LNG儲罐樁基施工階段本質(zhì)安全性探析

李寶玉，鄭賢斌,王磊

1.四川華氣天然氣銷售有限公司（四川 成都 610100）

2.中國石油天然氣股份有限公司天然氣銷售分公司（北京 100101）

3.寰球工程項目管理（北京）有限公司（北京 100101）

0 引言

在“2030年前實現(xiàn)碳達峰”和“2060年前實現(xiàn)碳中和”的雙重目標下，現(xiàn)階段推動石化行業(yè)和城鄉(xiāng)建設碳達峰，鼓勵天然氣替代煤炭[1]，是能源發(fā)展的必由之路，天然氣已作為我國低碳轉(zhuǎn)型能源結構調(diào)整的增長點。為了保證天然氣儲備量，LNG儲罐建設速度加快[2-4]，LNG儲罐布設也逐漸由港口向內(nèi)地擴展，以更好地達到天然氣區(qū)域調(diào)峰或調(diào)節(jié)的目的。LNG儲罐樁基的選擇取決于地層結構、地層條件、地震活動歷史及基礎抗震性等因素[5]。孫建剛等從理論和實驗方面研究了LNG儲罐基礎隔震性能[6-8]。根據(jù)施工經(jīng)驗，李桂寧等論述了建筑樁基工程特點[9-12]，鄧玉濤在中轉(zhuǎn)油庫鉆孔灌注樁孔口護筒和清孔方面，提出施工質(zhì)量控制措施[13]，張寶和等人從人機料法環(huán)角度提出LNG儲罐樁基質(zhì)量影響因素和常見問題的控制措施[14-15]。程惠陽等人從樁基檢測方面進行了靜載試驗及數(shù)值模擬研究，為保證儲罐樁基質(zhì)量提供了方法[16-17]。謝中玉針對樁基施工中溶洞問題，提出了處理對策和施工處置措施[18]。于龍江從人、物、環(huán)境3個方面詳細闡述了在樁基施工中存在的安全隱患，提出了應該采取的預防控制措施[19]。

隨著國內(nèi)多個港口LNG儲罐的建設，施工經(jīng)驗越來越豐富，從樁基鉆孔成樁的過程中分析和控制風險，從安全角度來闡述質(zhì)量的可靠性[20-24]，從控制樁基質(zhì)量方面推動LNG儲罐本身的安全性，是從根本上消除安全隱患的有效方法。提高施工質(zhì)量是施工現(xiàn)場安全管理的重要任務之一，質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性從本質(zhì)上直接決定了建筑物的安全性。由于LNG儲罐單體體積大，樁基承載負荷大，在平衡性、穩(wěn)定性和剛度方面要求高[9]，因此在LNG儲罐樁基施工階段必須控制鉆孔成樁和砼工程質(zhì)量，才能從源頭上確保LNG儲罐的本質(zhì)安全性，這不僅會降低隱蔽工程施工質(zhì)量事故，而且為儲罐投產(chǎn)運行后的穩(wěn)定性和安全性提供有力保障。

LNG儲罐樁基施工階段可能存在質(zhì)量、安全、作業(yè)、設備、人員等方面的影響[25-27]，風險管控難度大，涉及地下地面工程環(huán)節(jié)復雜，如何從本質(zhì)安全角度出發(fā)提早預防和管控安全風險和事故隱患是當前LNG儲罐施工的重點和難點，從施工工藝流程、施工作業(yè)控制環(huán)節(jié)、施工質(zhì)量控制風險方面進行全面探析具有現(xiàn)實意義和工程實用價值。

1 LNG儲罐樁基工程概述

本文以某LNG工廠8×104m3LNG全容儲罐項目為例，探討LNG儲罐樁基施工階段的質(zhì)量安全及相應策略。原材料采用主材鋼筋HRB400E，樁基鋼筋采用機械連接；混凝土采用C35，抗?jié)B等級不低于P8。樁基采用鋼筋混凝土一次成型灌注樁，布置252根樁柱，樁基最外圈中心線半徑為32 m，平均樁長13 m。下設外兩圈100根ZH-2型高樁，地上短柱長1 730 mm，中間成矩形布置152根ZH-1型高樁,地上短柱長1 530 mm，地下樁長均以樁端進入第5層中風化片麻巖1.2 m。由于地上有短柱，常見灌注樁受到限制，故采用旋挖鉆機成孔，灌注樁與短柱鋼筋一體成型，有為后續(xù)提高承臺中鋼筋抵抗水平力的作用。LNG儲罐樁基平面布置如圖1所示。

