LNG储罐桩基施工优化及质量控制措施

李 俊，朱海山，叶忠志

海洋石油工程股份有限公司，天津 300451

如今LNG低温储罐已经发展成为液化天然气接收站最关键的装置之一，国内外已建或在建的架空形式LNG储罐项目常规采用桩基基础，通过承台将很多桩的顶部连接成一体，成为承受大载荷的深基础，以满足建筑工程的要求[1]。冲孔锤式灌注桩因适用于各类土层、风化岩、软质岩及硬质岩石等不同种类的地质，且施工设备比较简单、易于施工操作、投资少、工期短等优点，近年来已在我国建筑行业广泛应用[2-5]。漳州LNG项目储罐基础采用冲孔锤式灌注桩，施工过程进行全过程管控，尤其对钢筋笼制作、泥浆配置、钻孔、清孔、下放钢筋笼、混凝土灌注等几大关键工序进行重点盯防，确保了钻孔灌注桩的施工质量。本文将围绕该项目的桩基施工工艺流程、控制难点及控制措施进行重点介绍。

1 工程概况

漳州LNG项目处于福建省漳州龙海市隆教乡兴古湾，共计划建设6台16×104m3大型储罐和配套接收站。一期工程建设2台储罐和配套接收站，储罐的工程桩采用冲孔锤式灌注桩，其参数如下：

（1） 桩径1.2 m，桩长预计14～42 m，每台储罐380根桩，共计760根桩。

（2） 桩身混凝土强度等级C40。由于漳州LNG接收站靠海建设，对氯离子含量的要求极为严格，按照设计规格书要求混凝土中砂的氯离子含量不得大于0.06%；含泥量不超过3%，其中泥块含量不超过1.0%；硫化物及硫酸盐含量（按SO3质量计） 不超过1%；有机物含量达到合格水平。

（3） 桩身钢筋：主筋HRB400E，直径25 mm；外圈箍筋 HPB300， 准16（ 准12）@100； 内圈箍筋HRE400E，准20@1 200；钢筋保护层厚90 mm。

2 桩基施工工艺

2.1 冲孔锤式灌注桩施工原理及优缺点

本工程采用的冲孔锤式灌注桩是冲孔式灌注桩的一种，它采用大型冲孔钻机将带冲孔钻刃的钻头提升到一定高度，然后靠自由下落的冲击力来削切岩层，通过泥浆正循环清渣法将碎渣排出成孔，然后放入钢筋笼再灌注混凝土。此施工工艺的优点：对邻近建筑物及周围环境影响小；桩长和桩端直径可以根据实际工程要求进行相应调整；桩端可进入持力层或嵌入岩层，单桩承载力大。缺点：操作工艺较复杂，对操作人员水平要求较高；易发生施工质量事故；施工后桩不能立即承受较大的荷载；冬季施工困难较多。

2.2 冲孔锤式灌注桩施工工序

冲孔锤式灌注桩施工工艺流程见图1[6-7]。

3 桩基施工控制难点解决方案

3.1 优化钢筋加工区布置，满足钢筋笼施工需求

本项目的2台储罐存在钢筋笼型号规格不同、钢筋笼长度不确定的问题。1#储罐桩基钢筋笼主筋规格为准25 mm，其中钢筋笼上部0～9 m为48根准25 mm钢筋，9 m以下为24根准25 mm钢筋。2#储罐相对复杂，按照设计要求桩长不同配置的钢筋类型及数量也不相同，当桩长≤20 m时，钢筋配置为：钢筋笼上部0～9 m为48根准28 mm钢筋，9m以下为24根准28mm钢筋；当20m＜桩长≤25 m时，钢筋配置为：钢筋笼上部0～9m为48根准28mm钢筋，9～18.45m为24根准28mm钢筋，18.45～25m为12根准25 mm钢筋；当25 m＜桩长＜42 m时，钢筋配置为：钢筋笼上部0～9 m为40根准25 mm钢筋，9～18.45 m为20根准25 mm钢筋，18.45～42 m为10根准25 mm钢筋。

图1 冲孔锤式灌注桩施工工艺流程

在进行钢筋加工区域设计时，就要考虑功能性布置和机动性划分。传统的钢筋加工场一般分为1个或2个加工区，当钢筋笼采用直螺纹机械连接时，每个加工区域必须对应同等规格刀头的滚丝机（更换不同规格的刀头需要拆卸、安装、调试），这就限制了每个加工区只能单独生产某一种主筋规格的钢筋笼。由于现场地层变化的不确定性以及钢筋的配置类型及数量不同，导致两个加工生产区分别生产钢筋笼的时间不同，造成现场实际施工中存在完成终孔但没有钢筋笼及时供应的问题，由于传统钢筋加工区无法改变加工工序，因此也就无法满足灌注桩的施工连续性要求。

