李勉 孫海濤 賴曉倩 張蕓聰 李濤 李晉生

1新疆油田公司基本建設(shè)工程處

2中油（新疆）石油工程有限公司

3新疆油田公司開(kāi)發(fā)公司

4新疆油田公司監(jiān)理公司

油氣田站場(chǎng)儲(chǔ)罐區(qū)防火堤主要用于防止儲(chǔ)罐液體外流和火災(zāi)蔓延，分為土筑、磚砌體、鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)形式，在用地緊張和抗震設(shè)防烈度8度及以上地區(qū)宜選用鋼筋混凝土防火堤。目前鋼筋混凝土防火堤多為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，施工周期長(zhǎng)，施工過(guò)程中安全管理風(fēng)險(xiǎn)大，混凝土澆筑質(zhì)量較難控制，因此，針對(duì)預(yù)制防火堤進(jìn)行了計(jì)算分析、預(yù)制試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等工作，為預(yù)制鋼筋混凝土防火堤的推廣應(yīng)用收集到了全面詳實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)資料。

1 結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)GB 50351—2014《儲(chǔ)罐區(qū)防火堤設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.1條要求[1]，防火堤設(shè)計(jì)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行堤內(nèi)滿液工況荷載效應(yīng)的基本組合計(jì)算。

以一段高出地面部分長(zhǎng)1 m、高1.5 m、壁厚0.25 m的防火堤為研究對(duì)象，進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，抗震設(shè)防烈度為6 度，基底土為角礫，取土容重為γt=17 kN/m3，土內(nèi)摩擦角φ為30°，內(nèi)側(cè)無(wú)培土，涂刷防火涂料，鋼筋混凝土容重為25 kN/m3，防火堤尺寸如圖1所示。

圖1 防火堤斷面Fig.1 Fire dike section

1.1 荷載統(tǒng)計(jì)

（1）防火堤自重荷載及防火堤覆土荷載。防火堤自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值Ga=G1+G2=20.31 kN；防火堤覆土荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gb=8.5 kN；防火堤自重及防火堤覆土重G=Ga+Gb=28.81 kN。

（2）防火堤內(nèi)側(cè)所受的靜液壓力如圖2 所示。液面最大高度Hy=1.3 m，合力位置至計(jì)算截面距離H0=0.43 m，液體容重γy=10 kN/m3，靜液壓力標(biāo)準(zhǔn)值Pγk=0.5×γy××1.0=8.45 kN。

圖2 靜液壓力計(jì)算示意圖Fig.2 Schematic diagram of hydrostatic pressure calculation

靜液壓力對(duì)基礎(chǔ)底部的傾覆力矩標(biāo)準(zhǔn)值MQ=Pγk×（0.43+0.75）=9.97 kN·m。

1.2 防火堤抗傾覆驗(yàn)算

根據(jù)GB 50351—2014 第5.1.2 條，傾覆彎矩設(shè)計(jì)值MQ=1.0×9.97=9.97 kN·m。

抗傾覆彎矩設(shè)計(jì)值MK=28.81×0.625=18.01 kN·m。=1.81＞1.6（抗傾覆滿足）。

1.3 防火堤抗滑移驗(yàn)算

根據(jù)GB 50351—2014 第5.4.2 條，防火堤抗滑移驗(yàn)算如下：

取基礎(chǔ)與基底之間的摩擦系數(shù)μ為0.5，基礎(chǔ)底面摩擦阻力設(shè)計(jì)值RH=μG=0.5×28.81=14.41kN。

防火堤埋地部分的被動(dòng)土壓力PP=4.3 kN。

防火堤埋地部分的主動(dòng)土壓力P1=1.59 kN。

根據(jù)GB 50351—2014 第5.1.2 條，防火堤所承受的總水平荷載設(shè)計(jì)值P=1.0×Pγk+1.3×P1=12.04 kN。

（14.41+4.3）/12.04=1.55＞1.3（抗滑移滿足）。

2 拼縫設(shè)計(jì)

