以及與擠壓框架連接的鋼筋，其物資的投入、耗費和人員機具的組織難度可想而知。我們在與直接設計者的艱難溝通下，方取得在底板頂面留設一條水平施工縫、在豎向留設兩條垂直施工縫的認可，相當于將底板分為三塊、墻體四塊，同時將中間板塊的混凝土摻入UEA補償收縮、施工縫加設凸凹槽、加插鋼筋，從而可以組織分區、分塊順序流水施工。為此，根據粗略估算，將可節省埋入混凝土中不可回收的鋼材近100t，其他手段用料、機具設備及人員均可按1/3～1/4原用量來組織。

5.2 基礎施工

在分區、分塊施工得到認可后，底板施工面臨的另一個難題是如何保證在50.6×13.6×1.2m基本均分為三塊的底板上，預埋偏差不超過±2mm的149套地腳螺栓。在征得外商同意的情況下，采用的具體做法是：將預埋改為預留孔，并為解決預留孔過深不易拔模、清孔的問題，孔模采用埋入薄鋼板盒，與錨固槽鋼固定在一起安裝，根據螺栓、槽鋼的型式確定鋼板盒的具體尺寸，螺栓則在結構、設備安裝時安裝、調整、固定，然后盒內灌漿，如圖3所示。鋼板盒、錨固鋼梁應與鋼筋及支架焊接防止漂浮移位。

圖3 預留孔鋼板盒示意圖

5.3 墻體施工

齊魯石化LDPE位于齊魯乙烯廠西端，廠外即為空曠地帶。19m高的墻體一次連續澆筑，對模架一次架設的搭設型式和抗風穩定，以及混凝土的澆筑方式則為施工難點。結合當時的可利用資源和多方案比較，最終采取了按底板南段、北段、中段的施工順序，每段先行架設滿堂內架并固定內模，通過穿墻螺栓過渡，向外延伸鋼筋、外模和外架，外架上邊支模板邊利用兩臺泵車連續澆筑混凝土的方式。在滿足模架整體抗風穩定和自身強度的基礎上，為盡量減少材料投入和節省工作量，滿堂內架采用不同的搭設密度，即靠近模板的三排架間距0.9m、中間部分1.8m；外架采用雙排架、底部拋撐、頂部連接內架，既保證外架的穩定又便于泵車向墻體輸送混凝土。墻體邊支模邊澆混凝土能夠符合外方不留水平施工縫的要求。

實際操作中，在內模安裝、調校固定、驗收合格后，將外模先支設1.8m高，作為邊支邊澆時外模穩固、準確的基礎，也完成外模的實際配板設計；上部300mm寬鋼模板逐層橫放、分層泵送澆筑混凝土；配備發電機、拖式地泵等備用設施，整個防爆墻在兩個月內順利完成。應注意的是，組合鋼模板的尺寸有一定誤差，累積起來不好處理，先期施工的基礎底板頂面也難以完全水平或光滑，因此，模板安裝前應將模板基面進行調平和封堵縫隙，安裝過程中應隨時檢測模板累積誤差，及時調整。為進一步提高外觀質量，其后的防爆墻均采用了大幅面的鋼模板或膠合板模板。

內外模板間的拉結加固，采用了鋼筋＋鋼板＋自制螺栓的自創穿墻螺栓，如圖4所示。這種螺栓的鋼板夾在模板接縫內既可避免模板開孔又可輔助模板定位，中間鋼筋可以控制模板的內部尺寸，兩端自制螺栓附加短槽鋼扣件可用于與外部加固結構的連接又可重復利用，且可充分利用邊角料，可以起到一栓多用、節約成本的良好作用，此后成為十建公司廣泛應用的螺栓型式。美中不足的是制作焊接工作量較大。

圖4 自制穿墻螺栓示意圖

5.4 鋼筋與預埋件安裝

反應器防爆墻由于其特殊的功用要使用的鋼筋較多。齊魯石化LDPE項目防爆墻設計鋼筋用量總計近500t，墻體主筋雙層雙向φ25@200，且不得采用搭接連接，因此，鋼筋運輸安裝也是一個不小的難題。在齊魯石化LDPE項目中我們實際采用了將對焊機放在安裝現場，每根鋼筋全部對焊完成后一次安裝到位，墻體豎向鋼筋由外架伸出臨時支架定位，再與橫向鋼筋綁扎連接。應注意的是，鋼筋的尺寸必須在安裝過程中調校準確，安裝完成后將不易調校。

