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化工项目罐区土建技术策划与实施论文

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  关键词:罐区;土建工程技术;重难点清单;过程管理;化工项目

  0引言

化工项目罐区土建技术策划与实施论文

  近年来,随着我国社会经济建设不断快速发展,石油化工工程项目的建设越来越被人们关注,一是由于化工项目投资大,对地方经济贡献大,能解决较多就业岗位;二是由于石油化工项目往往具有较多的危险性易引起人们的关注。因此,化工项目除了在投产后的运营阶段做好各项工艺技术的控制外,在建设阶段如何确保工程质量,做好工序衔接,为运行阶段打好坚实基础是所有建设者都绕不开的课题。万丈高楼平地起,项目建设技术先行,如何发挥技术引领作用是每一个建设者需要不断学习和思考的问题。本文就化工项目罐区土建实施阶段如何从技术角度为质量、安全、进度保驾护航展开讨论。

  1工程概况

  2.6万t/a高性能有机氟材料项目,位于四川省自贡市沿滩区,作为2021年的四川省新开工重点项目之一—自贡川南新材料产业基地项目[1-2],总投资22.3亿元,占地665亩,主要建设内容包括1.8万t/a聚四氟乙烯树脂,6 000 t/a聚全氟乙丙烯树脂,500 t/a可溶性聚四氟乙烯树脂,500 t/a八氟环丁烷。191罐区

  由氟化氢罐组(191A)、氯仿罐组(191B)、盐酸罐组(191C)、氟烃罐组(191D)、酸碱罐组(191E)、R22罐(191F)和部分工艺管廊组构成,191罐区平面布置图如图1所示。

  2技术难点

  对本项目罐区施工图进行梳理后发现存在超危大工程—深基坑、现浇17 m超长混凝土排架柱、42 d后浇带技术间歇时间、预埋地脚螺栓高精度控制—允许偏差2 mm、大体积混凝土等5个影响质量、安全和进度的技术难题。前文1中191罐区任意区域,存在上述5个技术难题中的1~3,各区域技术难题清单如表1所示。

  2.1超危大工程(深基坑)

  氟化氢罐组(191A)内两个深基坑,事故水池开挖深度3.5 m,地坑开挖深度8.9 m,属于超过一定规模的危大工程,施工安全控制难度大[3-4]。

  2.2现浇超17 m混凝土排架柱分层浇筑

  氟化氢罐组(191A)主体结构采用排架结构,排架柱截面尺寸800×500 mm,地上部分高10.0 m,地下部分高0.8 m、2.9 m、3.0 m、7.1 m不等,排架柱全高10.8 m、12.9 m、13.0 m、17.1 m不等,纵向钢筋类型HRB400,直径28 mm。纵向钢筋采用螺纹连接,搭接长度≥35d,28×35=980 mm,因单位换算1 000 mm=1.0 m,为方便钢筋连接,取第一道连接点高出施工缝0.2 m,钢筋接头高出施工缝=1.0+0.2=1.2 m[5]。设备基础高2.8 m,设备尺寸长×宽×高为12 m×3.76 m×5.2 m,重量45 t,就位时的设备底部可通过的标高为4.5 m,计划在设备到场后直接就位,不进行二次转运。排架柱与设备基础直线距离不足3.0 m,直接一次施工到顶,对设备吊装就位造成极大的安全隐患。同时超过10.0 m排架柱一次浇筑质量控制难度大;垂直度允许偏差全高不超过10 mm,外观质量不应有纵向受力钢筋外露,主要受力部位蜂窝、孔洞、夹渣、疏松、裂缝等严重缺陷[6]。

  常规柱施工缝只能在基础顶、结构楼层顶面、底面、梁底面附近或者柱子中部[7]。本项目排架柱为独立柱无连系梁或楼板预制相连接,初步考虑施工缝留在柱子剪力最小处—全高1/2处。本项目排架柱尺寸、施工缝标高和预留钢筋顶标高与设备基础标高,如表2所示排架施工缝标高表。很明显PJZ-1、3、4、5预留钢筋顶标高均超过4.5 m,不能满足设备吊装就位时对竖向空间的要求。