圖1 LNG儲罐樁基平面布置圖

2 樁基施工工藝流程

合理的樁基施工工藝流程，不僅決定了LNG儲罐樁基的施工工期，而且是保證施工階段施工質(zhì)量的前提條件，是樁基在施工階段實現(xiàn)本質(zhì)安全的基礎。樁基施工工藝流程由施工工序構成，施工工序是組成樁基施工過程的基本單位。在現(xiàn)場完成臨時設施搭建、設備報驗、人員培訓、施工方案審批、試驗樁測試和場地平整等前期準備工作之后，按照LNG儲罐樁基施工特點，劃分為20個工序，以樁位測放為開始節(jié)點，成樁完成為終點節(jié)點。其中配置合格泥漿、鋼筋籠成型、運輸混凝土為產(chǎn)成品，供樁基施工中直接使用，為了節(jié)省單樁作業(yè)時間，拔導管提護筒和清理樁頭、校正鋼筋籠工序，可以同時施工。不同工序按照先后順序連續(xù)開展施工作業(yè)，每樁20個工序形成一個循環(huán)作業(yè)。LNG儲罐樁基施工工藝流程如圖2所示。

圖2 LNG儲罐樁基施工工藝流程圖

3 樁基施工質(zhì)量技術關鍵控制要點及預防控制措施

在對施工工藝流程分析的基礎上，在施工前應嚴格控制關鍵施工工序，把控質(zhì)量關鍵控制要點，才能確保在合理施工工序的前提下，優(yōu)質(zhì)、高效地完成LNG儲罐樁基工程。

依據(jù)GB 50300—2013《建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準》和JGJ 106—2014《建筑樁基檢測技術規(guī)范》，并結合民建樁基工程施工和LNG儲罐樁基施工經(jīng)驗[13-15]，在樁基施工前，制定檢驗原材料、測量放線、制作鋼筋籠、成孔、檢測商品混凝土、灌注地下混凝土、灌注地上短柱混凝土共7個方面的技術質(zhì)量預防措施，有效控制樁基在施工過程質(zhì)量，從而降低施工階段發(fā)生事故的概率。

3.1 原材料驗收及管理

鋼筋籠成型工序中包括鋼筋加工場地準備、主材選擇與驗收、主材的堆放與標識、鋼筋原材料加工和鋼筋籠制作等，鋼筋原材料的關鍵控制要點在于鋼筋驗收和管理。預防控制措施：一是檢查進場鋼筋，核對型號，檢查產(chǎn)品出廠合格證、出廠檢驗報告，填寫原材料檢驗記錄單，對不合格材料具有可追溯性；二是經(jīng)CMA資質(zhì)的實驗室取樣檢測，出具復檢合格報告；三是建立健全材料和物資庫管理制度，培訓和考核物資采購人員、質(zhì)量檢查員。

3.2 測量放線

測量放線包含測量控制點、建立測量控制網(wǎng)和確定樁位，采用GPS測放，精確度要求較高。測量放線質(zhì)量技術關鍵控制要點是測量偏差和標高偏差。預防控制措施：一是使用檢驗合格的測量儀器；二是測量人員持證上崗，確保人員崗能匹配。

3.3 制作鋼筋籠

制作鋼筋籠包含主筋連接、箍筋焊接、鋼筋骨架成型、聲測管的制作及安裝、驗收及成品保護，制作中測量偏差和間距直接影響鋼筋籠成品的承載力，對樁基成樁質(zhì)量起決定性作用。鋼筋籠采用分節(jié)和單接制作，制作鋼筋籠質(zhì)量技術控制要點關鍵是：鋼筋質(zhì)量；鋼筋直螺紋套筒機械連接或點焊加綁扎搭接長度；籠長和籠徑偏差；主筋間距；箍筋間距。

