液化天然氣全容罐外罐結構關鍵施工技術

潘 立

上海市安裝工程集團有限公司 上海 200080

0 引言

液化天然氣（LNG）是將常壓下氣態的天然氣冷卻到-162 ℃后凝結成液體，體積約為常溫常壓下的1/600，大大節約了儲運空間，可以為居民斷供情況下提供穩定的能源供給。它的特點和優點在于：儲存效率高、占地少、使用方便；有利于環境保護，減少城市污染排放，是一種清潔燃料；使用時安全性高。

隨著我國對各種能源需求的不斷增長，使用LNG將對能源結構起到優化作用，可解決能源在生態環保和安全供應上的突出問題。LNG項目目前進入了全面規劃和實施階段，大量的LNG全容罐工程即將開工。由于其結構的特殊性，如何提高其外罐主體結構的施工技術，將對儲罐的結構安全和使用功能起到關鍵作用[1-3]。

1 工程概況

1.1 建設概況

杭州市東部LNG全容罐應急氣源站工程位于杭州經濟技術開發區內，占地面積約63 000 m3，設計儲存量為10 000 m3液態天然氣，可在極限條件下，提供杭州市5 d左右的儲備供應量。本工程主要建造一座LNG全容罐儲罐。

1.2 結構概況

LNG全容罐由罐底板、圓筒墻體、環梁及穹頂組成，圓筒墻體由內罐和外罐構成，內罐為金屬罐，外罐為圓筒狀預應力鋼筋混凝土結構，設臨時門洞，內外罐之間采用珍珠巖填充隔離。LNG全容罐外罐高度為22 m，沿高度方向分7段，環梁高2 m，位于外罐高度方向的第6段。整個絕熱保溫系統罐底采用泡沫玻璃保溫磚，罐頂和側壁采用玻璃纖維。

2 特點、難點分析

1）為了避免外罐墻體裂縫的產生，我們設置了可產生壓應力的水平環向預應力筋和豎向U形預應力筋，以減少和抵消外部荷載所產生的拉應力，施工時帶來了一定的技術難度。

2）由于水平預應力筋呈環向，豎向預應力筋呈U形，管道摩擦力的損失比常規工況下的預應力要大，因此，給預應力張拉施工時伸長率初值和終值的計算確定及控制帶來了難度。

3）預應力的張拉順序對外罐裂縫控制影響較大，預應力施加和錨固需掌握時機。

4）外罐罐體直徑大、高度高，預應力套管布設無法一次完成。

5）穹頂的圓弧度較難控制把握[4,5]。

3 關鍵施工技術

3.1 外罐墻體預應力施工

本工程外罐墻體采用后張法有黏結預應力，后張錨體系每束12根，鋼絞線采用BSEN10138標準1×7無涂層高強度低松弛鋼絞線，φ15.70 mm，抗拉強度等級1 860 N/mm2。預應力筋設水平環向預應力筋和豎向U形預應力筋，其中環向水平預應力筋布置自上而下50道，共100組（每道2組），不均勻布置，設置4個互成90°扶壁柱，用于環向水平預應力筋后張錨固?？v向預應力筋共設置36道，呈U形均勻布置于外罐墻體內，其錨具集中布置于儲罐罐頂圈梁頂部。

3.1.1 預應力施工流程

預留管道安裝→孔道沖洗、通球→預應力鋼絞線穿束→摩擦力試驗→鋼絞線張拉→孔道灌漿與封錨→驗收

3.1.2 預留管道安裝

1）預留管道材料：水平環向預留管道材料采用φ80 mm×3 mm金屬波紋管，縱向U形預留管道材料采用φ89.10 mm×3 mm無縫鋼管。

2）管道連接方法：水平環向波紋管連接采用φ85 mm波紋管套管，長200～300 mm。波紋管連接后用密封膠帶封口，防止澆筑混凝土時水泥漿滲入管道內造成堵塞；縱向U形管道連接方法采用承插式，鋼管一頭用擴孔機擴孔，并在接頭處套塑料套管，熱壓封閉，并用φ12 mm鋼筋固定。

3）固定方法：水平環向波紋管固定采用φ12 mm鋼筋作固定支架（圖1），支架與兩側鋼筋網片焊接牢固，用16#鐵絲將波紋管與支架綁緊，使波紋管按設計的曲線定位，形成流暢曲線形狀。鋼筋支架間距不得大于800 mm，如預埋件與支架碰撞時，可將支架位置適當調整；縱向鋼管在罐壁鋼筋綁扎完成后進行，長度根據施工縫位置確定，與每次墻體澆筑高度保持一致。采用短鋼筋在接頭套管上端及鋼管中部與罐壁主筋呈“井”字形連接焊接牢固。

圖1 水平環向波紋管鋼筋支架固定示意

4）水平環向波紋管安裝時須頂到接頭處，防止波紋管弧度突變，并保證水平度，在封模前對波紋管進行檢查驗收，有無損壞；縱向鋼管在每段混凝土澆筑前應逐根檢查垂直度、位置及其固定情況。

5）波紋管在安裝過程中反復彎曲，應防止管壁破裂，同時應避免鄰近動火時灼傷管壁。

6）預留管道設壓漿孔，在最高點設排氣孔，必要時在最低位置設排水孔。

7）穿束前和混凝土澆筑后應對孔道進行沖洗，并通球試驗，保證孔道暢通。

8）預留管道在結構施工過程中，兩端孔洞和排氣孔需封堵，防止異物及水泥漿進入。

9）質量標準：環向水平波紋管的軸線與理論半徑所在圓之內的偏差值≤20 mm，波紋管的中心與指定平面的偏差值≤20 mm，相鄰兩端波紋管上下表面偏差值≤20 mm，錨座與波紋管間偏差值≤10 mm。

