論大型LNG全容式儲罐穹頂混凝土施工技術

呂江龍 石明陽 翁永美

（1. 國家管網集團南山（山東）天然氣有限公司，山東 煙臺 265700；2. 國家管網集團閩投（福建）天然氣有限公司，福建 漳州 363106）

0 引言

“十四五”期間，天然氣產業發展日趨完善，供儲體系建設穩步推進；全球天然氣資源豐富，供應能力寬松且價格趨于穩定[1]。然而國內天然氣資源開發難度大、成本高、對外依存度高，季節不均勻性大，天然氣基礎建設尤其是應急調峰能力弱[2]。LNG接收站作為生產和調峰設施，LNG資源可通過管道或槽車進行外輸，也可以儲存在儲罐中待用氣高峰再外輸，對保障國家能源安全有重要作用[3]。現階段，我國天然氣儲罐單罐儲量為5～27萬m3，外罐為預應力鋼筋混凝土結構。本文描述的大型全容式LNG儲罐穹頂混凝土施工問題和有效處理措施是總結多個LNG接收站項目后形成的，主要針對穹頂混凝土施工技術進行論述，以采取更多更好的措施保證混凝土的施工質量，旨在為27萬m3LNG全容式儲罐穹頂施工提供依據，指導現場施工。

1 概述

華北地區能源結構中天然氣占比相對較少，但增速較快，巨大的增量市場帶來相應體量的市場空間與保供壓力，需要更大規模的天然氣基礎設施以確保運營期間儲氣能力能夠滿足調峰總需求量要求。國家管網集團27萬m3全容式儲罐的建設增強了華北地區儲氣調峰的能力，該儲罐位于山東省煙臺市，規格（如表1所示）。該接收站場形地地平坦，地貌類型單一，場區抗震設防烈度為7度。全容式LNG儲罐由混凝土外罐和X7Ni9%鋼內罐組成，一旦內罐發生泄漏，外罐可防止LNG泄漏到外界[4]，起到保護作用[5]。直徑92m的穹頂作為球冠結構，懸落在環形混凝土外罐墻體之上。

表1 儲罐參數

2 大跨度穹頂混凝土施工質量事故及預防措施

2.1 混凝土內部缺陷及外部收縮裂縫及其預防措施

在穹頂混凝土澆筑時，混凝土內部可能會產生空洞、空鼓等內部缺陷。這可能是由以下原因造成的：（1）管嘴位置洞口的存在切斷了原設計中的穹頂環向、徑向鋼筋，根據GB 50010-2010規范《混凝土結構設計規范》，按照“切一補一”的原則補充布置加強筋，導致該區域鋼筋直徑大、間距密集、縱橫交錯，混凝土澆筑時，振搗棒無法直接插入；（2）混凝土流動性低，未充分流動至鋼筋縫隙間；（3）在變截面位置處，鋼筋45～90°交錯布置，鋼筋密集交錯，雖部分區域深度僅在30公分以內，但手無法觸碰到底部碳鋼襯板。

在穹頂混凝土澆筑時，混凝土可能會產生塑性收縮裂縫甚至混凝土強度降低現象。這可能是由以下原因造成的：該27萬m3LNG儲罐建設地點緊鄰海邊，海風較大，儲罐外罐高度高達48.80m，儲罐高度與風速成正比。穹頂混凝土澆筑厚度為0.5m，相對較薄，且為球形凸起狀，增加了與外界的接觸面積。澆筑過程中，混凝土表層水分易散失出現塑性收縮裂縫；一旦水分持續散失，與混凝土水化反應的水將減少，導致混凝土達不到設計強度。

面對混凝土內部缺陷及收縮裂縫，預防措施如下：

混凝土須振搗密實，嚴防漏振，避免混凝土內部缺陷產生。（1）振搗器垂直插入混凝土中，每次停留15～20s，直至混凝土表面平滑、振搗器聲音穩定；（2）對于管嘴和變截面鋼筋密集處，使用直徑30mm的振搗棒，必要時拆開鋼筋振搗，振搗完成后恢復鋼筋原狀。特別注意振搗器及振搗棒不能振動碳鋼襯板、固定鋼筋、預埋件等；（3）穹頂混凝土面層用鐵鏟拍實找平，混凝土專用磨光機磨面收光，管嘴附近進行人工抹面收光；（4）弧形穹頂流淌下來的混凝土，采用人工抹平進行磨光壓實處理，保證混凝土無空隙和孔洞等；（5）混凝土在初凝前兩個小時，采用磨光機與木蟹搓平壓實，進行二次收面，以防止混凝土出現早期收縮裂縫[7]。合適實用的振搗及抹面方式避免了混凝土內部空鼓和早期裂縫的出現[8]。

儲罐穹頂混凝土施工實行分區澆筑[9]。根據澆筑段設備、澆筑時間及混凝土方量，擬將穹頂施工劃分為7個施工段，如圖1、圖2所示。澆筑由罐頂外圈變厚度段向中心等厚度段過渡澆筑，以螺旋方式呈環形帶狀向罐頂中心連續澆筑，如圖2所示。穹頂混凝土每環段混凝土一次性連續澆筑完成，以提高穹頂的整體結構性，澆筑條件如表2所示?；炷翝仓?，鋼筋綁扎工作必須全部完成，包括預埋件鋪設、鋼筋連接等。

