LNG 槽车装车撬沉降处理措施研究

张慧宝 （安徽长江液化天然气有限责任公司，安徽 芜湖 241000）

1 前言

目前LNG槽车运输是中国应用最广泛的且唯一的液化天然气陆路运输方式。LNG槽车装车撬是LNG接收站槽车装卸外输的关键控制设备，其作用为将压力 0.7～0.9MPa，温度-165℃的LNG经装卸臂、控制阀、液相管道等加注到槽车，所以保证槽车撬的安全运行尤为重要。

2 某项目撬基础沉降概况

某公司建设有七台LNG槽车装车撬（以下简称：装车撬），七台装车撬的布置见图1装车撬及基础布置图。装车撬主要是由一对装车臂和回气鹤管、流量计、静电报警控制器、压力变送器、装车流量控制阀和紧急切断阀、相关管道和批量控制器组成，以上仪表、设备和管道集成在一个专用钢结构框架内组成了装车撬，其外形尺寸5950x2100x2175（高）mm，具体情况见图2装车撬框架示意图。

图1 装车撬及基础布置图

图2 装车撬框架示意图

装车撬通过这个专用的钢结构框架固定在设备基础上，固定方式为基础预埋螺栓，装车撬安装完成后灌浆，基础尺寸为6500×3000×300（厚）mm，顶标高6.100，具体情况见图3装车撬基础形式示意图。为保证设备安全和稳定，每台撬的基础的对角线设置2个沉降观测点，委托了有资质的第三方沉降观测机构对全厂建、构筑物和控制网进行沉降观测，其中装车撬基础沉降观测情况为：自2012年9月开始，至2014年6月共观测7次，观测设备为德国蔡司电子水准仪（仪器标称精度为每千米水准测量高差中数偶然中误差0.3mm）配2米铟钢条码水准尺一对，其中2014年6月份具体观测数据及各撬对应的沉降量见表1。

图3 装车撬基础形式示意图

装车撬沉降量 表1

从表1可以看出，7台装车撬基础产生不同程度的沉降，沉降量在122～127mm之间，装车撬基础所支撑的装车撬及其连接管线随其一起沉降，装车撬及其管线产生了向下的变形和拉应力，造成设备及管线应力集中，连接设备的管线有断裂损坏的风险，存在安全运行隐患。

3 撬基础沉降原因分析

①装车撬基础为独立设备基础，未采用桩基形式，坐落在天然地基上而变形量大；而装车撬的连接管线支撑在管廊上，管廊采用先张法预应力管桩加承台的基础形式，变形量小。所以，装车撬基础易发生沉降，其沉降量达120mm；而装车撬附属管线采用不易沉降的桩基础，管廊的沉降量仅为3～9mm。

②根据设计图纸和地勘报告，装车撬基础底标高为5.800，可知其坐落在1-1塘渣层上，塘渣层厚度约3m，其承载力特征值110kPa，为中低压缩性，但塘渣层下部为淤泥质土，其中2-1、2-2、3-1、3-2土层为高压缩性土，4a、5-1、5-2、5-3土层为中压缩性土，装车撬基础地质情况见表2地基土层性质及压缩模量、承载力特征值表。

地基土层性质及压缩模量、承载力特征值表 表2

③3m厚的1-1塘渣层，回填时对其进行了强夯地基处理，强夯后的塘渣层成为一个密实的、压缩量较小的整体土层，并可作为对沉降变形要求不高的建筑物的浅基础持力层；但是整个塘渣层对下部淤泥质土层施加了60kN/m的自重荷载，再加上50kN的装车撬自重，122kN的混凝土设备基础自重，下部淤泥土层将承载70.6kN/m的面荷载，在此面荷载作用下高压缩性淤泥质土产生了压缩变形，致使其上部的装车撬基础和设备产生了向下的沉降。

4 撬基础沉降处理方案

为保证装车撬的安全运行，必须尽快改善装车撬及附属管线的沉降现状，原装车撬设计院对装车撬沉降数据进行了分析，并经双方沟通讨论后形成如下的共识：

①计算装车撬附属管道受力情况，设计院按照130mm沉降量对装车撬附属管道进行应力计算，管道应力已达到弹性阶段的极限状态，但未进入塑性变形区，必须马上开展沉降消除工作；

