LNG 槽車裝車撬沉降處理措施研究

張慧寶 （安徽長江液化天然氣有限責任公司，安徽 蕪湖 241000）

1 前言

目前LNG槽車運輸是中國應用最廣泛的且唯一的液化天然氣陸路運輸方式。LNG槽車裝車撬是LNG接收站槽車裝卸外輸的關鍵控制設備，其作用為將壓力 0.7～0.9MPa，溫度-165℃的LNG經裝卸臂、控制閥、液相管道等加注到槽車，所以保證槽車撬的安全運行尤為重要。

2 某項目撬基礎沉降概況

某公司建設有七臺LNG槽車裝車撬（以下簡稱：裝車撬），七臺裝車撬的布置見圖1裝車撬及基礎布置圖。裝車撬主要是由一對裝車臂和回氣鶴管、流量計、靜電報警控制器、壓力變送器、裝車流量控制閥和緊急切斷閥、相關管道和批量控制器組成，以上儀表、設備和管道集成在一個專用鋼結構框架內組成了裝車撬，其外形尺寸5950x2100x2175（高）mm，具體情況見圖2裝車撬框架示意圖。

圖1 裝車撬及基礎布置圖

圖2 裝車撬框架示意圖

裝車撬通過這個專用的鋼結構框架固定在設備基礎上，固定方式為基礎預埋螺栓，裝車撬安裝完成后灌漿，基礎尺寸為6500×3000×300（厚）mm，頂標高6.100，具體情況見圖3裝車撬基礎形式示意圖。為保證設備安全和穩定，每臺撬的基礎的對角線設置2個沉降觀測點，委托了有資質的第三方沉降觀測機構對全廠建、構筑物和控制網進行沉降觀測，其中裝車撬基礎沉降觀測情況為：自2012年9月開始，至2014年6月共觀測7次，觀測設備為德國蔡司電子水準儀（儀器標稱精度為每千米水準測量高差中數偶然中誤差0.3mm）配2米銦鋼條碼水準尺一對，其中2014年6月份具體觀測數據及各撬對應的沉降量見表1。

圖3 裝車撬基礎形式示意圖

裝車撬沉降量 表1

從表1可以看出，7臺裝車撬基礎產生不同程度的沉降，沉降量在122～127mm之間，裝車撬基礎所支撐的裝車撬及其連接管線隨其一起沉降，裝車撬及其管線產生了向下的變形和拉應力，造成設備及管線應力集中，連接設備的管線有斷裂損壞的風險，存在安全運行隱患。

3 撬基礎沉降原因分析

①裝車撬基礎為獨立設備基礎，未采用樁基形式，坐落在天然地基上而變形量大；而裝車撬的連接管線支撐在管廊上，管廊采用先張法預應力管樁加承臺的基礎形式，變形量小。所以，裝車撬基礎易發生沉降，其沉降量達120mm；而裝車撬附屬管線采用不易沉降的樁基礎，管廊的沉降量僅為3～9mm。

②根據設計圖紙和地勘報告，裝車撬基礎底標高為5.800，可知其坐落在1-1塘渣層上，塘渣層厚度約3m，其承載力特征值110kPa，為中低壓縮性，但塘渣層下部為淤泥質土，其中2-1、2-2、3-1、3-2土層為高壓縮性土，4a、5-1、5-2、5-3土層為中壓縮性土，裝車撬基礎地質情況見表2地基土層性質及壓縮模量、承載力特征值表。

地基土層性質及壓縮模量、承載力特征值表 表2

③3m厚的1-1塘渣層，回填時對其進行了強夯地基處理，強夯后的塘渣層成為一個密實的、壓縮量較小的整體土層，并可作為對沉降變形要求不高的建筑物的淺基礎持力層；但是整個塘渣層對下部淤泥質土層施加了60kN/m的自重荷載，再加上50kN的裝車撬自重，122kN的混凝土設備基礎自重，下部淤泥土層將承載70.6kN/m的面荷載，在此面荷載作用下高壓縮性淤泥質土產生了壓縮變形，致使其上部的裝車撬基礎和設備產生了向下的沉降。

4 撬基礎沉降處理方案

為保證裝車撬的安全運行，必須盡快改善裝車撬及附屬管線的沉降現狀，原裝車撬設計院對裝車撬沉降數據進行了分析，并經雙方溝通討論后形成如下的共識：

①計算裝車撬附屬管道受力情況，設計院按照130mm沉降量對裝車撬附屬管道進行應力計算，管道應力已達到彈性階段的極限狀態，但未進入塑性變形區，必須馬上開展沉降消除工作；

