樁柱一體化在LNG儲罐項目中的應用及分析

白舸 李浩然 于家昊 梅涵海洋石油工程股份有限公司

一、樁柱一體化工藝概論

隨著新型技術的創新發展，國內大型的 LNG 儲罐都在陸續采用樁柱一體化一次成型的技術使用。傳統高承臺樁由兩部分構成：地面以下灌注樁+地面以上的樁帽。而高承臺樁柱一體化工藝提出灌注樁與樁帽采用“一次成型”的理念。“一次成型”施工技術即樁帽鋼筋與樁身鋼筋一體制作，灌注樁施工完后，立即進行樁頭清理，然后進行支設模板、模板校核、樁帽混凝土澆筑、樁帽養護施工的技術。與傳統樁施工工藝相比，高承臺樁柱一體化省去了該工藝較以往采用的“接樁”工藝，省去了“土方開挖”、“截樁”、“接樁”過程。經分析統計，樁柱一體化工藝與傳統施工工藝對比會使每個儲罐的樁基工程節省約45天的時間。

通過對樁柱一體化工藝全生命周期的管控，且通過后期質量檢測，檢測結果相比傳統的施工方法，質量效果遠比傳統的要高，充分驗證了高承臺一次成樁工藝是一種質量可靠，降低造價，節省工期的一種新型工藝。

二、樁柱一體化的施工工序

本工程高承臺樁一次成樁施工工序主要包括：測量放線、旋挖成孔、泥漿制備與處理、鋼筋籠制作、地面以下砼灌注、提拔護筒、樁頂浮漿及周圍地面清理、模板墊層施工、支設模板、地面以上砼澆筑、拆除模板并養護等工序。很多施工工序和傳統樁基工藝施工工序一致，其中嵌巖樁工藝和地面上樁基施工部分是樁柱一體化施工工藝特有的工序，下面我們將著重介紹。

（一）鉆孔判巖和終孔的控制

根據勘察報告及試驗樁設計圖紙推算持力層面大致深度，當鉆機鉆至此深度時，撈取巖樣，并根據勘察報告對持力層物理狀態的描述，判斷巖樣是否為持力層。確定了持力層面以后，根據持力層的實際入巖深度，計算出終孔孔深，保證入巖深度不小于1.5m。

（二）地上短柱施工

混凝土澆注至地面標高后，首先要進行超灌控制。在護筒出水口位置加入擋板，然后繼續灌注混凝土，直到有新鮮粗骨料混凝土面流出，配合人工清理。為了保證樁頭混凝土強度質量，這時最后一節導管不要拔出，使用制作好的 1m3料斗進行超灌，待超灌完成后，方可提拔最后一節導管緩慢拔出。

在清理完樁頭混凝土后，用坍落度不大于100mm的混凝土將樁周邊鋪設厚10cm的墊層，墊層寬度大于模板內邊不少于30cm，保證模板底部安放在平整、堅實的地面上，為縮短墊層凝結時間，可采取在墊層表面灑干水泥等措施。

模板對位完成后，對垂直度進行檢查，采用線墜的方式，使用盒尺測量模板上部與下部的垂直度偏差，符合要求后，進行模板固定。

高承臺樁地面以上混凝土塌落度控制在180±20mm，砼采用泵車澆筑，每次放料高度控制在0.5m以內，分層澆筑高度控制在30～40cm，這樣會利于振搗。

三、樁柱一體化工藝的過程把控

（一）過程把控要點

在樁基的施工過程中，可能會出現一些如：塌孔縮徑，孔口歪斜，泥漿沉渣超標，入巖深度不夠，鋼筋籠下放不到位，鋼筋籠位置偏差過大，導管漏水，模板垂直度誤差過大，護筒提拔困難等問題。這些問題的解決方式與傳統樁基工程的解決方式基本一致，我們就不一一進行分析。

而砼冷縫處理僅是在樁柱一體化工藝中會碰到的問題，需要進行全面的分析。

1.樁柱交接處砼冷縫

⑴原因分析

①地下樁灌注完成后未及時進行地上砼的灌注，造成砼初凝出現冷縫。②樁頂的浮漿、泥砂及雜質未清理干凈。③由于其他原因造成地上樁和地下樁砼交接處產生冷縫。

⑵預防措施

①地下樁完成后及時組織施工人員進行地上的混凝土澆筑施工，安排專人負責，分模板支設班組、砼灌注班組，形成一套的施工流水作業，嚴格按照技術要求，必須保證在砼的初凝前完成澆筑施工。②灌注完成后將樁頂的浮漿、泥砂及雜質清理干凈，直至漏出新鮮的粗骨料砼，按照要求超灌高度 0.8m-1.0m 后，由技術人員進行檢查，檢查粗骨料及超灌高度。符合要求后方可進行下步的施工。

⑶處理措施

當砼出現冷縫的時候，應采取相應的技術措施。排除人為因素及施工因素外，因天氣或者其他原因造成確實無法避免出現冷縫的情況下，采用常規的施工方法，在地下樁施工完成后，養護28天，進行樁頭鑿除，支設模板、灌注砼、拆除模板并及時養護。

