海南LNG项目储罐桩基设计基础资料的对比和分析

海南LNG项目储罐桩基设计基础资料的对比和分析

刘艳贤

中海石油海南天然气有限公司570105

摘要：海南LNG项目储罐工程EPC开工前，为了给EPC承包商提供合理的投标报价依据，项目业主委托具有资质的企业对储罐区域进行了试桩。通过试桩，探明了场地地层构造以及各层地基土的摩阻力，为后续设计提供了依据。在试桩前，由勘察单位提供的地质勘察报告中，同样具有储罐区域的地层构造及土质参数，且项目的FEED设计就是基于地质勘察报告的结论做的。本论文结合FEED设计对试桩报告、地质勘察报告中的桩基设计参数进行了分析和对比，以便分析其差异和不足，为后续桩基招、评标以及详细设计提供更合理可靠的依据。

关键词：LNG储罐；桩基；试桩；勘察设计

1、海南LNG项目及储罐桩基工程简介

海南液化天然气（LNG）项目（以下简称：海南LNG项目）位于海南省洋浦经济开发区神尖角海岸段。项目由接收站工程、港口工程和输气干线工程三部分组成。接收站的功能是接卸和储存由远洋运输船运来的LNG并气化后通过输气干线输送至下游用户。项目一期建设规模为可处理LNG300万吨/年，总投资约65亿元人民币，已于2014年建成投产。

海南LNG项目储罐属于接收站工程的一部分，项目一期建造2个16万立方米的储罐，参考前端设计（以下称FEED，同国内的初步设计）前的初步勘查结果，FEED设计中，储罐桩基选型为钻孔灌注桩，桩径1.2米，桩长初步推荐约30米长。项目详细设计阶段，储罐采用EPC模式，即设计、采购、施工整体外包模式，详细设计阶段将根据进一步的试桩及详勘，确定桩基的直径及长度。

2、储罐桩基工程初勘

为给FEED设计提供设计依据，项目前期，FEED设计前，项目业主委托有资质的勘察单位对接收站场区进行了地质勘察，勘察布孔要求符合规范要求的初步设计勘察的深度。储罐区域的地质初勘得出了场地各地层土质类型、分布厚度、各土层的摩阻力数值以及各土层的标准贯入击数。

根据初勘报告的结论，FEED设计中，选定桩型采用钻孔灌注桩，初步推荐桩径为1.2米，初步预估的桩基长度为30米。

3、储罐桩基工程试桩

鉴于储罐工程采用EPC总承包的模式，即工程场地的详细勘察需在EPC定标后由总包单位做。因此，EPC招标阶段，因为缺少详细勘察的资料，所有的投标报价都要建立在初步设计勘察的基础之上，但初步设计勘察布孔较少，勘察结果可能存在较大偏差，为了给EPC投标单位提供更可靠的报价依据，避免各投标方案的技术方案和价格产生较大偏离，项目业主在招标前特委托有资质的施工单位在储罐区域进行了试桩。

本次试桩共布置三根试验桩，桩径1.2米，桩长约58米，试验桩位于两个储罐中间位置，试验测得了土层分布情况，以及各土层的侧摩阻力系数，根据实验报告结论，本次试验桩竖向抗压桩极限承载力值为16265KN；竖向抗拔桩竖向抗拔极限承载力为7500KN；水平静载试验桩水平极限荷载为1500KN。

4、初勘报告和试桩报告的土层分布及摩阻力系数对比

桩基设计的主要评判因素有桩的竖向承载力，水平承载力以及抗拔承载力。本工程由于场地基岩较深，钻孔到地表下60米尚未找到基岩，因此，桩基类型确定为摩擦桩。桩基的水平承载力主要由桩基自身的刚度以及上层土的抗侧刚度决定，与桩基长度关系不大。抗拔力和竖向承载力主要靠桩身和土层之间的摩擦力来承担，因此，这两个数值是决定桩基长度的关键因素。计算地基土和桩身之间的摩擦力，主要需要测定土层的侧摩阻力系数。初勘报告和试桩报告的土层分布及摩阻力系数对比见下图1。

图1初勘报告和试桩报告的土层分布及摩阻力系数对比

从图中可看出在50m范围内，试桩报告得出的极限摩阻力和初勘报告基本相符，50m到60m范围内，摩阻力值相差较大。造成上述偏差的原因分析为：

1）初勘报告和试桩报告勘查孔不在同一处，50m范围内，土层结构稍有差异，造成摩阻力存在差异，此外，即使是同一类土层，由于地质形成原因、地下水位、历史受力状况影响等，摩阻力也会存在差异，因此，50m范围内各层土摩阻力存在偏差属正常范围内。

2）50~60m范围内，初勘报告的土层是粉质粘土和砂与贝壳胶结层，侧摩阻值是90KPa和120KPa；试桩报告的土层是中粗砂、砾砂胶结层，侧摩阻代表值是50KPa,摩阻力差值较大。原因是试桩时，在桩顶荷载作用下，桩底变形较小，底端实测摩阻力未能充分发挥，因此试桩报告测得的数值较勘察测得的数值小。由于海南LNG项目桩基长度在50m范围内，故50~60m之间的误差可不考虑。

5、根据初勘及试桩结果计算桩基长度

由单桩竖向承载力计算公式Qall=Qsu+Qbcr／Fs-Wp，采用初勘报告及试桩报告测得的各土层侧摩阻力系数及端阻力系数可估算得到对应不同桩长的单桩竖向承载力特征值。其中：

