LNG储罐桩基施工阶段本质安全性探析

李宝玉，郑贤斌,王磊

1.四川华气天然气销售有限公司（四川 成都 610100）

2.中国石油天然气股份有限公司天然气销售分公司（北京 100101）

3.寰球工程项目管理（北京）有限公司（北京 100101）

0 引言

在“2030年前实现碳达峰”和“2060年前实现碳中和”的双重目标下，现阶段推动石化行业和城乡建设碳达峰，鼓励天然气替代煤炭[1]，是能源发展的必由之路，天然气已作为我国低碳转型能源结构调整的增长点。为了保证天然气储备量，LNG储罐建设速度加快[2-4]，LNG储罐布设也逐渐由港口向内地扩展，以更好地达到天然气区域调峰或调节的目的。LNG储罐桩基的选择取决于地层结构、地层条件、地震活动历史及基础抗震性等因素[5]。孙建刚等从理论和实验方面研究了LNG储罐基础隔震性能[6-8]。根据施工经验，李桂宁等论述了建筑桩基工程特点[9-12]，邓玉涛在中转油库钻孔灌注桩孔口护筒和清孔方面，提出施工质量控制措施[13]，张宝和等人从人机料法环角度提出LNG储罐桩基质量影响因素和常见问题的控制措施[14-15]。程惠阳等人从桩基检测方面进行了静载试验及数值模拟研究，为保证储罐桩基质量提供了方法[16-17]。谢中玉针对桩基施工中溶洞问题，提出了处理对策和施工处置措施[18]。于龙江从人、物、环境3个方面详细阐述了在桩基施工中存在的安全隐患，提出了应该采取的预防控制措施[19]。

随着国内多个港口LNG储罐的建设，施工经验越来越丰富，从桩基钻孔成桩的过程中分析和控制风险，从安全角度来阐述质量的可靠性[20-24]，从控制桩基质量方面推动LNG储罐本身的安全性，是从根本上消除安全隐患的有效方法。提高施工质量是施工现场安全管理的重要任务之一，质量的可靠性和稳定性从本质上直接决定了建筑物的安全性。由于LNG储罐单体体积大，桩基承载负荷大，在平衡性、稳定性和刚度方面要求高[9]，因此在LNG储罐桩基施工阶段必须控制钻孔成桩和砼工程质量，才能从源头上确保LNG储罐的本质安全性，这不仅会降低隐蔽工程施工质量事故，而且为储罐投产运行后的稳定性和安全性提供有力保障。

LNG储罐桩基施工阶段可能存在质量、安全、作业、设备、人员等方面的影响[25-27]，风险管控难度大，涉及地下地面工程环节复杂，如何从本质安全角度出发提早预防和管控安全风险和事故隐患是当前LNG储罐施工的重点和难点，从施工工艺流程、施工作业控制环节、施工质量控制风险方面进行全面探析具有现实意义和工程实用价值。

1 LNG储罐桩基工程概述

本文以某LNG工厂8×104m3LNG全容储罐项目为例，探讨LNG储罐桩基施工阶段的质量安全及相应策略。原材料采用主材钢筋HRB400E，桩基钢筋采用机械连接；混凝土采用C35，抗渗等级不低于P8。桩基采用钢筋混凝土一次成型灌注桩，布置252根桩柱，桩基最外圈中心线半径为32 m，平均桩长13 m。下设外两圈100根ZH-2型高桩，地上短柱长1 730 mm，中间成矩形布置152根ZH-1型高桩,地上短柱长1 530 mm，地下桩长均以桩端进入第5层中风化片麻岩1.2 m。由于地上有短柱，常见灌注桩受到限制，故采用旋挖钻机成孔，灌注桩与短柱钢筋一体成型，有为后续提高承台中钢筋抵抗水平力的作用。LNG储罐桩基平面布置如图1所示。

图1 LNG储罐桩基平面布置图

2 桩基施工工艺流程

合理的桩基施工工艺流程，不仅决定了LNG储罐桩基的施工工期，而且是保证施工阶段施工质量的前提条件，是桩基在施工阶段实现本质安全的基础。桩基施工工艺流程由施工工序构成，施工工序是组成桩基施工过程的基本单位。在现场完成临时设施搭建、设备报验、人员培训、施工方案审批、试验桩测试和场地平整等前期准备工作之后，按照LNG储罐桩基施工特点，划分为20个工序，以桩位测放为开始节点，成桩完成为终点节点。其中配置合格泥浆、钢筋笼成型、运输混凝土为产成品，供桩基施工中直接使用，为了节省单桩作业时间，拔导管提护筒和清理桩头、校正钢筋笼工序，可以同时施工。不同工序按照先后顺序连续开展施工作业，每桩20个工序形成一个循环作业。LNG储罐桩基施工工艺流程如图2所示。

