LNG接收站取水口设计及施工方案设计Word格式文档下载.docx

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大开挖；

围埝；

复合地基

引言

在我国水运行业大型原油、LNG及LPG等码头的建设中，码头及库区或接收站等工程往往是大的系统工程，通常由专业的水运设计单位负责港口码头及航道部分的研究，主要包括进港航道、港池、码头及连接码头与陆域的引桥等部分的总平面布置、结构设计、消防以及护岸设施（护岸、防浪墙、海水取排水口、海水消防系统取水口等水工结构设施）等的设计研究工作，石化领域的设计单位负责接收站、输气管线及项目总体工程的设计研究工作，而其中接收站需要的取、排水口工程位于码头处，通常两家设计单位会有比较多的设计交叉，尤其是取水口，为了保证在极端低水位情况下，可以取到足够的水量，往往设置的取水口径较大，高程较低，其布置会影响到码头的布置及船舶作业，因而其设计及施工往往是整个工程的关键节点之一。

在我公司完成的天津某LNG接收站项目港口码头工程中，关于取水口的设计方案及施工措施就非常有特点，既保证了设计方案的合理可行及工期，同时也为同类型的项目提供了借鉴。

1工程背景

该项目码头工程建设规模为新建2个26.6万m3 

LNG泊位，1个工作船泊位，并包括取排水口、火炬平台、护岸等水工设施，码头近期设计运量220万t/a。

本项目码头为顺岸布置，根据接收站平面布置及码头平面布置的需要，将取水口布置在西侧LNG泊位与工作船泊位之间，其相对位置见下图1。

根据接收站能力要求，本项目取水量为87500m3/h。

图1取水口与码头位置关系

取水管涵采用预制钢筋混凝土结构，按照取水量要求，共设置三孔，每孔净尺寸为3.0m×

2.5m的连体管涵，为了保证在极端低水位-1.29m（以当地论最低潮面起算，下同）时取水量的要求，管涵内底高程为-7.0m，涵顶高程为-4.5m，每节管涵长度为7m。

取水头部段长为14.4m，由6个净空尺寸为4.0m×

2.5m进水口组成，管涵内底高程同样为-7.0m。

此外，根据管涵工艺设计单位提出的要求，其取水口管涵的使用期沉降不得大于8cm。

本项目三个泊位的码头工程于2012年3月28日开工，至2013年10月30日全部完工，并且完成了码头岸坡的挖泥工作，而接收站二期工程取水口方案的实施滞后于码头工程，造成取水口的施工图设计与施工均在码头工程施工基本完成后进行，而取水口连接井及引水暗沟位于LNG泊位2西侧，均需要穿越现有的半圆体围埝。

该半圆体围埝于2007年底完成施工，并且在半圆体后侧进行了吹填及真空预压地基处理，其半圆体顶高程为5.0m，后侧吹填高程为4.0m，其设计断面见图2。

图2半圆体围埝结构示意

选择取水口方案首先需要确定的是取水口管涵的施工方式。

在我国其他类似工程项目中，大多数的取水口管涵均采用陆上干施工的方式，即在施工水域外侧做防水型的施工围埝，待围埝施工完成后，开挖围埝内土体，并抽取围埝内的水体，形成干地施工条件，再进行现浇钢筋混凝土管涵的施工。

本项目由于码头前停泊水域已经开挖至-14.5m，而取水口头部距码头前沿线只有不到20m的距离，故如需要在近-14.5m水深处做施工围埝，则施工围埝的堤身高度将接近20m，并且需要围埝不透水，这在工程造价及工期上都是不能接受的，故传统的施工方式不适合于本项目的应用。

2取水口设计及施工方案比选

基于本项目的特殊性，在项目取水口的设计上考虑了两种方案。

方案一：

部分陆上、部分水上施工方案。

根据管涵所处的位置不同，考虑不同的施工方案，即在半圆体内侧的管涵采用陆上施工的方式，半圆体外侧的管涵采用水上施工的方式。

根据取水口工艺设计单位提供的平面布置，首先在半圆体防波堤轴线陆侧实施基坑支护结构（该区域刚成陆，上部约9m充填袋，下部为淤泥，成孔/槽施工困难），对半圆体做止水处理，形成封闭的施工区域，基坑开挖至-9.0m左右后抽取围埝内的水体，然后干地进行陆侧钢筋混凝土管涵、连接井及陆域引水暗涵的施工，最后基坑回填。

在回填结束后进行半圆体的拆除、暗涵基础开挖、再水上施工半圆体外侧的管涵，延伸取水管涵至取水口头部，采用打桩船打桩做复合地基方式做管涵基础，预制、安装管涵结构，最后恢复防波堤，完成取水口连接井及引水管涵结构的全部施工。

方案二：

全部采用水上施工的方式。

在全部的管涵施工区域，采用大开挖方案，水上进行管涵的施工。

考虑到工期及开挖范围的限制，现阶段只进行半圆体海侧管涵和部分陆域管涵的施工（满足船机设备水上作业的条件），开挖时只在坡顶做简单的支护，管涵施工完成后进行陆域回填，预制管涵及陆域回填均预留后期管涵连接及支护施工条件。

