石油化工EPC項目中的若干設計問題探討

梁志恒 （中石化南京工程有限公司，江蘇 南京 210000）

0 前言

隨著各類結構計算軟件的推廣應用，設計人員的電算能力得以提高。但從大量的工程案例看，部分設計人員存在著方案選擇不合理，對現場實際缺乏調查，對行業的發展現狀不了解等現象。目前，國內大型石油化工項目普遍采取EPC（Engineering Procurement Construction）總包的方式，設計人員的職責范圍隨之擴大，除要完成設計工作外，還要配合采購、施工的工作。尤其是在施工階段，設計人員做設計變更時，選擇經濟、合理的方案，對EPC項目的高效運行至關重要。本文特從結構專業設計角度出發，結合一些大型石化項目在施工階段反饋出來的問題，對若干問題進行探討，在設計源頭上解決了問題，并提高了綜合效益。

1 結構設計要適時介入施工方案的制定

工程項目的順利實施，與施工時的實際情況密切相關，對施工單位來說，安全與質量，人、財、物的調配，天氣及地質情況，都是需要綜合考慮的。不同的施工方案，會直接帶來施工難度、施工成本等的較大差別，一些特殊的施工方案，僅靠施工單位的技術力量無法完成，需要結構設計人員及時介入，協助完成施工方案，從而降本增效，體現EPC模式的一體化優勢。

某大型石化EPC工程的循環水工程，采用了如圖1所示的平面布置，吸水池池壁與冷卻塔池壁水平相距約2m，底板垂直高差為2.4m。按正常的施工組織工序，首先將施工較深的吸水池，驗收合格后，局部回填，然后再施工埋置較淺的冷卻塔水池。按驗收規范要求，吸水池主體澆筑完成28d后，開始后澆式加強帶的施工，并做閉水試驗，合格后進行分層回填夯實，此后，才能進行冷卻塔水池的混凝土底板施工。施工期間，正值雨水較多的夏季，由于高差的存在，面臨土體沖刷而塌落流失、地基受擾等不利因素，冷卻塔水池遲遲不能施工，施工單位的人力負荷無法平衡，工期將嚴重滯后。

根據施工單位提供的信息，吸收塔底板鋼筋綁扎、支模、混凝土澆筑大概需30d左右的時間，在了解施工的工序、材料供應等情況后，結構設計人員提出了混凝土護坡優化方案，在加強帶施工約3d后，利用已施工完成的吸水池底板作為護坡的側向支撐點，使部分替換原施工方案中砂石回填方案，如圖2所示，即滿足護坡的抗滑移及傾覆驗算又完成了冷卻塔底板地基處理的需要，迅速提供了底板施工的操作面，同時，不影響將來吸水池的池壁滲漏檢驗。該方案較好地解決了施工難題，取得了很好的經濟效益。根據施工過程中設置的監測情況，位移及沉降均無異常現象。

2 盡可能利用現場既有條件處理工程問題

工程實施階段，經常會發生一些工程問題，結構設計應盡可能充分利用現場條件，靈活運用理論原理，降低施工難度，節約工程成本。

圖1 冷卻塔及吸水池平面圖

圖2 剖面A－A

圖3 新增基礎平面圖

圖4 B－B剖面圖

某工程的管廊柱獨立基礎，靠近大型閥門儀表井，該井尺寸為8.8m×3.4m×6.7m深，如圖3所示，屬于深基坑開挖，經過專家方案評審后，采用了二次放坡的大開挖方案，基坑的上口開挖尺寸約為24m×17m，導致有2個管廊基礎的地基土全部挖除，另有2個基礎的地基土被部分挖除。儀表井施工完成后，周邊進行了換土分層夯實，但其間經歷了幾場大雨浸泡，施工單位沒有按規定重新檢測，便貿然施工了4個基礎，全部回填后不久，有2個基礎就出現了不均勻沉降及水平滑移，最大沉降量約40mm，最大水平位移約50 mm，導致上部鋼結構無法準確安裝，后期的變形發展情況無法確定。

