LNG工程超低溫預(yù)應(yīng)力錨固 體系設(shè)計及其施工技術(shù)要點探討

溫朝臣 盧雙桂 蔣業(yè)東 劉進

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

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

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對于清潔、經(jīng)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(jīng)濟高速增長及滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枨螅枰\輸且儲存大量的天然氣，但常規(guī)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(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）儲罐中存儲，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)力錨固體系不能滿足其超低溫狀態(tài)下的各項工作性能指標(biāo)，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計常需要用到滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求的超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系才能滿足此需求。同時，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)量是否可達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求的保障，因而需足夠重視及嚴格執(zhí)行各項施工要求。本文著重對該體系的設(shè)計、施工過程及關(guān)鍵控制點進行介紹，為后續(xù)同類型的結(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)計及施工技術(shù)要點

1.1 超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系設(shè)計

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、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、預(yù)應(yīng)力管道的技術(shù)性能需滿足如下要求。

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滿足ηa≥0.95;εapu≥2.0%要求[1]。

（2）疲勞荷載性能：預(yù)應(yīng)力筋-錨具組裝件滿足循環(huán)次數(shù)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(yù)應(yīng)力鋼絞線的主要技術(shù)性能要求

預(yù)應(yīng)力鋼絞線常用直徑規(guī)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(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(nèi)徑大一號的波紋管連接。金屬波紋管要求無孔洞和不規(guī)則的折皺，咬口無開裂、無脫扣。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

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(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→波紋管控制點彈線、焊接控制點定位鋼筋→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→隱蔽工程驗收→安裝其他部位的模板→澆筑混凝土→養(yǎng)護、拆模→預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿束→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。

該工藝流程施工過程中需要注意事項如下。

（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)法定的檢測單位檢驗達到設(shè)計強度標(biāo)準(zhǔn)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(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)備必須進行校準(zhǔn)，并且摩阻試驗完成并達到設(shè)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(shè)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(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(shè)計要求的波紋管位置。

（2）對于豎向預(yù)應(yīng)力管道，安裝方法跟水平管道相似，但要特別注意，豎向管道頂部的開口必須用紗布堵住或蓋帽蓋上，防止管道在進行預(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的波紋管作為連接套管，其長度≥300 mm，波紋管插入套管內(nèi)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(nèi)，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(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用塑料布包裹，同時密封波紋管口，防止水氣及有害介質(zhì)侵蝕。

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

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儲罐工程預(yù)應(yīng)力筋張拉順序為例。根據(jù)某LNG儲罐工程的結(jié)構(gòu)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(nèi)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(huán)梁內(nèi)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(huán)梁內(nèi)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(huán)內(nèi)的環(huán)向鋼絞線（通過施工臨時洞口處環(huán)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(huán)向束鋼絞線→對稱張拉筒體墻剩余豎向束鋼絞線。

1.2.5 預(yù)應(yīng)力體系張拉技術(shù)要點

預(yù)應(yīng)力張拉作為LNG混凝土外罐超低溫預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工過程中的關(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，因此需要嚴格控制該工序的施工，保證結(jié)構(gòu)達到設(shè)計的應(yīng)力要求值。

該預(yù)應(yīng)力體系張拉的總體要求如下。

（1）張拉順序必須嚴格根據(jù)該體系結(jié)構(gòu)受力要點，在保證施工方便、操作安全、質(zhì)量等因素的前提下進行設(shè)計，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)遵循對稱平衡張拉原則。

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

（3）張拉應(yīng)嚴格進行應(yīng)力控制，并對伸長值進行計算校核是否符合設(shè)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(yīng)為（-5%～5%），如超過允許偏差，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）張拉時需對周圍的環(huán)境溫度進行監(jiān)測，要求張拉時的環(huán)境溫度不能低于5 ℃。

（5）進行張拉時，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求對張拉的全過程做詳細、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(huán)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 結(jié)語

總之，針對超低溫預(yù)應(yīng)力錨固體系的設(shè)計及其施工，除保證其結(jié)構(gòu)性能滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求外，還需嚴格控制預(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)計及施工技術(shù)要點，對于充分發(fā)揮該體系在LNG領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢，促進LNG在國家能源戰(zhàn)略體內(nèi)的快速發(fā)展起著十分重要的作用。

參 考 文 獻

[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].