陆域取水连接井结构施工时，在管涵及连接井周围设支护结构，进行基坑开挖，然后干地施工连接井及陆域引水管涵。

经计算，该方案的开挖量约65万m3，开挖后全部采用水上船舶作业施工，打桩做复合地基，预制、安装连接井和引水管暗涵，其后进行防波堤的恢复及陆域回填。

上述方案一的出发点是因地制宜，按照不同的边界条件选择不同的施工方案，但是该方案有一个不可避免的施工难题是陆侧管涵的使用期沉降问题。

按照管涵工艺设计单位提出的使用期沉降不得大于8cm的要求，管涵底部的地基必须进行处理，因为虽然围埝内已经开挖至-9.0m，但其下部仍然为软粘土，虽然地基承载力能够满足要求，但是基础沉降不能满足使用要求，故必须进行地基处理。

地基处理的方式为采用400mm×

400mm预制预应力混凝土空心方桩桩基复合基础，该桩基施工需要在开挖至-9.0m后进行，打桩施工也需要一定的施工场地，陆上管涵的运输及打桩设备的进场也需要施工通道，这都给项目施工造成较大困难及经济负担，并且增加了施工工期。

而方案二的出发点是改变环境现状，考虑全部水上施工，该方案虽然对已经完成回填的陆域有一定程度的破坏，但是管涵、桩基等全部为水上施工，施工简单、方便，并且由于陆域已经进场了真空预压处理，使得开挖方案可行，故方案二无论在施工难度、工期及造价上均优于方案一，故最后选择了方案二。

大开挖方案的开挖是在吹填后经过真空预压处理的软土上进行，设计按照1:

3～1:

4的开挖边坡给出了开挖图，允许施工单位在施工现场进行合理的调整，并且在开挖顶部的支护也允许施工单位根据现场的实际情况布设，最后实际形成的开挖边坡为1:

3.5，临时钢板桩支护布设在开挖顶边线外层，其取水口开挖方案平面布置、现场施工、管涵下桩基布置、管涵纵剖面及断面见图3～7。

图3大开挖方案平面布置

图4大开挖施工现场

图5管涵下预应力混凝土方桩布置

图6管涵纵剖面

图7管涵横断面

3设计方案结构计算

3.1管涵及基础内力计算

对取水口管涵及管涵下部复合地基基础，均根据规范进行了计算，满足规范要求。

主要计算成果见表1。

表1取水口内力主要计算成果

此外，按照《地基处理手册》（第三版）相关章节关于桩基复合地基基础的规定，对单桩垂直承载力及复合地基承载力和沉降也进行了相关计算。

3.2单桩垂直承载力计算

当桩底高程为-24.0m，桩径采用400mm×

400mm时，计算单桩承载力设计值为599kN；

取水管涵上方填土高程按照6.0m，取极端低水位，桩间距按照1.5m设计时，计算管涵下方单根桩的承载力设计值为481kN。

单桩垂直承载力满足要求。

3.3复合地基承载力计算

根据桩径及桩距布置形式，计算桩复合地基承载力设计值为283kPa，设计计算地基承载力为268kPa，地基承载力满足要求。

3.4沉降计算

复合地基总沉降量由三部分组成，即桩相对于土的贯入量，复合地基加固区下卧层土层的压缩量及褥垫层压缩量，本项目计算出的复合桩基沉总降量为36mm，沉降量满足80mm的要求。

经以上计算分析，本工程取水口基础采用400mm×

400mm桩径，桩距采用1.5m正方形布置的钢筋混凝土复合桩基是比较合理的。

4方案设计亮点

本项目设计的亮点之一是根据项目的进展情况及周边现状条件，在不具备做整体施工围埝进行干施工的情况下，选择了全部水上施工的大开挖方案，节省了造价及工期，也降低了整个项目的施工难度（400mm×

400mm预制预应力混凝土空心方桩施工遇到了一定的困难，主要是桩顶高程较低，为-8.2m，最后选用的加长替打的锤击沉桩方案），施工简单，工序少。

亮点之二是根据天津地区软土地基的特点及工艺要求，取水口基础采用锤击式桩基基础方案，很好的解决了软土地基上取水结构的沉降问题（控制在80mm以内），为国内其他工程提供良好借鉴。

为了解决软土地基上管涵沉降问题，设计也是考虑了多种方案，如灌注桩方案，将管涵基础与灌注桩连成整体，共同受力，但是水上进行现浇钢筋混凝土的施工，其施工质量不易保证；

此外还考虑过水泥搅拌桩方案，但是同样对水上施工水泥搅拌桩的施工质量有些担心，最后在施工单位的配合下，选择了采用400mm×

400mm预制预应力混凝土空心方桩桩基复合基础方案，很好的解决了软土地基上取水结构的沉降问题。

5结语

按照上述设计方案，本取水口项目已经顺利完成了现场施工，码头工程于2016年5月通过验收，接收站工程于2018年9月完成工程验收，目前工程运转情况良好。

该项目取水口方案的选择可为遇到类似问题的工程提供借鉴。

该项目的设计荣获2017年度中国交建优秀设计奖和2017年度水运交通优秀设计三等奖。