事故發生后，結構設計人員勘察了現場情況，了解分析原因后，提出兩種方案，一是采用鋼管樁基礎，穿透目前的回填土層；二是利用閥門儀表井的井壁作為支撐點，將原來的兩個獨立基礎改為橋式基礎。第一種方案傳力途徑明確，安全可靠，但由于數量太少，場地許多障礙物限制，不具備可行性；第二種方案屬于因地制宜、方便施工，節省人力、物力。綜合考慮后，最終選擇了方案二如圖3、4所示。

新增基礎及儀表井均位于原狀土上方，該處理方案理論依據充分，即合理利用了現場既有儀表井剛度大、承載能力強等有利條件，又解決了回填土不合格所帶來的安全隱患。

3 預埋件設計在現場發現的問題

預埋件是重要的傳力構件，對于一些非標埋件及后增加埋件，現場發生的一些情況，應引起設計人員的關注。

3.1 非標預埋件

某工程的大型壓縮機是由外資單位提供，基礎的結構施工圖如圖5、6所示，設計圖紙上看不出預埋件的異常之處，設計及施工人員均認為預埋件為常規的形式，如板厚20mm左右。

圖5 預埋件平面圖 圖6 剖面C－C

埋件屬于國外供貨商供貨范圍，設備到貨后才發現，該預埋件是一個極為少見的龐然大物，尺寸規格為3600mm ×1000mm ×110mm(厚)，埋件的下方錨爪為16#槽鋼組成的類似井字形狀，由此帶來了一系列的問題，首先，埋件厚度為110mm，遠大于梁的混凝土保護層40mm，導致埋件頂標高無法滿足設計要求，已安裝的框架梁鋼筋籠全部重加工；其次，埋件下方的槽鋼錨爪，導致梁上部縱筋無法均布貫通，6肢箍筋無法按原設計安裝；最后，梁的有效高度將減小，須重新計算。

設計人員到現場仔細了解相關情況，核算后提出整改方案，梁頂標高以滿足埋件的安裝為準，鋼筋籠拆除，上部縱筋重新按埋件實際的形狀重新排布，局部做并筋處理，部分箍筋重新制作，由綁扎方式改為焊接形式。鑒于修改后框架梁上部混凝土保護層達到110mm，為防止頂部開裂，表面加裝抗裂鋼筋網。鑒于預埋件自重達到3t多，重新綁扎安裝框架梁鋼筋籠期間，需出動吊車臺班長時間配合施工。該事件造成了現場施工的較大被動，施工進度計劃受阻。結構設計提前了解供貨條件的重要性，由此可見一斑。

3.2 后增加的預埋件設計時，應充分考慮施工可行的因素

對于后增加的聯絡單內容，預埋件經常會采用化學錨栓或安卡螺栓，從現場發現問題來看，不重視埋件的邊距條件是常見的現象。翻閱喜利得及慧魚等公司產品指導手冊可知，不同規格的螺栓，對距離混凝土梁柱的邊距是有明確的數據限制的，承載力也與其有對應關系。具體施工時，梁柱內部已有的鋼筋，也會干擾埋件錨筋的設計位置。對于設在梁或柱側面的埋件，工程中經常可能看到的案例是只要頂部與梁頂平齊，或一邊與柱邊緣平齊的，錨筋位置經常與梁上部縱筋或柱縱筋沖突，現場不得不調整錨筋位置，從而導致埋件偏心受力。可能設計不符合受力要求，留下了安全隱患。結構設計時應充分考慮施工是否可行的因素，從設計源頭避免安全隱患的發生。

4 結構專業在EPC外包業務中設計審查

部分承包商僅具備提供產品的能力，并不具備符合要求的設計資質，造成監理驗收困難。作為EPC總包單位，有義務在技術協議范圍內，對分承包商提供的技術文件，進行審核管理。