①混凝土原材控制：混凝土原材是影響混凝土自身性能的最重要因素，因此，應嚴格對混凝土原材進行控制；②混凝土配合比：混凝土配合比對的性能，如強度、塌落度、和易性、初凝時間均有影響，應對配合比進行要求；③混凝土塌落度：混凝土塌落度對混凝土的流動性、擴展度等有較大的影響，且會對實體外觀產生影響，應進行控制，但控制范圍需進行現場確定；④混凝土初凝時間：混凝土初凝時間對混凝土的澆筑間隔、澆筑連續性等有影響，若控制不好，會出現冷縫，甚至斷樁；⑤孔口灌注質量：根據“樁柱一體化”工藝特點，孔口質量為關注的重要因素；⑥樁柱澆筑間隔：地下樁澆筑完成后，需要進行地上樁的澆筑，其間隔時間若不經過有效控制，將形成冷縫；⑦混凝土振搗質量：孔口灌注過程需進行振搗，振搗質量將直接影響混凝土的灌注質量，形成爛根等；⑧泥漿質量：泥漿比重、粘度等會對灌注過程形成影響，對孔口處的灌注有一定的影響；⑨樁身配筋：本項目樁頂配筋較密，對混凝土的流動性，特別是保護層的質量產生影響；⑩灌注速度：灌注速度對樁身的灌注質量有一定的影響。

上述控制要點均為樁基工程需嚴格控制的要素，但有些控制要素為樁基工程常規控制點，有些因素為“樁柱一體化”工藝需要研究確認的控制要點，經過嚴謹的研究分析，對上述控制要點進行逐條分析，篩選出為防止砼冷縫需要特別控制的要點。

2.初凝時間確定

根據項目配合比試驗數據，本項目混凝土配合比初凝時間約為9h25min，一小時塌損為30mm。樁基施工階段為7月-11月，施工工地現場氣溫較高，7月份氣溫常在35℃以上，因此，需現場進行初凝時間測定。在施工過程中，在不同日期對不同塌落度的混凝土初凝時間進行了取樣試驗，并根據試驗結果得出在最高氣溫35℃左右氣溫時，本配合比的混凝土初凝時間，約為6小時。

表1：初凝時間統計表

3.澆筑間隔確定

根據已確定的初凝時間（6小時），對施工工序及時間安排進行了統計分析，根據耗時統計確定最佳澆筑間隔。

從上表可以看出，從地下樁澆筑完成到地上樁澆筑，耗時4.5小時左右，因此，確定將澆筑間隔控制在4-5小時為最佳時間，并根據分析，給出了每道工序最優的開始時間。

4.孔口灌注控制要點研究

孔口處理為本工藝的重要特點，因此，對于孔口灌注質量做出了詳細的研究和要求。

首先，需確保灌注過程中，孔口流出混凝土已全部為新鮮混凝土。 待確認新鮮混凝土流出后，進行超灌。針對超灌方量，確認超灌最適宜方量，若超灌不足，則對孔口混凝土質量無法有效的控制，若大量超灌，則造成浪費。本項目樁基直徑為1.2米，1方混凝土在樁孔中高度為0,88米，可以形成有效的超灌高度。經過現場試驗，超灌1立方米混凝土，可以得到良好的效果。超灌后，進行振搗，保證鋼筋籠內外混凝土的質量。在提拔護筒過程中，及時進行補方，避免由于提拔護筒導致的泥漿回流。提拔護筒結束后，進行振搗。

（二）樁基檢測結果

三個罐共 1230 根工程樁，每根樁的混凝土強度都滿足設計要求，其中強度超過45MPa 的工程樁達到了99%，且接茬處的混凝土強度非常的好。

D 罐區儲罐樁基低應變檢測410根，Ⅰ類樁占總樁數的98.05%；超聲波檢測38根，全部為Ⅰ類樁。

E 罐區儲罐樁基低應變檢測 410根，Ⅰ類樁408根，Ⅱ類樁2根，Ⅰ類樁占總樁數的 99.5%；超聲波檢測82根，Ⅰ類樁80根。

F罐區儲罐樁基低應變檢測 410根，Ⅰ類樁占總樁數的96.8%；超聲波檢測62根，全部為Ⅰ類樁。

（三）樁基檢測的改進措施

由于靜載檢測中的混凝土壓塊重量體積偏大，吊車不好向樁基中心區域吊裝，所以只檢測了最外面兩個圈的樁基，中心區域的樁基并沒有檢測。

為了在樁基靜載檢測時更好地讓試塊重量都集中在樁頭上，項目組設計了圓錐形墊墩。圓錐及其四周的三角形擋板使結構更加穩固，這種墊墩會使靜載檢測的數據更加準確。

四、樁柱一體化工效及經濟效益分析

表3：工序對比

工序優勢：1、不用進行土方開挖；2、不用進行樁頭鑿除，鑿毛，鋼筋調直；3、不需要對鋼筋籠進行接長；4、合并了樁身和樁帽的混凝土養護時間。這些工序大約需耗費30天左右的時間。而且接樁是兩個承包商的交界處，在樁基工程和土建工程的交接處是比較耗時的。

人力優勢：以天津一期兩座3萬方LNG儲罐為例，每個儲罐216根樁。總包項目組投入了施工管理人員、質量控制人員、HSE管理人員共16人。分包商投入施工管理人員：項目經理、項目總工、生產經理、現場技術員等共11人。投入施工操作人員：鋼筋預制人員、灌注人員、破樁人員等共85人。

機具優勢：

表4：早期另一項目投入設備

可以看出，樁柱一體化這種新型工藝相比于傳統的樁基施工方法具有顯著的優勢。通過對樁柱一體化工藝施工工序的研究，過程把控要點的掌握，質量檢測結果的分析，與傳統接樁工藝的對比，充分驗證了高承臺一次成樁工藝是一種質量可靠，降低造價，節省工期的一種新型工藝。