預(yù)制防火堤由于運(yùn)輸和安裝條件限制，分段較短，豎向拼縫多為滿足防火堤密實(shí)、閉合、不泄漏的要求，必須合理設(shè)計(jì)拼縫。

2.1 現(xiàn)澆拼縫

在預(yù)制防火堤墻端兩側(cè)預(yù)留凹槽插筋，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制防火堤安裝就位后將兩側(cè)鋼筋搭接，再澆筑混凝土將兩端墻體連為整體。這種方式可以確保拼縫閉合、不泄漏，密實(shí)效果好，但需二次澆筑混凝土，養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)，不能充分體現(xiàn)預(yù)制鋼筋混凝土防火堤現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)，適合于工期不緊張的項(xiàng)目。

2.2 墻端預(yù)埋鋼板連接

在預(yù)制防火堤墻兩端分別預(yù)埋L型或U型鋼構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)防火堤安裝就位后將左右兩側(cè)防火堤預(yù)埋鋼構(gòu)件焊接連接。這種方式密封效果較好，現(xiàn)場(chǎng)也無(wú)濕作業(yè)，施工速度較快，但焊縫多，焊接質(zhì)量要求高，同時(shí)預(yù)制構(gòu)件的側(cè)面平整度要求高，必須保證兩側(cè)鋼板平整對(duì)齊才能保證焊縫連續(xù)密閉，適合于工期較緊張的項(xiàng)目，對(duì)于不能動(dòng)火的改造類(lèi)項(xiàng)目不適用。

2.3 墻端預(yù)留凹凸型企口連接

在預(yù)制防火堤墻端兩側(cè)分別設(shè)置凹凸型企口，與相鄰兩側(cè)墻板互相插入咬合連接，再采用密封膠泥將空隙填實(shí)。這種方式密封效果好，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)濕作業(yè)，施工速度快，但預(yù)制加工難度大，模板制作要求高，可適合于各類(lèi)項(xiàng)目。

3 構(gòu)造要求

3.1 耐火極限

目前現(xiàn)行規(guī)范對(duì)防火堤的耐火極限要求如下：

（1）根據(jù)GB 50737—2011《石油儲(chǔ)備庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.7 條要求[2]，防火堤耐火極限不應(yīng)低于3 h，在耐火極限內(nèi)，防火堤應(yīng)能承受在計(jì)算高度范圍內(nèi)所容納液體的靜壓力且不泄漏。

（2）根據(jù)GB 50074—2014 《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.5.5條要求[3]，防火堤應(yīng)能承受在計(jì)算高度范圍內(nèi)所容納液體的靜壓力且不應(yīng)泄漏，防火堤的耐火極限不應(yīng)低于5.5 h。

（3）根據(jù)GB 50160—2008（2018 年版）《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》第6.1.1條要求[4]，防火堤的耐火極限不得小于3 h。

（4）根據(jù)GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第6.5.9.2 條要求[5]，防火堤可用磚石、鋼筋混凝土等不燃燒材料砌筑，但內(nèi)側(cè)應(yīng)培土或涂抹有效的防火涂料。

（5）GB 50351—2014《儲(chǔ)罐區(qū)防火堤設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.1.3 條要求，防火堤的耐火極限應(yīng)滿足以上規(guī)范的要求。

綜上所述，預(yù)制鋼筋混凝土防火堤最小厚度為250 mm，耐火極限應(yīng)≥5.5 h，內(nèi)側(cè)應(yīng)采用培土或涂刷防火涂料的方式。

3.2 構(gòu)造條件

（1）如果預(yù)制防火堤內(nèi)側(cè)培土應(yīng)分層均勻回填壓實(shí)，嚴(yán)禁野蠻施工。

（2）預(yù)制防火堤位于室外露天環(huán)境，環(huán)境類(lèi)別為二類(lèi)或三類(lèi)，鋼筋混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)滿足相應(yīng)環(huán)境類(lèi)別的要求。

（3）預(yù)制防火堤堤身及基礎(chǔ)底板的厚度不應(yīng)小于250 mm。

（4）防火堤內(nèi)場(chǎng)坪地面及堤身內(nèi)側(cè)應(yīng)考慮防滲措施。

4 預(yù)制防火堤制作及吊裝

4.1 制作標(biāo)準(zhǔn)

（1）預(yù)制防火堤的質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)包括材料質(zhì)量檢驗(yàn)、制作過(guò)程質(zhì)量檢驗(yàn)和構(gòu)件成品質(zhì)量檢驗(yàn)。目前主要遵循的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)包括JG/T 565—2018[6]《工廠預(yù)制混凝土構(gòu)件質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)》、T/CECS 631—2019[7]《預(yù)制混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ 1—2014[8]《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、GB 50204—2015[9]《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》。