Qall——单桩竖向承载力特征值；

Qsu——极限侧摩阻力标准值（侧摩阻力系数*桩基周长*土层厚度）；

Qbcr——端摩阻力标准值（端阻力系数*桩基截面面积）；

Fs——安全系数（根据FEED报告的群桩效应假说，取为2.0）；

Wp——桩自重，每米桩长按照29.4KN/m估算

根据FEED的单桩承载力（即桩数和桩径都与FEED保持一致），利用上述简化的手算公式，应用初勘报告的土质参数，计算得到储罐桩基长度为40.25米；应用试桩报告的土质参数，计算得到储罐桩基长度为42.3米

6、桩长计算结果对比及偏差原因分析

项目FEED设计采用了简化的计算分析方案，推荐每个储罐设置360根钻孔灌注桩，桩长为30米，桩径为1.2米。利用初勘报告及试桩报告手算得到的桩基长度分别为40.25米及42.3米，这两个计算结果基本一致。FEED设计的桩长与手算得到的桩长存在一定偏差，具体原因分析如下：

1）FEED设计是采用有限元软件进行分析，且FEED设计仅需满足初步设计深度的要求，采用了简化的计算模型，导致计算结果与手算结果存在一定偏差；

2）FEED设计中，考虑到本工程桩基形式为摩擦桩，桩端承载力和桩自重对桩长计算影响较小，FEED忽略了这两项数值的计算，而手算中，考虑了桩端承载力和桩身的自重，因而计算结果存在一定差异；

3）采用手算公式计算时，考虑到竖向承载力计算是决定桩基长度的关键因素，且本次计算只是对桩基设计基础资料的简单对比和分析，因此只进行了竖向承载力的校核计算，忽略了水平承载力计算以及抗拔承载力计算过程，对计算结果也会造成一定影响；

4）FEED设计中，采用有限元软件分析计算，考虑了不均匀沉降以及最终沉降的控制，考虑了地震作用计算等因素，但手算过程仅作为一种对桩长预估的简化计算方法，其计算结果必然会存在一定差异。

通过以上结果的对比和分析，项目业主对储罐桩基设计有了基本的认识和把握，对后续的招标和设计工作具有重要的指导意义。按照上述分析结果，海南LNG项目每个储罐设计360根直径1.2米的钻孔灌注桩时，桩基长度宜设置为30～40米之间。试桩报告建议将桩底坐落在粗砾砂混贝壳（胶结）层上，试桩报告建议按照该建议，桩基长度至少需为40m。后续的详细设计中，可通过调整桩基数量、桩长和桩径来实现储罐桩基设计的优化，确定最经济合理并且能达到设计要求的技术方案。

7、对储罐桩基设计基础资料进行对比分析的意义

项目EPC招投标过程中，投标单位需根据初勘报告，FEED设计文件以及试桩报告对桩基长度、尺寸以及数量进行预估并报价。由于不同的投标单位的设计计算方法不同，对基础资料的研究深度和理解程度不同，如上述报告设计参数差异较大，均会造成投标的技术方案和造价相差较大，给后续的方案确定、评标定标工作造成一定困难。

作为项目业主，做好前期设计基础资料的分析和评估工作，具有以下重要意义：

1）可有效整合现有资源，了解工程设计需求，合理编制工程招标文件，利于项目质量目标、投资目标的控制和实现；

2）为投标单位提供更确切合理的投标依据，避免各家投标方案存在较大差异，给后续的方案确定和评标工作造成不利；

3）对设计目标有个更清晰的把握和认识，有利于在招标中选择技术可靠且经济合理的方案；

4）为后续设计单位提供更合理、充分且可靠的设计基础资料，方便后续设计工作的开展，有利于对设计过程进行审查和控制。

8、结语

（1）海南LNG项目储罐桩基工程EPC招标前，项目业主对前期初勘报告和试桩报告进行了对比和分析，两报告土层分布及土质参数存在略微差异，但采用两个报告计算得到的桩长数值基本一致，两报告的结论基本统一。报告可用于后续的招标工作，投标报价提供更合理可靠的依据。

（2）采用初勘报告和试桩报告计算得到的桩长数值与原FEED设计的桩基长度存在一定差异，本文对差异原因进行了的分析，并提出了后续的设计思路和建议。工程招投标和设计过程中，对设计基础资料的对比分析有利于项目质量目标、投资目标的控制和实现，对项目建设具有重要意义。

（3）提供了灌注桩选型的技术手段，为合理选择桩长、优化灌注桩设计提供了一套可行的方法，对同类基础桩型选择具有指导意义。

参考文献：

[1]中交第四航务工程勘察设计院,海南液化天然气（LNG）站线项目接收站工程地质勘察报告（初步设计阶段）,2007.

[2]河北建设勘察研究院有限公司,海南液化天然气（LNG）站线项目接收站储罐区试桩报告,2010.

[3]SOFREGAZ，LNGRECEIVINGTERMINALFRONTENDENGINEERINGDESIGN(FEED)FORHAINANLNGRECEIVINGTERMINALANDPIPELINEPROJECT，2011.

[4]黄强、刘金砺等，建筑桩基技术规范JGJ94，2008.

作者简介：

刘艳贤(1986-)，女(汉族)，海南省海口市，学历：本科，中海石油海南天然气有限公司，职称：中级工程师；研究方向：土木工程