預防控制措施主要通過對鋼筋采樣試驗和用鋼尺丈量方法檢查，控制主控項目和一般項目的偏差或允許值。按照GB 50202—2018《建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收標準》制定鋼筋質(zhì)量檢驗標準見表1。

表1 鋼筋籠質(zhì)量檢驗標準 /mm

3.4 檢測商品混凝土

檢測商品混凝土質(zhì)量，控制混凝土指標對砼工程質(zhì)量有很大影響。本工程樁身混凝土強度為C35,抗?jié)B等級大于等于P8，混凝土檢測質(zhì)量技術控制要點在于對混凝土初次檢測實驗以及在施工過程中同條件下的抽樣檢測。依據(jù)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，對混凝土進行稠度、填充性檢驗與評定、間隙通過性、凝結時間、均勻性、沁水、壓力沁水、表觀密度、含氣量、抗離析性能、溫度、絕熱溫升、坍落度、維勃稠度、擴展度等試驗；依據(jù)GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》，對混凝土進行抗壓強度、劈裂抗拉強度、抗折強度、疲勞強度、靜力受壓彈性模量、收縮、徐變等物理力學性能試驗。

3.5 成孔

成孔質(zhì)量受旋挖鉆進、清孔、成孔質(zhì)量檢查、灌前二次清孔和沉渣厚度檢查工序質(zhì)量共同影響，通過控制過程中的各項指標來確保成孔質(zhì)量。成孔在樁基工程中為控制難點，成孔主要質(zhì)量技術控制要點：護筒下設深度；垂直度及偏差；樁位偏差；樁徑；成孔深度；孔垂直度；泥漿性能指標；樁端入持力層深度；孔底沉渣厚度。

預防控制措施主要包括：現(xiàn)場技術人員檢查；嚴格控制鉆頭直徑；根據(jù)地層變化及時更換鉆具；控制泥漿性能指標。根據(jù)JGJ 94—2008《建筑樁基技術規(guī)范》要求，成孔驗收指標及偏差要求見表2。

表2 成孔驗收指標及偏差要求

3.6 灌注地下混凝土

灌注地下混凝土是樁基形成的重要控制點，與灌注地上短柱混凝土和鋼筋籠成品質(zhì)量共同決定了樁基承載能力大小。灌注地下混凝土質(zhì)量技術控制要點在于：灌前沉渣厚度；鋼筋籠安放；導管密封性及埋設深度；樁頂標高；樁頂超灌量；護筒起拔。

預防控制措施：混凝土面測量用兩點測量；混凝土澆筑連續(xù)施工；護筒起拔要緩慢勻速；檢測混凝土充盈系數(shù)不小于1.1。

3.7 灌注地上短柱混凝土

灌注地上短柱混凝土是樁基形成的重要控制點，與灌注地下混凝土和鋼筋籠成品質(zhì)量共同決定了樁基承載能力大小。灌注地上短柱混凝土質(zhì)量技術控制要點：清理鋼筋，綁扎樁頭鋼筋；支設模板；地面以上混凝土密實；控制拆模時間；養(yǎng)護混凝土；控制樁頂標高。

預防控制措施：檢查清理鋼筋和綁扎樁頭鋼筋符合GB 50204—2015《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》要求；混凝土面測量用兩點測量；混凝土澆筑連續(xù)施工；拆模及混凝土養(yǎng)護時間應滿足混凝土強度不低于設計強度75%。

4 鉆孔成樁和砼工程施工質(zhì)量控制重難點風險清單

LNG儲罐樁基工程在施工過程中，主要由鉆孔成樁和砼工程構成。鉆孔成樁和砼工程均是隱蔽工程在施工階段質(zhì)量控制的重難點，施工質(zhì)量可靠性大小直接決定了樁基安全性能高低。鉆孔成樁是砼工程的基礎工程，按照施工工藝依序施工，在樁基質(zhì)量安全方面起了頂梁柱的作用，砼工程是鋼筋籠與混凝土一體成型工程，是樁基產(chǎn)成品。根據(jù)LNG儲罐樁基施工工藝流程，施工單位應嚴格按照相關規(guī)范要求，制定合理的LNG儲罐樁基施工方案后組織施工。