②因装车撬一直处于正常生产运行状态，目前无法改变其基础形式，但可以对装车撬及其附属管线采用顶升技术，抬升装车撬及附属管线的标高，减小其变形和应力；

③采用顶升技术把装车撬顶升110mm左右，具体数值根据现场抬升情况确定，完成一台顶升后再进行下一台；

④顶升前必须关闭装车撬进口切断阀，阀后的管道和装车撬氮气吹扫置换完成后，脱开接口法兰，检查螺栓及最后一道焊口强度是否变化，对管道系统变形情况进行观察判断；

⑤考虑到原装车撬预埋螺栓外露长度不能满足抬升高度的要求，需提前准备连接套筒接长地脚螺栓；

⑥装车撬顶升过程中必须严格控制顶升速度，每次顶升高度小于20mm，顶升时装车撬钢框架和基础间隙必须随顶随垫；

⑦顶升过程中必须做好应急预案和安全防护措施。

5 装车撬顶升

根据设计院意见并结合现场实际编制了详细的提升施工方案，按照施工方案对7台装车撬进行顶升，把沉降差缩小到27mm以内，减小了装车撬及附属管道的变形和应力，保证装车撬可以继续安全运行，其重要工作步骤和技术要求如下。

5.1 顶升前准备工作

①作业前进行了顶升安全分析，并制定相应的保证措施；

②作业前开具切断连锁、动火等作业许可；

③将装车撬附属管线上阀门切断，阀门后管道和装车撬氮气置换至安全状态，并进行可燃气体检测；

④将装车撬的附属管线与设备连接的保冷拆除，并将连接法兰和螺栓拆下；

⑤对螺栓进行PT检测及抗拉强度、扭曲强度的检测；队法兰第一道焊口进行PT检测，并检查是否检测合格；

⑥准备5个5吨的千斤顶（4用1备），并加工制作5套专用工具（4用1备），4把水平尺（600mm）；

⑦为确保安全，顶升作业前消防车到达指定位置待命。

5.2 顶升施工

①松开固定装车撬的6颗螺栓，破除装车撬基础与装车撬框架之间的灌浆层，使装车撬在千斤顶顶升时可以向上移动；

②将4套专用工具安装并点焊在装车撬钢框架4个角的底部槽钢的上翼缘板，4个5T千斤顶支撑在这4个专用工具上，把4把水平尺分别放置在装车撬框架底部4根槽钢组成的框架的中心。

③把整个抬升工作分配至人，设置1名总指挥，4个名观察员，4个千斤顶操作人员，1名安全员，各负其责，在总指挥安排有条不紊顶升。

④将4个千斤顶同时、同步向上顶，使装车撬保持在水平状态下抬升；每次顶升高度小于20mm，并把装车撬钢框架和基础之间的间隙用垫铁填实，每次顶升后间隔10分钟进行观察；

⑤装车撬的高度即将到达原地脚螺栓高度时，在原有地脚螺栓上安装一个螺栓连接套筒，将原有的地脚螺栓接长；

⑥装车撬调整到位后，用固定螺帽将装车撬固定；立即将工艺管道原支撑部位下方增加工字钢，使管道有支持点；

⑦预埋沉降观测点位；恢复法兰及保冷，准备试运行装车撬。

5.3 顶升效果

顶升后装车撬恢复情况见表3装车撬抬升高度汇总表。从表中可以得出，经顶升后7台装车撬及其附属管线的最大沉降量在27mm以内，达到了设计的处理要求，有效地消除了装车撬及附属管线的集中应力，保证了装车撬的运行安全。

装车撬抬升高度汇总表 表3

顶升后继续开展沉降观测工作，观测频率4次/年，根据观测数据跟踪分析装车撬抬升后稳定状况。

6 撬基础的改进建议

通过装车撬沉降分析和顶升施工，建议后续类似项目采用以下措施可保证装车撬的安全运行：

①关键设备基础位于压缩性高的土层地质时，必须采用沉降量小的桩基形式；

②关键设备及其基础必须进行定期的沉降观测；

③完成本次装车撬抬升后，经历1～2年时间，装车撬随时间会继续沉降，需要再次进行顶升，再次顶升时，建议采用可调螺栓，以便再次沉降后的抬升。