  2.3技术间歇42 d,工期无法保证

  氯仿罐组(191B)、盐酸罐组(191C)采用环墙基础,环墙半径R1为8.92 m,墙宽500 mm,环墙周长54.45 m,施工图在环墙上留设后浇带2处,后浇带浇筑时间应在两侧混凝土浇筑完毕42 d后进行,所以工期难以保证。

  2.4预埋地脚螺栓允许偏差2 mm

  氟化氢罐组(191A)、氯仿罐组(191B)、氟烃罐组罐组(191D)、酸碱罐组(191E)、R22罐组(191F)预埋地脚螺栓精度要求高,相邻预埋地脚螺栓中心距偏差为±2 mm,中心位置偏差为2 mm[6-8]。

  2.5大体积混凝土

  盐酸罐组(191C)环墙半径R 1为8.92 m,墙宽500 mm,高3 000 m,罐芯用C20混凝土。罐芯混凝土半径8.42 m,高2.50 m,最小尺寸均大于1.0 m,是大体积混凝土[9]。单个方量约556 m3,温度控制和养护难度极大,保湿养护时间长。

  酸碱罐组(191E)设备基础采用6个直径4.6 m,高3.0 m的圆柱形混凝土基础组成,最小尺寸均大于1.0 m是大体积混凝土[9]。单个方量约50 m3,温度控制和养护难度大,保湿养护时间长。

  3技术策划与实施

  针对前文分析的技术重难点,项目成立罐区技术攻关小组进行技术攻关。通过查阅资料,加强过程管控,现场试验等手段对技术难题逐一攻破,保证了罐区在实施过程中的质量有保证、安全无事故,进度达目标。

  3.1深基坑施工技术与管理

  氟化氢罐组(191A)基坑施工前由施工单位根据施工图纸、地勘报告、相关规范、法律法规等编制专项施工方案,包括工程概况、编制依据、施工计划、施工工艺技术、施工安全保障措施、施工管理及作业人员配备和分工、验收要求、应急处置措施、计算书及相关施工图纸、编制人员、审核人员名单、技术职称、职务等方面内容,经施工单位技术负责人审核后加盖单位印章,经总监理工程师审查签字、加盖执业印章后,申请专家论证,论证通过后实施[3-4]。

  基坑开挖坚持“分段、分区、分层、对称、平衡、限时”六个要点,并遵循“分层开挖、严禁超挖、先中间、后两侧、随挖随支”的原则。施工单位现场负责人全程蹲守,监理单位全程旁站监督。

  基坑施工完成后按规定组织各参建单位进行验收,并进行公示[4-5]。

  3.2现浇超17 m高排架柱施工缝留设技术

  氟化氢罐组(191A)因设备吊装时45 t设备底部标高4.5 m,为保障设备能顺利就位,需要对排架柱水平施工缝位置做统一要求,含预留钢筋标高不应超过4.3 m。结合表2数据可以看出PJZ-1、3、4、5水平施工缝H均超过4.3 m,需对施工缝位置做调整。

  前文2.2已阐述本项目排架柱在排架柱全高1/2处留设水平施工缝不能满足设备吊装对净空的需求。规范规定H较大的柱,可根据施工需要在其中部留设水平施工缝[7]。柱剪力图为Z字型,全高1/2处最小,由中间向两端逐渐增大,而在施工中柱中部即指由柱全高1/2处向两端各延伸1/6形成的占柱全高1/3的中间部位,进而排架柱施工缝位置可由柱全高1/2处扩大至全高的中间1/3部位内任一位置。各排架柱留设施工缝范围如表3所示。

  结合前文设备吊装对排架柱施工缝预留钢筋顶标高不过4.30 m的要求,调整后的排架柱施工缝标高和预留钢筋顶标高如表4所示。由表4不难看出排架柱所有的施工缝均留在柱全高中间1/3部位并能满足吊装需求。