（2）預(yù)制防火堤應(yīng)無(wú)露筋、蜂窩、空洞、夾渣等外觀質(zhì)量缺陷。

（3）預(yù)制防火堤長(zhǎng)度允許偏差為±4 mm，高度及厚度允許偏差為±3 mm，表面平整度允許偏差為3 mm，翹曲偏差為L(zhǎng)/1 000（L為長(zhǎng)邊長(zhǎng)度）。

4.2 吊裝要求

（1）為滿足吊裝要求，預(yù)制防火堤高出地面的高度為2.0 m 時(shí)，預(yù)制段長(zhǎng)度宜≤1.2 m；預(yù)制防火堤高出地面的高度為1.8 m 時(shí)，預(yù)制段長(zhǎng)度宜≤1.5 m；預(yù)制防火堤高出地面的高度為≤1.5 m 時(shí)，預(yù)制段長(zhǎng)度宜≤2.0 m。預(yù)制段具體長(zhǎng)度可根據(jù)施工條件調(diào)整。

（2）預(yù)制防火堤吊裝驗(yàn)算應(yīng)考慮自重荷載，單個(gè)吊裝孔時(shí)以吊點(diǎn)為支點(diǎn)，按兩端懸臂受力狀態(tài)計(jì)算；兩個(gè)吊裝孔時(shí)，以吊點(diǎn)為支點(diǎn)按兩端自由，中間單跨連續(xù)受力狀態(tài)計(jì)算。

以一段2 m長(zhǎng)，高出地面1.5 m（地面以下埋深0.75 m）的防火堤為例，取兩個(gè)吊裝孔為簡(jiǎn)支點(diǎn)，具體布置如圖3所示。

圖3 防火堤吊裝驗(yàn)算Fig.3 Fire dike hoisting check calculation

防火堤在吊裝狀態(tài)下，豎向荷載主要是結(jié)構(gòu)自重，防火堤受力截面寬度乘高度為0.25 m×2.25 m，防火堤自重（線荷載）為G=20.31 kN/m。

以兩個(gè)吊點(diǎn)為簡(jiǎn)支點(diǎn)，受力模型如圖3 所示，再根據(jù)彎矩剪力計(jì)算結(jié)果及GB 50010—2010（2015年版）《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]，核算原配筋是否滿足要求即可。

4.3 構(gòu)件管理

為確保預(yù)制構(gòu)件加工質(zhì)量，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，可以派駐監(jiān)理入場(chǎng)監(jiān)造，預(yù)制廠在加工過(guò)程中對(duì)每道工序應(yīng)進(jìn)行監(jiān)督和監(jiān)控，并對(duì)全過(guò)程進(jìn)行如實(shí)、詳盡的記錄，在構(gòu)件固定位置設(shè)置構(gòu)件信息標(biāo)簽和二維碼，進(jìn)入構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)后，各方均可通過(guò)掃描二維碼了解構(gòu)件的加工過(guò)程和質(zhì)檢記錄資料，確保預(yù)制防火堤質(zhì)量可控。

5 優(yōu)勢(shì)

5.1 現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)全過(guò)程管理

預(yù)制防火堤在工廠提前加工預(yù)制，可以實(shí)現(xiàn)批量化加工、流水線作業(yè)、機(jī)械化操作，節(jié)約材料，預(yù)制防火堤可以在工廠完成埋地部分的防腐施工，同時(shí)預(yù)制構(gòu)件工廠加工過(guò)程可控，結(jié)合現(xiàn)代管理手段和技術(shù)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程管理。

預(yù)制防火堤現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程僅包括墊層澆筑、構(gòu)件吊裝調(diào)整、拼縫施工等，工序簡(jiǎn)單施工作業(yè)時(shí)間短，比現(xiàn)澆防火堤縮短施工周期75%以上，為后續(xù)作業(yè)提供了充足的時(shí)間。預(yù)制防火堤現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。

