溫朝臣 盧雙桂 蔣業(yè)東 劉進(jìn)

【關(guān)鍵詞】LNG儲(chǔ)罐;超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系設(shè)計(jì);施工技術(shù)要點(diǎn)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU757 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）05-0092-03

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)于清潔、經(jīng)濟(jì)、安全能源的需求量越來(lái)越大，天然氣是大家所公認(rèn)的清潔能源之一，因此需求量也是逐年大幅遞增。為了確保經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)及滿(mǎn)足人們?nèi)粘Ｉ畹男枨螅枰\(yùn)輸且儲(chǔ)存大量的天然氣，但常規(guī)的天然氣體積大，運(yùn)輸及儲(chǔ)存不方便且成本高，為了解決這一難題，常規(guī)的做法是將大量的天然氣按照其臨界溫度值-165 ℃左右液化后放置在統(tǒng)一天然氣接收站的LNG（LNG即液化天然氣的英文縮寫(xiě)）儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)，而液化后的天然氣的體積僅為常規(guī)氣體的1/620，使用非常便利。但是，LNG混凝土外罐建設(shè)的安全性及工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)非常高，常規(guī)的預(yù)應(yīng)力錨固體系不能滿(mǎn)足其超低溫狀態(tài)下的各項(xiàng)工作性能指標(biāo)，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常需要用到滿(mǎn)足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求的超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系才能滿(mǎn)足此需求。同時(shí)，超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系的施工質(zhì)量是LNG外罐的工程質(zhì)量是否可達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的保障，因而需足夠重視及嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)施工要求。本文著重對(duì)該體系的設(shè)計(jì)、施工過(guò)程及關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行介紹，為后續(xù)同類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體系施工提供參考。

1 超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系設(shè)計(jì)及施工技術(shù)要點(diǎn)

1.1 超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系設(shè)計(jì)

超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系主要由灌漿帽、工作錨板、工作夾片、錨墊板、螺旋筋、連接筋、預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)、波紋管等零件組成，具體構(gòu)成如圖1所示。該體系需要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T 14370—2015）[1]和歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG 013：2002[2]要求。

該體系中的主要構(gòu)件預(yù)應(yīng)力錨具及預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)、預(yù)應(yīng)力管道的技術(shù)性能需滿(mǎn)足如下要求。

1.1.1 錨具的主要技術(shù)性能

（1）靜載錨固性能：錨具的常溫及低溫（-196 ℃）情況下靜載錨固性能同時(shí)滿(mǎn)足ηa≥0.95;εapu≥2.0%要求[1]。

（2）疲勞荷載性能：預(yù)應(yīng)力筋-錨具組裝件滿(mǎn)足循環(huán)次數(shù)為200萬(wàn)次的疲勞荷載性能試驗(yàn)要求[2]。

（3）輔助性能及其他要求：？譹？訛錨具錨固的回縮量≤6 mm[1];？譺？訛錨具能滿(mǎn)足分級(jí)張拉、補(bǔ)張拉和放松鋼絞線(xiàn)的要求;？譻？訛錨具的錨口摩阻損失≤2%，錨口摩阻和喇叭口摩阻損失合計(jì)≤6%[1]。

1.1.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的主要技術(shù)性能要求

預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)常用直徑規(guī)格為φ15.7 mm，常用的強(qiáng)度級(jí)別為1 860 MPa，要求適用于-196 ℃超低溫環(huán)境，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為prEN10138的Y1860S7-15.7-R1-F1-C1L。

1.1.3 預(yù)應(yīng)力管道的主要技術(shù)性能要求

預(yù)應(yīng)力管道采用金屬波紋管，垂直和水平預(yù)埋管均采用0.6 mm厚的鍍鋅鋼板卷制而成的金屬波紋管，結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

金屬波紋管常在工地現(xiàn)場(chǎng)制作，也可由廠(chǎng)家提供，廠(chǎng)家提供的金屬波紋管每段長(zhǎng)6 m，可用內(nèi)徑大一號(hào)的波紋管連接。金屬波紋管要求無(wú)孔洞和不規(guī)則的折皺，咬口無(wú)開(kāi)裂、無(wú)脫扣。經(jīng)規(guī)定的集中荷載和均布荷載作用后或在彎曲情況下，波紋管不得滲出水泥漿，但允許滲水且需滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土用金屬波紋管》（JG 225—2007）中的相關(guān)要求[3]。

1.2 超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系的施工技術(shù)要點(diǎn)