  3.3超长薄壁结构无后浇带施工技术

  前文2.3谈到氯仿、盐酸罐组(191B、C)基础均环墙为超长薄壁结构后浇带技术间歇时间42 d,无法满足3个月内完成中交的要求。

  谢彪等[10]、王鹏等[10]、高承敏等[12]对类似超长混凝土裂缝的成因进行分析,通过调整配合比,增设膨胀加强带、加强养护等有效的控制措施经施工实践,取消后浇带后混凝土未发生裂缝,效果较好。本项目结合项目自身情况,参考上述办法,将原设计中后浇带调整为膨胀加强带,同时调整混凝配合比在非加强带区域采用微膨胀混凝土,在加强带区域采用加强微膨胀混凝土成功解决了后浇带42 d技术间歇时间卡脖子的问题。本办法在设计交底和图纸会审时提出,经各参建方共同认可后实施。2023年6月18日完成第一个环墙浇筑,至2023年10月15日未出现裂缝等混凝土质量问题。

  3.4预埋地脚螺栓高精度控制技术

  前文2.4谈到氟化氢罐组(191A)、氯仿罐组(191B)、氟烃罐组(191D)、酸碱罐组(191E)、R22罐组(191F)预埋地脚螺栓精度需控制在2 mm内,对土建施工队伍来说是基本无法完成的任务。

  杨振华等[13]、周为等[14]、方岳平等[15]分别就工业厂房钢柱预埋地脚螺栓、大直径直埋地脚螺栓和设备基础落实的定位安装与过程控制做了研究,均采用了定位盘技术。本项目各子项设备基础各不相同,定位盘可重复利用率不高,未采取定位盘定位。而是在预埋螺栓就位时在根部设置定位钢筋于主体结构钢筋连接,进行一次定位;在基础外架上增设两项可调顶托配合经纬仪在混凝土浇筑前、浇筑中、浇筑后分三次对预埋螺栓进行定位校正。虽增加了施工难度,但减少了定位盘投入。

  具体做法以R22罐组(191F)为例,R22罐组,由两个φ15 700 mm,容积2 000 m3的球罐组成。球罐基础采用10个长×宽×高=2 550 mm×2 550 mm×500 mm的承台和1 550 mm×1 550 mm×1 200 mm短柱组成,以基础中心为圆心,到短柱中心为半径间隔36°排列,如图2所示的R22罐组(191F)基础平面布置图组成。2颗M36预埋地脚螺栓长900 mm,沿基础直径方向布置,距离短柱中心430 mm,如图3所示的R22罐组(191F)基础预埋地脚螺栓剖面图。

  R22罐组预埋螺栓精确定位流程:

  (1)找基础圆心,在场地平整后基础施工前,利用经纬仪在施工现场找出基础圆心坐标,并对中心区域1 m2范围硬化,采用红油漆加弹十字墨线标出基础圆心。

  (2)找基础直径线,承台开挖至设计标高后浇筑混凝土垫层,利用圆心经纬仪和RTK记录的承台中心坐标在垫层上用墨线弹出基础直径线。

  (3)找预埋螺栓定位点,利用既有的基础中心和直径线用钢尺在基础直径线上标出两个预埋螺栓定位点。

  (4)预埋螺栓定位点校核,用钢尺对同一直径上的两定位点进行一次校核,合格后再对相邻基础间预埋螺栓进行二次校核,要求误差小于±1 mm为合格。

  (5)预埋螺栓就位,预埋螺栓定位点校核通过后按施工图利用吊锤钢尺等进行就位。

  (6)预埋螺栓初找正,就位后的预埋螺栓通过圆心经纬仪逐一找正,确保每一颗预埋螺栓中心在直径十字丝上,如图4所示。

  (7)预埋螺栓复找正,待各设备基础钢筋绑扎完成,模板加固后,重复步骤6进行复找正。

  (8)预埋螺栓终找正,在承台和短柱混凝土浇筑过程中由圆心经纬仪随时关注各预埋螺栓状态,每15 min观察一次,发现偏差及时调整找正,直至混凝土浇筑完成。

  截至2023年10月15日,氟化氢罐组(191B)4台、R22罐组(191F)2台现场制作储罐设备基础已经顺利交付安装设备就位,预埋螺栓满足储罐焊接施工要求。酸碱罐组(191E)2台设备吊装一次就位成功,8个预埋螺栓均在螺孔范围内,螺栓正中率达到87.5%,如图5所示。