②因裝車撬一直處于正常生產運行狀態，目前無法改變其基礎形式，但可以對裝車撬及其附屬管線采用頂升技術，抬升裝車撬及附屬管線的標高，減小其變形和應力；

③采用頂升技術把裝車撬頂升110mm左右，具體數值根據現場抬升情況確定，完成一臺頂升后再進行下一臺；

④頂升前必須關閉裝車撬進口切斷閥，閥后的管道和裝車撬氮氣吹掃置換完成后，脫開接口法蘭，檢查螺栓及最后一道焊口強度是否變化，對管道系統變形情況進行觀察判斷；

⑤考慮到原裝車撬預埋螺栓外露長度不能滿足抬升高度的要求，需提前準備連接套筒接長地腳螺栓；

⑥裝車撬頂升過程中必須嚴格控制頂升速度，每次頂升高度小于20mm，頂升時裝車撬鋼框架和基礎間隙必須隨頂隨墊；

⑦頂升過程中必須做好應急預案和安全防護措施。

5 裝車撬頂升

根據設計院意見并結合現場實際編制了詳細的提升施工方案，按照施工方案對7臺裝車撬進行頂升，把沉降差縮小到27mm以內，減小了裝車撬及附屬管道的變形和應力，保證裝車撬可以繼續安全運行，其重要工作步驟和技術要求如下。

5.1 頂升前準備工作

①作業前進行了頂升安全分析，并制定相應的保證措施；

②作業前開具切斷連鎖、動火等作業許可；

③將裝車撬附屬管線上閥門切斷，閥門后管道和裝車撬氮氣置換至安全狀態，并進行可燃氣體檢測；

④將裝車撬的附屬管線與設備連接的保冷拆除，并將連接法蘭和螺栓拆下；

⑤對螺栓進行PT檢測及抗拉強度、扭曲強度的檢測；隊法蘭第一道焊口進行PT檢測，并檢查是否檢測合格；

⑥準備5個5噸的千斤頂（4用1備），并加工制作5套專用工具（4用1備），4把水平尺（600mm）；

⑦為確保安全，頂升作業前消防車到達指定位置待命。

5.2 頂升施工

①松開固定裝車撬的6顆螺栓，破除裝車撬基礎與裝車撬框架之間的灌漿層，使裝車撬在千斤頂頂升時可以向上移動；

②將4套專用工具安裝并點焊在裝車撬鋼框架4個角的底部槽鋼的上翼緣板，4個5T千斤頂支撐在這4個專用工具上，把4把水平尺分別放置在裝車撬框架底部4根槽鋼組成的框架的中心。

③把整個抬升工作分配至人，設置1名總指揮，4個名觀察員，4個千斤頂操作人員，1名安全員，各負其責，在總指揮安排有條不紊頂升。

④將4個千斤頂同時、同步向上頂，使裝車撬保持在水平狀態下抬升；每次頂升高度小于20mm，并把裝車撬鋼框架和基礎之間的間隙用墊鐵填實，每次頂升后間隔10分鐘進行觀察；

⑤裝車撬的高度即將到達原地腳螺栓高度時，在原有地腳螺栓上安裝一個螺栓連接套筒，將原有的地腳螺栓接長；

⑥裝車撬調整到位后，用固定螺帽將裝車撬固定；立即將工藝管道原支撐部位下方增加工字鋼，使管道有支持點；

⑦預埋沉降觀測點位；恢復法蘭及保冷，準備試運行裝車撬。

5.3 頂升效果

頂升后裝車撬恢復情況見表3裝車撬抬升高度匯總表。從表中可以得出，經頂升后7臺裝車撬及其附屬管線的最大沉降量在27mm以內，達到了設計的處理要求，有效地消除了裝車撬及附屬管線的集中應力，保證了裝車撬的運行安全。

裝車撬抬升高度匯總表 表3

頂升后繼續開展沉降觀測工作，觀測頻率4次/年，根據觀測數據跟蹤分析裝車撬抬升后穩定狀況。

6 撬基礎的改進建議

通過裝車撬沉降分析和頂升施工，建議后續類似項目采用以下措施可保證裝車撬的安全運行：

①關鍵設備基礎位于壓縮性高的土層地質時，必須采用沉降量小的樁基形式；

②關鍵設備及其基礎必須進行定期的沉降觀測；

③完成本次裝車撬抬升后，經歷1～2年時間，裝車撬隨時間會繼續沉降，需要再次進行頂升，再次頂升時，建議采用可調螺栓，以便再次沉降后的抬升。