1.2.1 常用的施工工藝流程

該體系的施工比較復(fù)雜，為保證LNG混凝土外罐結(jié)構(gòu)具備足夠的穩(wěn)定性及安全性，保證該體系處于正常使用狀態(tài)，需要嚴(yán)格控制該體系的施工工藝流程，建議使用的工藝流程如下。

安裝罐體底板底?！惭b豎向預(yù)應(yīng)力錨墊板及螺旋筋→綁扎罐體底板、墻體及扶壁柱鋼筋→波紋管控制點(diǎn)彈線(xiàn)、焊接控制點(diǎn)定位鋼筋→布設(shè)罐體底板、墻體豎向、環(huán)向和扶壁柱內(nèi)的波紋管→安裝張拉端錨墊板及螺旋筋→隱蔽工程驗(yàn)收→安裝其他部位的模板→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)、拆模→預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)穿束→工作錨板、工作夾片安裝→預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備及工具安裝→預(yù)應(yīng)力張拉→預(yù)應(yīng)力孔道灌漿→封錨。

該工藝流程施工過(guò)程中需要注意事項(xiàng)如下。

（1）在澆筑混凝土?xí)r，同步按照標(biāo)準(zhǔn)要求制作混凝土試塊，并且只有在混凝土試塊經(jīng)法定的檢測(cè)單位檢驗(yàn)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)后才可進(jìn)行張拉施工。

（2）鋼絞線(xiàn)、錨具等必須有檢驗(yàn)合格的報(bào)告方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力穿束，不合格不得在LNG混凝土罐的施工中使用。

（3）張拉工序中，張拉設(shè)備必須進(jìn)行校準(zhǔn)，并且摩阻試驗(yàn)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行張拉施工。

（4）灌漿工序中需同步制作灌漿試塊，并且灌漿用的材料試驗(yàn)強(qiáng)度必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求且灌漿試驗(yàn)全部完成后方可進(jìn)行該工序。

1.2.2 波紋管布置工藝要點(diǎn)

對(duì)于波紋管布置，需重點(diǎn)注意水平及豎向布置的不同點(diǎn)。

（1）對(duì)于水平環(huán)向管道，每一施工段鋼筋綁扎就位后，用φ14 mm以上的鋼筋制作定位支架并焊接牢固，支架間距≤1 500 mm，防止在混凝土澆筑過(guò)程中管道下垂，使用鐵絲把管道和支撐筋綁扎牢固，防止管道上浮走位，管道4個(gè)方向的偏差均不得大于±5 mm，嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)要求的波紋管位置。

（2）對(duì)于豎向預(yù)應(yīng)力管道，安裝方法跟水平管道相似，但要特別注意，豎向管道頂部的開(kāi)口必須用紗布堵住或蓋帽蓋上，防止管道在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力束穿束前被雜物堵住影響后續(xù)預(yù)應(yīng)力束穿束及張拉。

（3）波紋管連接方式。波紋管之間的連接采用大一號(hào)的波紋管作為連接套管，其長(zhǎng)度≥300 mm，波紋管插入套管內(nèi)的長(zhǎng)度≥150 mm，接口處用熱縮套密封（如圖3所示）。

（4）波紋管與錨墊板下口連接方式。波紋管與錨墊板連接方式是將波紋管的一端插入錨墊板下口內(nèi)，其接口縫處采用熱可收縮的套管或其他等效替代品進(jìn)行密封（如圖4所示）。

1.2.3 鋼絞線(xiàn)布置工藝要點(diǎn)

對(duì)于鋼絞線(xiàn)，需要注意以下3點(diǎn)。

（1）鋼絞線(xiàn)在裝入放線(xiàn)盤(pán)前，外包裝、水溶性防銹油、匝均不能破壞，保證鋼絞線(xiàn)不銹蝕或不受到機(jī)械、化學(xué)、電化學(xué)、熱等損傷。

（2）穿束完成后立即將錨具和外露鋼絞線(xiàn)用塑料布包裹，同時(shí)密封波紋管口，防止水氣及有害介質(zhì)侵蝕。

（3）為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求的應(yīng)力值及伸長(zhǎng)值，在穿束過(guò)程中應(yīng)注意準(zhǔn)確記錄鋼絞線(xiàn)束的編號(hào)及鋼絞線(xiàn)標(biāo)牌號(hào)。

