江苏LNG项目接收站地基处理工程中采取的确保人工岛岛壁、LNG储罐罐体、塔吊和布料机安全的措施及效果

职称评定论文江苏LNG项目接收站地基处理工程中采取的确保人工岛岛壁、LNG储罐罐体、塔吊和布料机安全的措施及效果简介单位：中国化学工程重型机械化公司姓名：黎龙云日期：二〇一二年十月1江苏LNG项目接收站地基处理工程中采取的确保人工岛岛壁、LNG储罐罐体、塔吊和布料机安全的措施及效果简介【摘要】我国自上世纪70年代末引入强夯地基处理施工工艺以来，已成功地广泛应用于各种土质条件的地基处理当中，取得了显著的经济和社会效益。经过30余年的发展，国内的强夯能级由原来以6000kN.m-8000kN.m能级为主提高到了现在的15000kN.m、18000kN.m，是我国目前最为常用和最为经济的深层地基处理方法之一。但强夯工艺也因其本身的特点——振动大而限制了其在城市市区、既有建（构）筑物附近的应用。本文就江苏LNG项目地基处理工程（强夯能级4000kN.m-8000kN.m，加固土质为人工吹填海砂）的特殊性及强夯处理过程所采取的对人工岛岛壁、正在施工的LNG储罐罐体结构、塔吊和布料机的安全措施及取得的效果作简要介绍。一、工程概况江苏LNG项目接收站工程主要由工艺系统、辅助生产系统和公用工程系统组成，包括3座储存容积为16万立方米的全包容储罐及其配套的接收、储存、加压和气化输出设施以及相关的构筑物等。工程地点位于江苏省南通市如东县滨海辐射沙洲的西太阳沙人工岛，建设单位是中国石油天然气股份有限公司江苏液化天然气项目经理部，监理单位是广东顺业石油化工建设监理有限公司，总承包单位为中国寰球工程公司，施工单位为中国化学工程重型机械化公司。项目拟建场地表层为新近吹填的海砂层，回填厚度8.35～11.20m，场地标高约+10.00m。设计强夯能级有4000kN.m、6000kN.m和8000kN.m三种。项目共完成强夯处理面积120448.06平方米，其中8000kN.m能级强夯43799.62平方米，6000kN.m能级强夯30475.35平方米，4000kN.m能级强夯46173.09平方米。二、工程地质条件1、气象、水文条件项目所在地位于长江入海口北侧、黄海之滨。该地区气候温和湿润，属湿润的亚热带季风气候区，四季分明，雨热同季，无霜期长，是典型的海洋性气候。年均气温14.8℃，年平均降雨量1025mm。全年盛行风向以东南、东北风为主，以东北风最强劲，东南风频率最大，东北风频率次之，但其一般风力较强。沿岸经常风力约在4-5级，大者7-8级，且风力作用方向正对海岸。台风每年出现在5～11月间，以7～9月份最多，8月份最为频繁。2、地层分布及岩性特征场区勘探深度范围内揭露的地层除上部分布人工吹填土外，其余均为第四系全新统冲海2积物和上更新统海积物，根据地层岩性、时代成因及其物理力学性质特征，将其划分为13个工程地质层，在⑦层和⑧层又各细分为两个亚层。其中○0层为新近吹填土（Qme4，约4个月），①～④层为第四系全新统冲海积物(Qal+m4)，⑤～○12层为第四系上更新统海积物(Q3m)。设计要求的强夯加固深度范围（基底以下15米）内各层土的主要工程地质特征如下：○0层吹填砂：黄灰色—灰色、灰色，主要为粉砂，局部夹粉质粘土，饱和，松散，局部稍密，颗粒级配差，矿物成分以石英、长石为主，含云母、贝壳碎片，土质较均匀，为新近海吹填砂。顶板标高9.53～10.77m(平均10.92m)，层厚9.00～13.20m(平均10.92m)。场区均有分布。①层粉砂(局部细砂)：黄灰色、灰色，饱和，稍密～中密，分选性好，矿物成分以石英、长石为主，含云母、贝壳碎片，局部夹粉质粘土薄层，顶板埋深9.00～12.30m(平均10.78m)，顶板标高-1.87～0.67m(平均-0.63m)，层厚2.10～5.80m(平均4.03m)。场区除内BHa－004、BHa－005和JT002探孔外均有分布。