10）錨座安裝：錨座采用4只螺栓固定在扶壁柱錨具位置的模板上，灌漿口位于錨座頂部[6]。

3.1.3 鋼絞線穿束

1）穿束方法：水平環向鋼絞線穿束采用逐根穿束的方法穿入預埋孔道，縱向鋼絞線穿束采用集中穿束的方法穿入預埋孔道，穿束前將預應力筋端部用膠布包扎以減少摩擦并防止刺破波紋管。

2)預應力束布置：水平環向每束預應力鋼絞線分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四組，每2組（即Ⅰ和Ⅱ組、Ⅲ和Ⅳ組）各自分別在同一水平面上，圍繞外罐墻體一圈，分別錨固在成90°對稱布置的4根（即B和D、A 和C）豎向扶壁柱上（圖2），在高度方向呈間隔布置；豎向預應力鋼絞線兩端錨于外罐墻體底部和頂部。

圖2 水平環向預應力束布置示意

3）儲罐外罐墻體混凝土達到設計強度100%后，方可開始穿束。

4）穿束完成后做好鋼絞線工作長度和端部封閉保護，防止雜物或水進入孔道。

3.1.4 張拉

1）張拉條件：混凝土強度達到設計規定值；張拉前，外罐側模及端部模板全部拆完，以免張拉時產生約束力；錨墊板喇叭管內清理干凈；工作錨板已套上。

2）張拉順序：遵循“先張拉豎向后張拉水平環向、先上后下”的總體原則。具體如下：先張拉25%豎向預應力筋，間隔對稱布置，再張拉水平環向頂部4圈預應力筋，然后再進行其余豎向預應力筋對稱張拉，最后自上而下水平環向預應力筋張拉。

3）張拉方式：水平環向預應力筋張拉采取兩端張拉，豎向預應力筋張拉只需對上部端施加預應力。

4）預應力張拉過程中，張拉控制以應力控制為主，伸長值作為復核。

3.1.5 預應力孔道灌漿

1）灌漿目的是保護預應力筋不受銹蝕，使預應力筋與結構良好結合形成整體，有利于預應力的有效傳遞，灌漿前要通過工藝性能試驗，最終確定灌漿工藝。

2）灌漿漿液：水灰比0.35～0.45，攪拌后3 h泌水率不大于3%。水泥漿強度不低于30 N/mm2，漿液流動性、耐久性、防腐性好，充盈度高。

3）灌漿前對孔道進行沖洗、通球，保證通暢。

4）水平環向孔道灌漿由較低一端灌漿孔壓入，較高一端排氣孔排氣和排漿；豎向孔道灌漿由底部壓漿孔壓入，由頂端排氣孔排氣和排漿。

5）水平環向孔道灌漿壓力控制在0.40～0.70 MPa，最大不超過1 MPa，連續進行，待出漿孔出濃漿后封閉，繼續保持壓力0.70 MPa，保持1～2 min，再封閉進漿口，待水泥漿凝固后拆除連接接頭；豎向孔道灌漿壓力控制在0.70～1.80 MPa，最大不超過2 MPa，豎向孔道灌漿應采用二次補漿，待不實漿體充分排盡后，采用人工補漿。

6）灌漿在張拉后24 h內完成。

3.1.6 封錨

1）在灌漿完成24 h后切割工作長度多余的預應力筋，露出錨具外鋼絞線長度，不宜小于其直徑1.5倍且不小于25 mm。

2）對錨具凹槽處清洗清潔，然后用微膨脹細石混凝土封閉，混凝土強度與儲罐外壁混凝土同等級。

3.2 儲罐穹頂施工

1）穹頂支墩定位：根據引測的穹頂圓心點，計算出穹頂支墩的坐標點，再由穹頂圓心點引至各穹頂支墩。

2）鋼筋施工：支墩的插筋必須按設計位置進行正確安裝；伸入各分層澆筑環形混凝土的鋼筋穿過鋼板收口網封閉端。

3）模板施工：穹頂底模板在氣升頂鋼結構穹頂就位后，由穹頂作底模施工時，鋼結構頂蓋需加壓以支撐混凝土質量；施工縫處模板采用鋼板收口網，施工縫垂直設置在穹頂上，以防混凝土隨意流淌，施工縫由金屬鋼板收口網定位于穹頂分段澆筑層之間，永久性置于混凝土中（圖3）。

3.3 混凝土澆筑

1）穹頂沿環向由底至頂分4次澆筑，由外向內環向澆筑，分段間的環向垂直施工縫放置鋼板收口網進行隔離。

2）圓弧度采用CAD進行放樣制作弧形造型木刮尺加以控制。

3）混凝土坍落度控制在設計下限。

4）澆筑方向沿穹頂圓周進行均衡澆筑，保證混凝土均勻同步上升；對下半圓部位加強振搗，以保證所澆筑的混凝土的密實性。

圖3 穹頂施工縫處理示意

5）施工縫處理：對鋼板網上水泥漿垃圾及時清理[7]。

4 結語

液化天然氣（LNG）全容罐外罐結構的施工質量關系到今后能否安全、正常的使用，特別是罐體后張法有黏結預應力施工控制尤為關鍵，它可以有效提高外罐墻體的抗裂性和剛性，大大推遲、延緩裂縫的產生，提高外罐抗疲勞性，也可減少鋼筋用量，降低投資成本。

本工程通過項目部施工人員的科學管理、精心組織和嚴格控制，已順利竣工并已投入一段時間的使用，取得了良好的效果。