图2 LNG储罐桩基施工工艺流程图

3 桩基施工质量技术关键控制要点及预防控制措施

在对施工工艺流程分析的基础上，在施工前应严格控制关键施工工序，把控质量关键控制要点，才能确保在合理施工工序的前提下，优质、高效地完成LNG储罐桩基工程。

依据GB 50300—2013《建筑工程施工质量验收统一标准》和JGJ 106—2014《建筑桩基检测技术规范》，并结合民建桩基工程施工和LNG储罐桩基施工经验[13-15]，在桩基施工前，制定检验原材料、测量放线、制作钢筋笼、成孔、检测商品混凝土、灌注地下混凝土、灌注地上短柱混凝土共7个方面的技术质量预防措施，有效控制桩基在施工过程质量，从而降低施工阶段发生事故的概率。

3.1 原材料验收及管理

钢筋笼成型工序中包括钢筋加工场地准备、主材选择与验收、主材的堆放与标识、钢筋原材料加工和钢筋笼制作等，钢筋原材料的关键控制要点在于钢筋验收和管理。预防控制措施：一是检查进场钢筋，核对型号，检查产品出厂合格证、出厂检验报告，填写原材料检验记录单，对不合格材料具有可追溯性；二是经CMA资质的实验室取样检测，出具复检合格报告；三是建立健全材料和物资库管理制度，培训和考核物资采购人员、质量检查员。

3.2 测量放线

测量放线包含测量控制点、建立测量控制网和确定桩位，采用GPS测放，精确度要求较高。测量放线质量技术关键控制要点是测量偏差和标高偏差。预防控制措施：一是使用检验合格的测量仪器；二是测量人员持证上岗，确保人员岗能匹配。

3.3 制作钢筋笼

制作钢筋笼包含主筋连接、箍筋焊接、钢筋骨架成型、声测管的制作及安装、验收及成品保护，制作中测量偏差和间距直接影响钢筋笼成品的承载力，对桩基成桩质量起决定性作用。钢筋笼采用分节和单接制作，制作钢筋笼质量技术控制要点关键是：钢筋质量；钢筋直螺纹套筒机械连接或点焊加绑扎搭接长度；笼长和笼径偏差；主筋间距；箍筋间距。

预防控制措施主要通过对钢筋采样试验和用钢尺丈量方法检查，控制主控项目和一般项目的偏差或允许值。按照GB 50202—2018《建筑地基基础工程施工质量验收标准》制定钢筋质量检验标准见表1。

表1 钢筋笼质量检验标准 /mm

3.4 检测商品混凝土

检测商品混凝土质量，控制混凝土指标对砼工程质量有很大影响。本工程桩身混凝土强度为C35,抗渗等级大于等于P8，混凝土检测质量技术控制要点在于对混凝土初次检测实验以及在施工过程中同条件下的抽样检测。依据GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，对混凝土进行稠度、填充性检验与评定、间隙通过性、凝结时间、均匀性、沁水、压力沁水、表观密度、含气量、抗离析性能、温度、绝热温升、坍落度、维勃稠度、扩展度等试验；依据GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》，对混凝土进行抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、疲劳强度、静力受压弹性模量、收缩、徐变等物理力学性能试验。

3.5 成孔

成孔质量受旋挖钻进、清孔、成孔质量检查、灌前二次清孔和沉渣厚度检查工序质量共同影响，通过控制过程中的各项指标来确保成孔质量。成孔在桩基工程中为控制难点，成孔主要质量技术控制要点：护筒下设深度；垂直度及偏差；桩位偏差；桩径；成孔深度；孔垂直度；泥浆性能指标；桩端入持力层深度；孔底沉渣厚度。

预防控制措施主要包括：现场技术人员检查；严格控制钻头直径；根据地层变化及时更换钻具；控制泥浆性能指标。根据JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》要求，成孔验收指标及偏差要求见表2。

表2 成孔验收指标及偏差要求

3.6 灌注地下混凝土

灌注地下混凝土是桩基形成的重要控制点，与灌注地上短柱混凝土和钢筋笼成品质量共同决定了桩基承载能力大小。灌注地下混凝土质量技术控制要点在于：灌前沉渣厚度；钢筋笼安放；导管密封性及埋设深度；桩顶标高；桩顶超灌量；护筒起拔。