圖4 預(yù)制防火堤現(xiàn)場(chǎng)Fig.4 Prefabricated fire dike site

5.2 減少現(xiàn)場(chǎng)碳排放及施工垃圾排放

預(yù)制防火堤與現(xiàn)澆防火堤相比[11]，碳排放均包括生產(chǎn)階段、運(yùn)輸階段、施工階段。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段的碳排放主要包括原材料開(kāi)采加工過(guò)程中的碳排放和預(yù)制廠將混凝土、鋼筋等原材料加工為預(yù)制構(gòu)件的過(guò)程中耗費(fèi)能源所產(chǎn)生的碳排放兩大部分，通過(guò)綜合比較，預(yù)制構(gòu)件比現(xiàn)澆構(gòu)件碳排放減少2%以上，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)量，有效地減少了施工機(jī)械的能源消耗和碳排放。

5.3 提高預(yù)制構(gòu)件信息化水平

BIM技術(shù)是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)而建立的建筑模型，通過(guò)數(shù)字信息仿真[12]，模擬構(gòu)件所具有的真實(shí)信息，具有可視化、可模擬性以及動(dòng)態(tài)管理的特點(diǎn)，為促進(jìn)預(yù)制構(gòu)件的發(fā)展提供動(dòng)力。

預(yù)制防火堤為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)構(gòu)件，設(shè)計(jì)單位可以在BIM建模中準(zhǔn)確地輸入相關(guān)參數(shù)，保證預(yù)制構(gòu)件中預(yù)留孔洞和預(yù)埋件位置準(zhǔn)確，通過(guò)建立完整的信息模型，可方便設(shè)計(jì)、加工，并減少施工過(guò)程中的問(wèn)題，提高施工效率和施工質(zhì)量，降低預(yù)制廠的人工成本和其他成本，同時(shí)也優(yōu)化了預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)方案。

預(yù)制防火堤可以滿足構(gòu)件從工廠到現(xiàn)場(chǎng)直接起吊的要求，避免構(gòu)件的二次吊裝，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)加工至安裝進(jìn)行可視化管控，提前規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)，保證施工進(jìn)度，提高現(xiàn)場(chǎng)施工管理水平。

6 存在的問(wèn)題

6.1 綜合造價(jià)高

由于預(yù)制防火堤目前需求量小，施工模具加工費(fèi)用高，防火堤的高度不固定，包括高1.2、1.5、1.8、2.0 m 等多種規(guī)格，因此批量化生產(chǎn)的數(shù)量較少，不能有效地?cái)備N(xiāo)各項(xiàng)費(fèi)用。同時(shí)，由于油氣田地面建設(shè)項(xiàng)目地點(diǎn)一般比較偏遠(yuǎn)分散，運(yùn)輸距離長(zhǎng)、運(yùn)輸?shù)缆窏l件相對(duì)較差，因此相應(yīng)的運(yùn)輸費(fèi)用高。

綜上所述，預(yù)制鋼筋混凝土防火堤的綜合造價(jià)要比傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土防火堤結(jié)構(gòu)高30%左右，但隨著預(yù)制構(gòu)件的需求量不斷增加，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、減少設(shè)計(jì)規(guī)格等措施，價(jià)格會(huì)逐步降低。

6.2 吊裝運(yùn)輸難度大

按每段預(yù)制防火堤2 m長(zhǎng)計(jì)算，單個(gè)預(yù)制構(gòu)件重量在2～6 t左右，需配備相應(yīng)的吊車(chē)噸位在10 t以上，由于單個(gè)構(gòu)件尺寸較大，無(wú)專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē)輛，普通車(chē)輛的單次吊裝運(yùn)輸數(shù)量有限。同時(shí)，預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸過(guò)程中如不能有效保護(hù)，存在構(gòu)件破損問(wèn)題，影響現(xiàn)場(chǎng)使用。

為提高運(yùn)輸效率，預(yù)制廠需制作相應(yīng)的運(yùn)輸裝備，增加每輛車(chē)單次的構(gòu)件運(yùn)輸數(shù)量，采取合理的構(gòu)件保護(hù)措施，盡量避免出現(xiàn)破損。

7 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)制鋼筋混凝土防火堤現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)時(shí)間比傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工作業(yè)節(jié)約75%以上，預(yù)制構(gòu)件平整度、構(gòu)件尺寸偏差均滿足GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。

預(yù)制鋼筋混凝土防火堤可廣泛應(yīng)用于油氣田站場(chǎng)建設(shè)工程，實(shí)現(xiàn)全天候、各種惡劣條件下的施工，減少了現(xiàn)場(chǎng)澆筑作業(yè)和人工作業(yè)，可以全面提升油氣田地面工程的土建預(yù)制化技術(shù)水平，提高現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。