圖1 穹頂施工分區段

圖2 穹頂澆筑順序圖

表2 穹頂混凝土澆筑要求

大型LNG混凝土儲罐穹頂結構具有其自身特殊性：高度高、受海風影響大、單次澆筑混凝土體量大、穹頂呈弧形等，傳統的灑水保濕養護比較困難，因此必須采用合適的養護方式[10]。利用涂覆涂膜材料方式在混凝土表面固化形成一層薄膜，與外界空氣阻隔，封鎖住混凝土內部水分。在混凝土終凝以后，在表面覆蓋土工織物，進行灑水保溫、保濕養護，根據氣溫高低適當增加澆水次數，保證混凝土水化反應過程中所需要的水分。

2.2 穹頂混凝土結構安全隱患及其預防措施

采用氣頂升技術將儲罐穹頂底部的碳鋼材料升至儲罐墻體頂部的抗壓環，通過焊接將碳鋼材料與抗壓環焊接在一起。焊接完成的穹頂結構將承受施工人員、施工機械、混凝土等動靜荷載，容易導致碳鋼材料變形，從而引起上部混凝土缺陷，因此必須采取相應措施。

在穹頂碳鋼氣頂升完畢后，風機需繼續給儲罐內部鼓風，維持儲罐內的壓力值[11]，為穹頂混凝土澆筑和罐頂施工提供一定的向上的作用力，確保碳鋼材料不變形。對于27萬方混凝土澆筑前開始保壓，保壓壓力10KPa，最后一圈強度到達80%后可泄壓。罐內壓力應逐級提升，防止混凝土產生結構性裂縫?；炷翝仓^程中，罐頂區域嚴禁混凝土堆積，如出現局部堆積，必須立即移除，重量大于5kN的工具設施（如混凝土澆筑漏斗等）不得在穹頂鋼架上置放。

2.3 施工冷縫及其預防措施

在穹頂混凝土澆筑時，可能會存在施工冷縫現象，可能是由以下原因造成的：（1）罐頂混凝土施工的第一圈鋼筋搭接多、環向長度長，混凝土厚度厚、方量多；（2）攪拌站能力不足，或泵車數量有限、泵送能力有限，澆筑間歇時間稍長等。如圖1所示，在罐頂上環梁和穹頂第一段混凝土交界面位置有厚度1m左右的施工縫，且粗直徑鋼筋以及馬凳筋分布密集，導致該位置混凝土難以使用木模板或鋼制模板做施工縫，分界面參差不齊。如果澆筑階段不引起足夠重視，將由施工縫變為永久的結構缺陷。

為了避免施工冷縫出現，預防措施如下：

在各分區間的環向垂直施工縫安裝金屬免拆型收口網[12]。施工段接縫處需做處理，澆筑之前按照要求安裝好收口網，如圖3所示。收口網固定在綁扎好的鋼筋上，使用鋼管間隔一米豎向靠攏并內外夾緊收口網，橫向方向在底板和頂板位置綁扎兩道維護鋼筋，固定在頂層和底層鋼筋上，確?；炷翝仓皆撐恢脮r候不倒塌，并防止收口網爆開。待混凝土初凝前，及時拆除鋼管。每一圈混凝土界面處的上部和下部鋼筋都會穿過免拆型收口網，注意該位置的堵漏，防止露空太大引起混凝土流失在未澆筑的另一側。為預防施工縫上口部位混凝土因振搗不到位而出現蜂窩現象，在混凝土澆筑過程中，派專人不間斷的觀察施工縫上口部位，在振搗之后發現有不密實情況后，及時補充混凝土，確保振搗密實[13]。施工縫處遇到穹頂支墩基礎可局部調整，保證基礎不跨在施工縫上。免拆型收口網替代了傳統模板，節省成本，免去安拆模板的時間，節省了大量的人工，讓施工過程更為便捷，在鋼筋分部較密的穹頂發揮了其成本低廉、質量優良的作用。

圖3 免拆型收口網

多設備“接力”配合，保證混凝土到達穹頂位置?，F場配備兩臺汽車泵，導流槽與吊斗配合，順時針或逆時針繞圈澆筑。在碳鋼穹頂澆筑的1～3段，坡度從31°平緩～18°，混凝土單次澆筑量較大，距離儲罐邊緣較近，因此可直接采用汽車泵澆筑。碳鋼穹頂澆筑4～7段，距離罐邊相對較遠，單次混凝土量減少，定制1.5方的料斗放置環梁上部，汽車泵泵送混凝土至料斗內，再用儲罐周圍的塔吊調運至澆筑地點。此設備接力方法節約設備資源，澆筑方式可靠連續，保證了混凝土澆筑的質量。

3 結語

本研究中的儲罐穹頂混凝土完工后，采用超聲波技術進行了全面的檢測驗證，裂縫均小于0.2mm，外觀質量滿足規范要求，是被實踐證明了的有效措施。采用以上技術措施，可提高混凝土澆筑質量，節約施工工期，節省工程成本，為穹頂混凝土凝固硬化和結構受力創造良好的受力環境，保證穹頂鋼結構上部混凝土施工的安全性，也為整個儲罐運營奠定了扎實的基礎。目前大型LNG儲罐建設數量逐步增多，對于穹頂施工將有重要的借鑒意義。