预防控制措施：混凝土面测量用两点测量；混凝土浇筑连续施工；护筒起拔要缓慢匀速；检测混凝土充盈系数不小于1.1。

3.7 灌注地上短柱混凝土

灌注地上短柱混凝土是桩基形成的重要控制点，与灌注地下混凝土和钢筋笼成品质量共同决定了桩基承载能力大小。灌注地上短柱混凝土质量技术控制要点：清理钢筋，绑扎桩头钢筋；支设模板；地面以上混凝土密实；控制拆模时间；养护混凝土；控制桩顶标高。

预防控制措施：检查清理钢筋和绑扎桩头钢筋符合GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》要求；混凝土面测量用两点测量；混凝土浇筑连续施工；拆模及混凝土养护时间应满足混凝土强度不低于设计强度75%。

4 钻孔成桩和砼工程施工质量控制重难点风险清单

LNG储罐桩基工程在施工过程中，主要由钻孔成桩和砼工程构成。钻孔成桩和砼工程均是隐蔽工程在施工阶段质量控制的重难点，施工质量可靠性大小直接决定了桩基安全性能高低。钻孔成桩是砼工程的基础工程，按照施工工艺依序施工，在桩基质量安全方面起了顶梁柱的作用，砼工程是钢筋笼与混凝土一体成型工程，是桩基产成品。根据LNG储罐桩基施工工艺流程，施工单位应严格按照相关规范要求，制定合理的LNG储罐桩基施工方案后组织施工。

本文结合8×104m3LNG储罐桩基项目施工经验，总结了钻孔成桩七大质量问题，包括坍孔、钻孔漏浆、成孔偏斜、孔深不足、钢筋笼变形、钢筋笼位置偏差和断桩；砼工程五大质量风险包括砼表面缺浆、粗糙、凸凹不平，但无钢筋和石子外露；砼局部酥松，石子间没有砂浆，出现空隙，形成蜂窝状的孔洞；砼结构内有孔洞，局部没有砼，或蜂窝巨大；砼结构内的主筋或副筋露于砼表面；砼结构直边处和棱角处局部掉落。

目前施工质量控制主要是制定质量管理计划，以规范为标准、以质量管理体系和制度为保证、以监理为监督，多数是从施工项目管理程序上加以控制，但实际施工过程是复杂的，不可控因素较多。针对施工过程中出现的具体问题，以此为研究对象，从质量管理“PDCA”循环方法上，探究桩基质量控制方式是很有必要的。

在施工阶段出现的施工质量问题和质量控制过程中出现偏差，但对于新建LNG储罐桩基工程而言，借鉴以往的经验，并基于安全风险管理理念，属于可控质量风险，应在桩基施工前，提前对质量控制重难点进行管控。针对钻孔成桩和砼工程中每一种质量风险，描述了可能存在的风险因素，根据工程实践中解决问题的有效方式，提出了相应的风险控制措施，形成施工质量控制重难点风险清单，见表3和表4。

表3 钻孔成桩施工质量控制重难点风险清单

续表

表4 砼工程施工难点质量控制重难点风险清单

质量风险清单来源于工程实践中的具体质量问题，但研究目的是为了更好地指导工程建设。在原LNG储罐桩基施工质量控制计划中增加钻孔

成桩和砼工程施工质量控制重难点风险清单，通过程序化管理，推动施工过程中开展质量精细化管理，更好地控制桩基产成品质量，这对提高LNG储罐桩基施工阶段本质安全性具有工程指导意义。

5 结论

1）针对8×104m3LNG储罐桩基施工过程，详细分析了桩基施工工艺流程，施工前以预防为主，从技术质量方面提出了关键施工工序的控制要点和预防控制措施。

2）结合LNG储罐桩基施工阶段的施工经验，总结了钻孔成桩七大质量问题和砼工程五大质量问题，基于安全风险管理理念，将本工程质量问题形成桩基项目质量控制重难点风险清单，分析了主要质量风险、可能存在的风险因素和风险防控措施，对桩基工程施工具有借鉴价值。

3）基于质量管理PDCA循环工作方法，通过质量风险清单的形式，指导桩基工程建设，在原施工质量计划中增加钻孔成桩和砼工程施工质量控制重难点风险清单，通过施工过程程序化管理，增加桩基产成品质量可靠性，以达到提高桩基本质安全性的目的。

4）LNG储罐桩基工程施工质量，还可以从工程项目全过程管理的角度，如在设计阶段开展本质安全研讨并制定对策措施。