②层粉砂夹粉质粘土、粉质粘土夹粉砂：粉砂灰色，饱和，稍密～中密，分选性好；粉质粘土褐灰色，软塑～流塑，单层厚0.2～1.0cm，厚者达3.0cm。顶板埋深13.00～16.50m(平均14.70m)，顶板标高-6.56～-2.66m(平均-4.56m)，层厚1.30～5.00m(平均2.94m)，场区均有分布。③层粉砂：灰色，饱和，稍密～中密，分选性好，矿物成分以石英、长石为主，含云母碎片，夹软塑状粉质粘土薄层，薄层厚0.1～0.5cm，厚者达20cm，顶板埋深15.60～19.50m(平均17.64m)，顶板标高-9.19～-5.39m(平均-7.50m)，层厚4.10～13.80m(平均7.09m)，场区均有分布。④层粉质粘土夹粉砂、局部呈互层状：粉质粘土褐灰色，软塑～流塑，摇振反应无，稍有光泽，干强度、韧性中等，有机质含量未检出。粉砂灰色，饱和，中密，单层厚1～20mm，局部为粉砂夹粉质粘土。顶板埋深21.80～31.00m(平均24.73m)，顶板标高-20.94～-11.59m(平均-14.59m)，层厚1.00～10.40m(平均4.32m)，场区均有分布。3、不良地质作用与特殊性土根据地勘报告，勘察判别结果表明：场区内20m深度以浅分布的○0层吹填土为可液化土层；其它土层除个别点为液化土层外，其余均为不液化土层，场区内液化指数3.3～11.5（平均值6.86），液化等级为中等，折减系数1/3～2/3。根据钻探资料，场区发育的特殊性土为填土和软弱土层，软弱土层共有④层粉质粘土夹粉砂和⑥层粉质粘土两层。此二层土具有较高含水量、较大孔隙比、压缩性中等、抗剪强度3较低等软土特征，上部堆载后易产生沉降，但这两层土不在本次强夯处理的深度范围内。三、本工程强夯地基处理的特殊性江苏LNG项目位于江苏省南通市如东县西太阳沙人工岛，该人工岛是我国大陆第一座外海无遮掩人工岛，人工岛位于江苏省南通市如东县海滨辐射沙洲的西太阳沙海域，西距小洋口港约32km，东南距吕四港近50km，距最近的陆域海岸线约13km，总面积1.44平方公里，岛壁结构为钢筋混凝土结构，总长4688m，为永久性建筑物，结构安全等级为一级，设计使用年限50年。LNG项目接收站位于人工岛的东北角，面积约0.33平方公里，其北侧、东侧有人工岛岛壁。本项目的特殊性在于：1、部分8000kN.m和6000kN.m能级强夯区域与人工岛岛壁距离较近。设计图纸的SCV、ORV装置区8000kN.m能级强夯区域北边距离岛壁轴线23.00m，强夯区域长度173.75m。火炬管廊6000kN.m能级强夯区域东侧距离人工岛岛壁轴线仅22.36m，强夯区域长度202m。上述两个区域在施工时，必须考虑强夯对人工岛岛壁的影响，并采取有效措施确保人工岛岛壁结构的安全。4000kN.m能级强夯区域位于厂区西南，离人工岛岛壁最近的距离为173.30m，由于距离较远，在施工过程中可不考虑强夯振动对人工岛岛壁结构的影响，SCV、ORV装置区8000kN.m强夯区域与岛壁的位置关系见下图：-2.3~-2.5土工布倒滤层吹填砂16.510.0岛内地坪标高北侧岛壁轴线8000能级强夯区域人工岛岛壁8000.能级区域与岛壁距离示意图岛壁基础，10-100块石6T扭工字块体2层，厚3050mm300-400块石垫层，厚1050mm火炬管廊6000kN.m能级强夯区域与岛壁的位置关系见下图：4土工布倒滤层吹填砂16.510.0岛内地坪标高东侧岛壁轴线6000能级强夯区域人工岛岛壁6000.能级区域与岛壁距离示意图岛壁基础，10-100块石6T扭工字块体2层，厚3050mm300-400块石垫层，厚1050mm-2.3~-2.52、厂区内LNG储罐已开始浇筑罐体混凝土由于强夯施工前，本项目T1201号、T1202号LNG储罐上部罐体混凝土已经开始施工，T1201号LNG储罐配备了两台塔吊，T1202号LNG储罐配备了两台塔吊和两台布料机，塔吊高度均在80m左右，布料机随施工的进行，其高度也将逐渐增大，位置详见隔振沟布置示意图。