本文結合8×104m3LNG儲罐樁基項目施工經(jīng)驗，總結了鉆孔成樁七大質(zhì)量問題，包括坍孔、鉆孔漏漿、成孔偏斜、孔深不足、鋼筋籠變形、鋼筋籠位置偏差和斷樁；砼工程五大質(zhì)量風險包括砼表面缺漿、粗糙、凸凹不平，但無鋼筋和石子外露；砼局部酥松，石子間沒有砂漿，出現(xiàn)空隙，形成蜂窩狀的孔洞；砼結構內(nèi)有孔洞，局部沒有砼，或蜂窩巨大；砼結構內(nèi)的主筋或副筋露于砼表面；砼結構直邊處和棱角處局部掉落。

目前施工質(zhì)量控制主要是制定質(zhì)量管理計劃，以規(guī)范為標準、以質(zhì)量管理體系和制度為保證、以監(jiān)理為監(jiān)督，多數(shù)是從施工項目管理程序上加以控制，但實際施工過程是復雜的，不可控因素較多。針對施工過程中出現(xiàn)的具體問題，以此為研究對象，從質(zhì)量管理“PDCA”循環(huán)方法上，探究樁基質(zhì)量控制方式是很有必要的。

在施工階段出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題和質(zhì)量控制過程中出現(xiàn)偏差，但對于新建LNG儲罐樁基工程而言，借鑒以往的經(jīng)驗，并基于安全風險管理理念，屬于可控質(zhì)量風險，應在樁基施工前，提前對質(zhì)量控制重難點進行管控。針對鉆孔成樁和砼工程中每一種質(zhì)量風險，描述了可能存在的風險因素，根據(jù)工程實踐中解決問題的有效方式，提出了相應的風險控制措施，形成施工質(zhì)量控制重難點風險清單，見表3和表4。

表3 鉆孔成樁施工質(zhì)量控制重難點風險清單

續(xù)表

表4 砼工程施工難點質(zhì)量控制重難點風險清單

質(zhì)量風險清單來源于工程實踐中的具體質(zhì)量問題，但研究目的是為了更好地指導工程建設。在原LNG儲罐樁基施工質(zhì)量控制計劃中增加鉆孔

成樁和砼工程施工質(zhì)量控制重難點風險清單，通過程序化管理，推動施工過程中開展質(zhì)量精細化管理，更好地控制樁基產(chǎn)成品質(zhì)量，這對提高LNG儲罐樁基施工階段本質(zhì)安全性具有工程指導意義。

5 結論

1）針對8×104m3LNG儲罐樁基施工過程，詳細分析了樁基施工工藝流程，施工前以預防為主，從技術質(zhì)量方面提出了關鍵施工工序的控制要點和預防控制措施。

2）結合LNG儲罐樁基施工階段的施工經(jīng)驗，總結了鉆孔成樁七大質(zhì)量問題和砼工程五大質(zhì)量問題，基于安全風險管理理念，將本工程質(zhì)量問題形成樁基項目質(zhì)量控制重難點風險清單，分析了主要質(zhì)量風險、可能存在的風險因素和風險防控措施，對樁基工程施工具有借鑒價值。

3）基于質(zhì)量管理PDCA循環(huán)工作方法，通過質(zhì)量風險清單的形式，指導樁基工程建設，在原施工質(zhì)量計劃中增加鉆孔成樁和砼工程施工質(zhì)量控制重難點風險清單，通過施工過程程序化管理，增加樁基產(chǎn)成品質(zhì)量可靠性，以達到提高樁基本質(zhì)安全性的目的。

4）LNG儲罐樁基工程施工質(zhì)量，還可以從工程項目全過程管理的角度，如在設計階段開展本質(zhì)安全研討并制定對策措施。