1.2.4 預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)張拉順序

預(yù)應(yīng)力的張拉順序與工程結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力筋布置方式相關(guān)，不同的工程結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力筋布置方式有不同的張拉方式，下面以某LNG儲(chǔ)罐工程預(yù)應(yīng)力筋張拉順序?yàn)槔８鶕?jù)某LNG儲(chǔ)罐工程的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，張拉順序如下：穹頂施工完成后采用間隔對(duì)稱(chēng)張拉筒體墻和扶壁柱內(nèi)豎向束鋼絞線(xiàn)（通過(guò)施工臨時(shí)洞口處豎向束鋼絞線(xiàn)待洞口混凝土澆筑后且強(qiáng)度達(dá)到100%后再?gòu)埨讽斒┕で皬埨h(huán)梁內(nèi)87、88、89、90、91、92號(hào)束的鋼絞線(xiàn)（如圖5所示）→穹頂施工完成后張拉環(huán)梁內(nèi)84、85、86號(hào)束的鋼絞線(xiàn)（如圖5所示）→對(duì)稱(chēng)張拉總量50%的同一環(huán)內(nèi)的環(huán)向鋼絞線(xiàn)（通過(guò)施工臨時(shí)洞口處環(huán)向鋼絞線(xiàn)待洞口混凝土澆筑后且強(qiáng)度達(dá)到100%后再?gòu)埨R時(shí)洞口封堵后，對(duì)稱(chēng)張拉剩余的50%環(huán)向束鋼絞線(xiàn)→對(duì)稱(chēng)張拉筒體墻剩余豎向束鋼絞線(xiàn)。

1.2.5 預(yù)應(yīng)力體系張拉技術(shù)要點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力張拉作為L(zhǎng)NG混凝土外罐超低溫預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是在結(jié)構(gòu)中建立有效預(yù)應(yīng)力作用的唯一保障工序，因此需要嚴(yán)格控制該工序的施工，保證結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)的應(yīng)力要求值。

該預(yù)應(yīng)力體系張拉的總體要求如下。

（1）張拉順序必須嚴(yán)格根據(jù)該體系結(jié)構(gòu)受力要點(diǎn)，在保證施工方便、操作安全、質(zhì)量等因素的前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且該體系的構(gòu)件平面順序和截面預(yù)應(yīng)力筋順序都應(yīng)當(dāng)遵循對(duì)稱(chēng)平衡張拉原則。

（2）張拉宜采用兩端對(duì)稱(chēng)張拉方式，并根據(jù)該體系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工程的特定結(jié)構(gòu)要求采用分階段張拉、分批張拉、分級(jí)張拉、分段張拉等成熟的工藝進(jìn)行。

（3）張拉應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行應(yīng)力控制，并對(duì)伸長(zhǎng)值進(jìn)行計(jì)算校核是否符合設(shè)計(jì)要求，且在張拉過(guò)程中實(shí)際伸長(zhǎng)值與計(jì)算伸長(zhǎng)值的允許偏差應(yīng)為（-5%～5%），如超過(guò)允許偏差，應(yīng)按流程要求查明原因并采取相應(yīng)的措施后方可繼續(xù)張拉施工。

（4）張拉時(shí)需對(duì)周?chē)沫h(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，要求張拉時(shí)的環(huán)境溫度不能低于5 ℃。

（5）進(jìn)行張拉時(shí)，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)張拉的全過(guò)程做詳細(xì)、完整的記錄。

1.2.6 灌漿

預(yù)應(yīng)力體系張拉完畢并經(jīng)檢查合格后需在2周內(nèi)進(jìn)行灌漿，在灌漿前切除張拉端多余鋼絞線(xiàn)，保證鋼絞線(xiàn)露在夾片外的長(zhǎng)度≥30 mm即可。灌漿時(shí)環(huán)境溫度不能低于5 ℃，漿體溫度不宜超過(guò)35 ℃。嚴(yán)格控制灌漿用的水泥漿配合比并保證其試塊強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 結(jié)語(yǔ)

總之，針對(duì)超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系的設(shè)計(jì)及其施工，除保證其結(jié)構(gòu)性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求外，還需嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，如此方能提高LNG混凝土外罐的安全性及使用壽命。因此，掌握該體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)于充分發(fā)揮該體系在LNG領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)LNG在國(guó)家能源戰(zhàn)略體內(nèi)的快速發(fā)展起著十分重要的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]GB/T 14370—2015，預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器[S].

[2]ETAG 013：2002，Guideline for European Technical Approval of Post-tensioning Kits for Prestressing of Structures[S].

[3]JG 225—2007，預(yù)應(yīng)力混凝土用金屬波紋管[S].