强夯施工时的振动必然会对罐体混凝土浇筑和塔吊、布料机的安全产生影响。为此，在施工所有强夯区域时，如何采取有效措施消除或减弱强夯的振动来确保LNG储罐的混凝土浇筑质量和塔吊、布料机的安全也是本项目施工管理的重点和难点。四、施工过程中采取的保护措施根据现场强夯区和距人工岛岛壁的距离及2008年12月至2009年1月试验区施工的情况，在大面积强夯施工时采取了以下几种保护措施：1、通用措施——隔振沟以往工程的经验表明：隔振沟能明显减小强夯施工产生的振动对沟外侧临近建（构）筑物的影响，因此，本工程强夯施工之前在如下部位设置了深3m，宽2m的隔振沟，其长度每边超出强夯区域边界10m，以确保人工岛岛壁、LNG储罐罐体、塔吊、布料机的安全：（1）SCV、ORV装置8000能级强夯区域北部，隔振沟内侧距离强夯区域边线7m，深3m,宽2m，长194m。（2）T1201、T1202号LNG储罐与其南侧8000能级强夯区域之间，隔振沟内侧距离强夯区域边线7m，深3m,宽2m，长293m。（3）6000kN.m能级罐区至火炬之间的管廊区域，隔振沟内侧距离强夯区域边线7m，深3m,宽2m，长222m。隔振沟设置如下图所示：5人工岛岛壁T1201LNG储罐罐体施工已开始T1202LNG储罐罐体施工已开始人工岛岛壁SCV,ORV8000kN.m能级强夯区8000.能级强夯区10.0007.0007.00010.0007.000隔振沟隔振沟隔振沟隔振沟隔振沟，深3米，宽2米江苏项目隔振沟布置示意图194.000222.000293.000单位：T1203LNG储罐完成桩基施工7.000隔振沟，深3米，宽2米隔振沟，深3米，宽2米1#塔吊2#塔吊3#塔吊4#塔吊1#布料机2#布料机6000.能级强夯区62、确保人工岛岛壁的专项措施除了设置隔振沟外，强夯施工时采取了以下确保人工岛岛壁的专项措施：（1）在岛壁上设置监测点监测孔隙水压力消散和岛壁侧移情况为监测强夯对岛壁的位移影响程度，我们委托了中交一航院南通港洋口港区工程监测检测项目经理部在距离强夯区域较近的监测点对人工岛岛壁的侧移和孔隙水压力进行了监测。在强夯施工之前测量一次，施工过程中的监测频率为每五至七天一次，强夯施工结束后一周再测量一次，检测岛壁的位移情况和孔隙水压力。测斜仪采用滑动式测斜仪，监测深度27.500m。孔隙水压力计选用电测式电阻式孔隙水压力计，埋设深度15.400m-19.000m。（2）在岛壁上设置表面监测点监测岛壁的位移情况施工离人工岛岛壁比较近的区域之前，在岛壁上设置一组间距为10m的表面观测点，数量10个；同时在场区内距岛壁5m的地面上也设置间距为10m的地面观测点，数量10个，采用精密测量方法测量其高程和坐标。对这些表面监测点进行沉降和位移观测，施工前测量一次，施工过程中每周测量一次，强夯施工结束后7天测量一次，将测量数据上报总承包单位，对比每次观测数据的变化情况，判断表面观测点是否发生了位移和沉降。（3）施工顺序安排为减小强夯过程中回填土的侧向位移对人工岛岛壁的影响，在距离岛壁较近的区域进行施工时，夯点布置及施工顺序确定为：每排夯点都垂直/平行于岛壁布置，施工时按垂直于岛壁的方向进行施工，每排主夯点施工时从离岛壁最近的一个夯点开始，由近及远进行施工，且在离岛壁近的地方只安排一台吊车施工，不允许有两台以上的吊车同时在岛壁附近施工，以防止振动叠加，影响人工岛岛壁的安全。为确保监测的准确型，施工过程中我们指定了专人负责人工岛岛壁监测的工作，定时组织人员测量表面观测点的位移和孔隙水压力消散情况，并与岛壁观测单位密切联系，定期读数，确保人工岛岛壁安全。（4）岛壁内的监测点布置如下图所示：7人工岛岛壁T1201LNG储罐罐体施工已开始T1202LNG储罐罐体施工已开始人工岛岛壁8000.能级强夯区8000.能级强夯区6000.能级强夯区江苏项目岛壁监测点布置示意图单位：T1203LNG储罐完成桩基施工N0+420#监测点E0+170#监测点8（5）表面监测点的布置如下图所示：10.0岛内地坪标高8000k