防爆墻內壁安裝反應器的管道支架，東側外壁與擠壓造粒聯合框架連為一體，因此墻體上的埋件、插筋眾多，位置、標高、平面度要求嚴格。實施中，我們專門繪制了埋件布置展開圖，并經各專業再次審查確認，鋼筋綁扎時操作工、質量檢查員、技術員分別安裝、檢查、確認，澆筑混凝土前在埋件就近的外架上掛牌標明埋件的數量、型號，澆筑混凝土時逐個清點、再次固定、摘牌、澆筑混凝土、圖上銷號，保證了所有預埋設施無一遺漏、移位。

借鑒齊魯石化LDPE防爆墻的施工經驗，我們隨后完成了燕化、揚巴、茂名二期的LDPE防爆墻，惠州南海乙烯LDPE的防爆墻由兄弟企業完成。各地防爆墻的型式雖有差異，但基本型式沒有太大的區別：齊魯的防爆墻為直墻帶重型防爆門型式，墻較高、較厚，高壓分離器另設防爆墻；茂名兩座和燕化一座為帶扶壁柱、不設重型防爆門型式，增設附加防爆墻，墻體較薄，墻頂標高有變化；揚巴兩座防爆墻為直墻帶重型防爆門型式，墻頂標高有變化。各地防爆墻的施工方法也大同小異，唯有揚巴和茂名二期的防爆墻，在墻體中間部位增設了水平施工縫，施工難度更小些。應該指明的是，帶扶壁柱型式的防爆墻，扶壁柱的模板應與內模板一起在澆筑混凝土前支設完畢，澆筑混凝土的同時僅支設扶壁柱間的外模板，邊支邊澆的難度稍低些。處理好的施工縫，對防爆墻的功能不會產生不利影響，因此建議將來的防爆墻施工，采用揚巴的豎向分段澆筑混凝土的方式，減少施工難度，改善施工環境和安全性。

6 混凝土裂縫控制

齊魯石化LDPE壓縮機基礎底板和防爆墻基礎底板與墻體施工均進入了大體積混凝土控制溫度裂縫的范疇，且施工時間正值山東異常炎熱的7、8、9月。先期完成的茂名壓縮機基礎即采用了埋設循環水管降溫防裂的措施。但我們經多方查找資料、反復溫控驗算，合理地采取諸如原材料降溫、摻加緩凝劑、調整配合比、表面震壓、蓄熱養護等措施，再加上設計配筋量較大，因此沒有采用埋設循環降溫水管的措施，也達到了不產生裂縫的效果。這種控制措施在其后的類似大體積混凝土施工中廣泛應用，均取得了良好的效果。

防爆墻墻體因其高度、長度較大，又長期暴露在大氣中，處理不好，也會產生收縮裂縫。我們采取在結構構造上增加了豎向施工縫，施工縫的間距不超過規范規定的長度，以及設置誘導縫等措施；施工中采取了中間段的墻體混凝土摻加補償收縮外加劑，太陽直射的墻面掛防曬草簾防止墻壁兩面過大溫差，模板拆除后涂刷兩遍混凝土表面養護劑養護混凝土等措施，至今未發現明顯裂縫。

7 關于地腳螺栓灌漿

根據外方設計圖紙的規定，超高壓系統所有地腳螺栓的灌漿均需采用意大利進口的環氧基灌漿材料。經與外商的艱苦協商，項目最終采用了國產的CGM產品，并嚴格按當時尚未頒布的《水泥基灌漿材料施工技術規程》YB/T9261-98的規定使用，首先應用于中間冷卻器的灌漿，合格后用于反應器的灌漿，最后應用于壓縮機的灌漿，均獲得成功，同時為工程節省了不菲的外匯和工程成本。

8 結語

LDPE超高壓系統基礎工程的設計已經由最初的完全國外完成，實現了國內設計。經過數條生產線的建設實踐，施工也實現了國內自行完成，形成了基本定型的施工技術。本文僅就系統中的關鍵難點和創新技術進行了簡要論述，而任何一項工程并不是僅解決幾個關鍵點就可完事大吉，施工過程中的通用技術、質量通病、材料機具供應以及施工組織等方方面面，無一不需要精心籌劃、通力協調、盡職盡責。編撰本文，期望對今后類似工程的施工有所借鑒，并基于該系統超高壓對安全防范的重要性，建議對此進行進一步的總結、提高，編制行業技術標準，規范施工技術、質量、安全規定，以保證工程質量與安全。

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1672-9323（2010）03-0043-03

2010-04-19）