LNG工程超低溫預應力錨固 體系設計及其施工技術要點探討

溫朝臣 盧雙桂 蔣業東 劉進

【關鍵詞】LNG儲罐;超低溫預應力錨固體系設計;施工技術要點

【中圖分類號】TU757 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）05-0092-03

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，人們對于清潔、經濟、安全能源的需求量越來越大，天然氣是大家所公認的清潔能源之一，因此需求量也是逐年大幅遞增。為了確保經濟高速增長及滿足人們日常生活的需求，需要運輸且儲存大量的天然氣，但常規的天然氣體積大，運輸及儲存不方便且成本高，為了解決這一難題，常規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一天然氣接收站的LNG（LNG即液化天然氣的英文縮寫）儲罐中存儲，而液化后的天然氣的體積僅為常規氣體的1/620，使用非常便利。但是，LNG混凝土外罐建設的安全性及工程質量標準非常高，常規的預應力錨固體系不能滿足其超低溫狀態下的各項工作性能指標，因此其結構設計常需要用到滿足相應標準要求的超低溫預應力錨固體系才能滿足此需求。同時，超低溫預應力錨固體系的施工質量是LNG外罐的工程質量是否可達到設計標準要求的保障，因而需足夠重視及嚴格執行各項施工要求。本文著重對該體系的設計、施工過程及關鍵控制點進行介紹，為后續同類型的結構體系施工提供參考。

1 超低溫預應力錨固體系設計及施工技術要點

1.1 超低溫預應力錨固體系設計

超低溫預應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、預應力鋼絞線、波紋管等零件組成，具體構成如圖1所示。該體系需要符合國家標準《預應力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T 14370—2015）[1]和歐洲標準ETAG 013：2002[2]要求。

該體系中的主要構件預應力錨具及預應力鋼絞線、預應力管道的技術性能需滿足如下要求。

1.1.1 錨具的主要技術性能

（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滿足ηa≥0.95;εapu≥2.0%要求[1]。

（2）疲勞荷載性能：預應力筋-錨具組裝件滿足循環次數為200萬次的疲勞荷載性能試驗要求[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？訛錨具能滿足分級張拉、補張拉和放松鋼絞線的要求;？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≤6%[1]。

1.1.2 預應力鋼絞線的主要技術性能要求

預應力鋼絞線常用直徑規格為φ15.7 mm，常用的強度級別為1 860 MPa，要求適用于-196 ℃超低溫環境，執行標準為prEN10138的Y1860S7-15.7-R1-F1-C1L。

1.1.3 預應力管道的主要技術性能要求

預應力管道采用金屬波紋管，垂直和水平預埋管均采用0.6 mm厚的鍍鋅鋼板卷制而成的金屬波紋管，結構示意如圖2所示。

金屬波紋管常在工地現場制作，也可由廠家提供，廠家提供的金屬波紋管每段長6 m，可用內徑大一號的波紋管連接。金屬波紋管要求無孔洞和不規則的折皺，咬口無開裂、無脫扣。經規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，但允許滲水且需滿足標準《預應力混凝土用金屬波紋管》（JG 225—2007）中的相關要求[3]。

1.2 超低溫預應力錨固體系的施工技術要點

1.2.1 常用的施工工藝流程

該體系的施工比較復雜，為保證LNG混凝土外罐結構具備足夠的穩定性及安全性，保證該體系處于正常使用狀態，需要嚴格控制該體系的施工工藝流程，建議使用的工藝流程如下。

安裝罐體底板底模→安裝豎向預應力錨墊板及螺旋筋→綁扎罐體底板、墻體及扶壁柱鋼筋→波紋管控制點彈線、焊接控制點定位鋼筋→布設罐體底板、墻體豎向、環向和扶壁柱內的波紋管→安裝張拉端錨墊板及螺旋筋→隱蔽工程驗收→安裝其他部位的模板→澆筑混凝土→養護、拆模→預應力鋼絞線穿束→工作錨板、工作夾片安裝→預應力張拉設備及工具安裝→預應力張拉→預應力孔道灌漿→封錨。

該工藝流程施工過程中需要注意事項如下。

（1）在澆筑混凝土時，同步按照標準要求制作混凝土試塊，并且只有在混凝土試塊經法定的檢測單位檢驗達到設計強度標準后才可進行張拉施工。

（2）鋼絞線、錨具等必須有檢驗合格的報告方可進行預應力穿束，不合格不得在LNG混凝土罐的施工中使用。

（3）張拉工序中，張拉設備必須進行校準，并且摩阻試驗完成并達到設計要求后方可進行張拉施工。

（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強度必須滿足設計要求且灌漿試驗全部完成后方可進行該工序。