某EPC項目壓縮機廠房有隔聲降噪要求，外墻板由某生產新型板材的廠家提供并負責安裝。在技術協議階段，建筑專業就使用功能方面提出了相關要求，結構專業提供了預埋件的位置。但在EPC總包層面，沒有對廠家進行二次設計管理。墻板安裝時，端部骨架需要與EPC總包單位結構專業設計的預埋件焊接，因此，存在連接節點強度是否滿足規范要求，以及驗收執行的規范問題。該廠家無鋼結構方面的設計資質，無法提供符合要求的施工圖，導致監理單位無法按圖驗收。質量監督部門提出，該新材料無對應的驗收標準，不符合相關的新產品使用的建設條文規定，必須提供設計文件方準許驗收，因此，要求限期整改，直接影響工程的進度工期安排。

5 結構專業要及時關注建設領域的新情況、新趨勢

5.1 人力成本的上升促使鋼筋的機械連接方式大規模使用

傳統土建工程中大量出現的鋼筋焊接，需要有資質的焊工才能完成，而勞動力的短缺在建筑行業尤其明顯，因此，梁柱鋼筋的機械連接方式開始在工程現場大規模使用，雖然在定額單價方面，機械連接接頭大約是焊接接頭的4～5倍，但綜合人員工資、焊接檢驗、入場培訓取證的時間成本等因素，大部分施工單位都會優先選擇簡單快捷、質量可靠的機械連接。結構設計人員在設計圖紙上要做出合理的選擇。

5.2 地基處理的方式出現一些新變化

不同深度、不同區域的土層通常會有變化，有些地勘報告由于鉆探間距的原因，也會存在無法全面反映地下土層實際分布的情況。因此，采用天然地基基礎，經常會遇到地基處理的問題。地基處理的方法很多，比較傳統的是換填方法，一般是用素土或砂石分層夯實。不過，當前一些新情況的出現，需要結構設計人員在處理現場地基問題做出及時的變化。

某EPC項目部分采用是天然地基，基礎施工時遇到大范圍深淺不一的淤泥質土，不滿足設計要求，需要按圖紙要求采用砂石墊層換填。當時面臨兩個情況，一是因環保原因，砂石的采集受限制，價格處于高位，綜合材料、人工、檢測等因素，立方單價接近于素混凝土；二是正值6～8月份的高溫、雨水季節，降雨對分層夯實的施工及檢測都有直接影響，工程進度不易保證。綜合各方面的因素后，在同一現場的各大工程公司基本都采取了以素混凝土換填為主的地基處理方法。

對于小規模的地基處理，該處理方法的優勢非常明顯：一是質量可靠，工程造價增加不明顯；二是操作簡單、施工速度很快，在挖掘機開挖到位后，商品混凝土泵車可以隨時澆筑；三是節約大量人力，小區域砂石墊層換填時，需要抽調人工進行配合，尤其是換填較深時，人工分層夯實非常麻煩；四是開挖影響區域較小，沒有砂石墊層放坡的要求，基本可以在基礎投影范圍內開挖換填；五是非常適合在雨季或超挖較深時的搶工期使用，挖掘機與泵車的配合使用，可以較好的規避深挖時的基坑支護及人工作業危險。

5.3 結構設計時要注意施工分工產生的問題

結構設計一般是按建、構筑物單體進行設計，并提供完整的一套設計圖紙，但涉及到既有混凝土構件又有鋼結構構件時，施工就會有土建施工單位、安裝施工單位、鋼構廠等三家單位參與，如果進行設計交底，應該是各家參建單位都要同時參加。從某EPC工程的實際運行情況看，施工階段的招標是不同步的，土建單位施工時，可能安裝工作還沒進入招標程序，很難進行同步設計交底。另外，土建單位與安裝單位各自領取專業范圍的圖紙，無法提前核對交接部分，一旦設計出現錯誤，基本無法提前發現。某EPC項目出現了多處鋼柱柱腳與基礎不一致現象，造成現場的停工，鋼結構不得不返廠加工。除設計源頭上嚴把質量關外，結構設計人員要調整過去的工作模式，做好與三方的溝通聯系工作，以適應EPC項目的運行特點。