  3.5大体积混凝土施工技术

  3.5.1大体积混凝土分层技术

  前文2.5谈到盐酸罐组(191C)罐芯混凝土半径8.42 m,高2.50 m,受环墙和顶板限制一次浇筑时大体积混凝土冷凝管仅能从顶部穿出,对未来安装单位现场制作造成困难。

  经与工艺设计和安装单位对接后,罐芯混凝土仅做回填作用,保证不下沉即可,混凝土分层浇筑不会影响后期安装单位设备运行。对两种浇筑方式进行工期对比如表5所示。采用流水搭接的方式把2.50 m高混凝土拆分为0.90 m+0.80 m+0.80 m分三层浇筑,仅比一次浇筑多4 d工期。但可以减少900.0 m冷凝管、120个测温元件和300个人工投入,节约投资30万元。

  3.5.2大体积混凝土一次浇筑技术

  前文2.5谈到酸碱罐组(191E)设备基础由φ4.6 m,高3.0 m的圆柱形混凝土基础组成。最小尺寸均大于1.0 m,是大体积混凝土[8]。采用事前分析、事中控制、事后检查的手段保证本项目大体积混凝土一次浇筑质量。

  设备基础需一次浇筑完成,且不能出现裂缝等混凝土质量问题。需重点做好以下几项指标的控制:(1)混凝土浇筑体在入模温度的基础上温升不超过50℃;(2)混凝土浇筑体里表温差(不含混凝土收缩当量温度)不大于25℃;(3)混凝土浇筑体降温速率不超过2℃/d;(4)拆除保温覆盖时混凝土浇筑体表面与大气温度差不大于20℃[8]。

  施工前根据设备基础尺寸和地理位置设置每三个设备基础配置一套降温水管系统,每套三层,并绘制降温水管平面布置图,如图6所示。同时沿纵向将设基础均分为三层,预埋测温点,绘制测温点纵向布置图如图7所示。

  施工过程中做好过程控制,从浇筑前的混凝土配合比检查、坍落度测试和混凝土温度测量,如表6所示。从混凝土浇筑结束开始至整体温度趋于稳定,且满足大体积混凝土对温度的控制要求,自混凝土终凝后每6 h进行一次测定。混凝土浇筑体各测点最高温度出现在第2 d夜间至第4 d凌晨后逐步降低,中心温度达到84.1℃,表面温度达到54.8℃,底部温度达到56.5℃,环境温度为36.0℃;混凝土浇筑体里表温差27.5℃,混凝土浇筑体升温46.3℃,混凝土浇筑体与环境温差20.5℃。里表温差和环境温差略微超标,采取了更换循环水,加快循环速度等措施,快速解决了以上问题。该大体积混凝土2023年6月25日浇筑,截至10月5日未发现任何裂纹产生,混凝土浇筑体整体性好。

  4结语

  化工项目罐区整体不大,但因介质不同在工艺设计选取不同的储存设备使得在土建设计时出现了各种各样的非常规土建结构。需要土建建设人员有足够的技术知识储备,并对可能影响土建施工安全、质量、工期和费用的各项因素在实施前充分考虑,并做好预案。实施过程中做好监督和指导及时纠偏,确保整个罐区能够顺利交付。本文从技术角度出发,研究了化工项目罐区实施过程中会遇到各类问题及应对解决办法,以期为同行提供参考。

  参考文献:

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  [3]住房和城乡建设部办公厅.关于实施危险性较大的分部分项工程安全管理规定有关问题的通知:建办质〔2018〕31号[A].北京:住房和城乡建设部办公厅,2018.

  [4]四川省住房和城乡建设厅.关于印发四川省危险性较大的分部分项工程安全管理规定实施细则的通知:川建行规〔2018〕3号[A].成都:四川省住房和城乡建设厅,2019.

  [5]中国建筑标准设计研究院.混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(现浇凝土框架剪力墙梁板):22G101-1[S].北京:中国标准出版社,2006.

  [6]中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构工程施工质量验收规范:GB 50204—2015[S].北京:中国建筑工业出版社,2015.

  [7]中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构工程施工规范:GB 50666—2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

  [8]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会.钢制球形储罐:GB 12337—2014[S].北京:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会,2014.

  [9]中华人民共和国住房和城乡建设部.大体积混凝土施工标准:GB 50496—2018[S].北京:中国建筑工业出版社,2018.

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