1.2.2 波紋管布置工藝要點

對于波紋管布置，需重點注意水平及豎向布置的不同點。

（1）對于水平環向管道，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個方向的偏差均不得大于±5 mm，嚴格保證設計要求的波紋管位置。

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

（3）波紋管連接方式。波紋管之間的連接采用大一號的波紋管作為連接套管，其長度≥300 mm，波紋管插入套管內的長度≥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，其接口縫處采用熱可收縮的套管或其他等效替代品進行密封（如圖4所示）。

1.2.3 鋼絞線布置工藝要點

對于鋼絞線，需要注意以下3點。

（1）鋼絞線在裝入放線盤前，外包裝、水溶性防銹油、匝均不能破壞，保證鋼絞線不銹蝕或不受到機械、化學、電化學、熱等損傷。

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

（3）為了達到設計要求的應力值及伸長值，在穿束過程中應注意準確記錄鋼絞線束的編號及鋼絞線標牌號。

1.2.4 預應力系統張拉順序

預應力的張拉順序與工程結構及預應力筋布置方式相關，不同的工程結構及預應力筋布置方式有不同的張拉方式，下面以某LNG儲罐工程預應力筋張拉順序為例。根據某LNG儲罐工程的結構受力特點，張拉順序如下：穹頂施工完成后采用間隔對稱張拉筒體墻和扶壁柱內豎向束鋼絞線（通過施工臨時洞口處豎向束鋼絞線待洞口混凝土澆筑后且強度達到100%后再張拉）→穹頂施工前張拉環梁內87、88、89、90、91、92號束的鋼絞線（如圖5所示）→穹頂施工完成后張拉環梁內84、85、86號束的鋼絞線（如圖5所示）→對稱張拉總量50%的同一環內的環向鋼絞線（通過施工臨時洞口處環向鋼絞線待洞口混凝土澆筑后且強度達到100%后再張拉）→臨時洞口封堵后，對稱張拉剩余的50%環向束鋼絞線→對稱張拉筒體墻剩余豎向束鋼絞線。

1.2.5 預應力體系張拉技術要點

預應力張拉作為LNG混凝土外罐超低溫預應力結構施工過程中的關鍵環節，是在結構中建立有效預應力作用的唯一保障工序，因此需要嚴格控制該工序的施工，保證結構達到設計的應力要求值。

該預應力體系張拉的總體要求如下。

（1）張拉順序必須嚴格根據該體系結構受力要點，在保證施工方便、操作安全、質量等因素的前提下進行設計，并且該體系的構件平面順序和截面預應力筋順序都應當遵循對稱平衡張拉原則。

（2）張拉宜采用兩端對稱張拉方式，并根據該體系的結構特點及工程的特定結構要求采用分階段張拉、分批張拉、分級張拉、分段張拉等成熟的工藝進行。

（3）張拉應嚴格進行應力控制，并對伸長值進行計算校核是否符合設計要求，且在張拉過程中實際伸長值與計算伸長值的允許偏差應為（-5%～5%），如超過允許偏差，應按流程要求查明原因并采取相應的措施后方可繼續張拉施工。

（4）張拉時需對周圍的環境溫度進行監測，要求張拉時的環境溫度不能低于5 ℃。

（5）進行張拉時，應按標準要求對張拉的全過程做詳細、完整的記錄。

1.2.6 灌漿

預應力體系張拉完畢并經檢查合格后需在2周內進行灌漿，在灌漿前切除張拉端多余鋼絞線，保證鋼絞線露在夾片外的長度≥30 mm即可。灌漿時環境溫度不能低于5 ℃，漿體溫度不宜超過35 ℃。嚴格控制灌漿用的水泥漿配合比并保證其試塊強度滿足設計標準要求。

2 結語

總之，針對超低溫預應力錨固體系的設計及其施工，除保證其結構性能滿足設計標準要求外，還需嚴格控制預應力施工質量，如此方能提高LNG混凝土外罐的安全性及使用壽命。因此，掌握該體系結構設計及施工技術要點，對于充分發揮該體系在LNG領域的應用優勢，促進LNG在國家能源戰略體內的快速發展起著十分重要的作用。

參 考 文 獻

[1]GB/T 14370—2015，預應力筋用錨具、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，預應力混凝土用金屬波紋管[S].