解决方案为：钢筋加工棚从里至外分区设置钢筋加工区、原材料堆放区、原材料下料区、直螺纹丝头加工平台、主筋直螺纹连接区、骨架成型区、钢筋笼成型区。在钢筋加工区采用长70 m的平铺轨道，轨道上采用拖车，根据现场对钢筋笼规格和数量的实际需求灵活机动地操作拖车的运动，保证优先制作施工现场最急需的钢筋笼，从而满足现场施工需求。钢筋加工区布布置及平铺轨道设计现场如图2所示。

图2 钢筋加工区布置及平铺轨道设计现场

3.2 优化泥浆性能参数，提升泥浆护壁能力

本项目现场地层情况比较特殊，上部地层主要为人工吹填砂，因此采用冲击钻成孔无法利用天然地层造浆，且泥浆性能不易控制。针对此种情况，首先需要选用优质的黏土进行调配泥浆，泥砂相对密度控制在1.35左右，通过泥浆池三级净化、泥砂分离装置（如图3所示），通过循环、沉淀、泥砂分离步骤充分净化泥浆内的余砂，控制泥浆性能，最终调整到泥浆相对密度≤ 1.25、含砂率＜8%、黏度＜28 Pa·s，满足规范及设计要求。

图3 泥浆性能控制示意

3.3 优化桩基操作模式，降本增效提升竞争力

为提升本项目桩基工程的施工效率，采用了12台自动冲孔钻机，其控制系统根据输入的参数（提锤高度、刹车高度、刹车时间、离合时间） 等实现自动化施工作业，且可处理紧急情况，减少事故的发生。自动冲孔钻机现场施工如图4所示，工效分析见表1。

图4 自动冲孔钻机施工现场

表1 工效分析对比

4 桩基施工质量控制及常见问题预防措施

4.1 质量控制

冲击成孔灌注桩施工采用的设备虽然简单，但整个施工过程复杂，一旦出现偏差，将带来质量及安全事故，因此需要严格控制施工前、施工过程中以及施工后各阶段的质量控制要点。

施工前应做好设计技术交底、编制施工方案、配置工机具等前期工作；施工过程中重点做好钢筋笼制作质量控制、泥浆性能控制、钻孔质量控制、混凝土质量控制、施工环境控制。采取全过程监管，针对每日、每周、每月施工质量的隐患问题制作每日质量控制公示栏，确保现场质量管理效率及督促施工单位质量隐患整改效率[8-14]。阶段性施工结束后开展工作总结，扬长避短，提升施工整体质量。

4.2 常见问题预防措施

施工过程中可能由于准备不足、管理不当或操作不当而引起桩基施工质量问题，为此该项目针对工程特点提前编制了应对质量问题的措施，见表2。

表2 冲击钻孔灌注桩常见问题质量控制措施

4.3 桩基检测结果

本项目严格按设计方案和规划的技术施工，注重细节管理等，对所有工程桩进行检测，其中：利用声波透射法对76根桩进行桩身完整性检测，结果表明75根为Ⅰ类、1根为Ⅱ类；对8根桩进行单桩竖向抗压承载力检测，结果表明均满足设计承载力特征值6 000 kN的要求；利用低应变检测对760根桩进行桩身完整性检测，结果表明桩身均完整，751根为Ⅰ类、9根为II类，高于设计要求。

5 结论

LNG储罐已成为液化天然气接收站关键的装置之一，LNG储罐桩基建设在施工过程中属于隐蔽工程，其质量的好坏将直接影响到整个储罐的工程质量。在储罐桩基施工过程中应充分了解和掌握桩基的施工工艺，明确桩基施工过程中的质量风险控制和施工要点，严格把守施工过程，并通过施工优化改善施工条件及环境，以防为主，做好全过程监管。本项目工程桩经声波透射法检测、低应变检测、单桩竖向抗压承载力检测结果显示，760根工程桩桩基完整性检测均为I类和II类桩，竖向承载力检测均满足设计要求。事实证明，以上桩基施工过程的优化设计措施及质量控制方法是合理的，达到了预期效果，确保了项目工程质量。